傳統(tǒng)的小分子抑制劑的作用機(jī)制是通過(guò)結(jié)合靶蛋白的活性位點(diǎn)從而抑制靶蛋白的功能，100多年來(lái)小分子的研發(fā)思路成功對(duì)抗了很多疾病。但小分子成藥的技術(shù)也面臨著諸多的限制和挑戰(zhàn)，例如小分子藥物會(huì)出現(xiàn)耐藥性，無(wú)法長(zhǎng)期抑制靶向蛋白的活性；且小分子藥物需要維持一定的體內(nèi)藥物濃度才能發(fā)揮作用；另外，還有很多靶點(diǎn)被認(rèn)為是小分子所無(wú)法靶向的，如一些轉(zhuǎn)錄因子，骨架蛋白和無(wú)藥可治的突變靶點(diǎn)KRAS等。
單抗雖然相對(duì)于小分子具有高親和力和高選擇性的優(yōu)勢(shì)，但其最大弊端在于無(wú)法透過(guò)細(xì)胞膜，因此無(wú)法作用于細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)。RNAi可以透過(guò)細(xì)胞膜，并對(duì)靶點(diǎn)有強(qiáng)作用力，然而由于其代謝不穩(wěn)定及脫靶效應(yīng)等弊端，發(fā)展進(jìn)程也是困難重重。
然而PROTAC技術(shù)的出現(xiàn)給小分子藥物的瓶頸帶來(lái)了曙光，似乎可以完美地解決小分子藥物面臨的諸多難題。2020年3月13日美迪西化學(xué)部副總裁馬興泉博士在“美迪西云講堂”與各界同仁們分享了關(guān)于PROTAC技術(shù)的精彩講解，下文對(duì)馬博士的課程做了簡(jiǎn)單的回顧：
什么是PROTAC技術(shù)
PROTAC是PROteolysis TArgeting Chimeras的縮寫(xiě)，意為蛋白水解靶向嵌合體，屬于蛋白質(zhì)降解技術(shù)的一個(gè)新分支。PROTAC技術(shù)的原理征用了自然的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解過(guò)程。蛋白降解在細(xì)胞的正常生命活動(dòng)中是至關(guān)重要且被嚴(yán)格調(diào)控的，其過(guò)程主要是通過(guò)泛素化酶系統(tǒng)的參與而完成的。需要被分解的蛋白質(zhì)通過(guò)E1、E2和E3泛素連接酶系統(tǒng)標(biāo)記，進(jìn)而被蛋白酶識(shí)別并降解。
PROTAC分子是一類具有啞鈴型結(jié)構(gòu)的雙功能活性化合物，分子的一個(gè)活性端可以與靶蛋白緊密結(jié)合，并通過(guò)連接鏈linker連接到另一個(gè)活性端用來(lái)與E3泛素連接酶相結(jié)合。這種雙功能分子在體內(nèi)可以分別識(shí)別靶蛋白和E3泛素連接酶，將靶蛋白和E3泛素連接酶拉近，靶蛋白被泛素化后，在體內(nèi)通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑降解。靶蛋白降解后，PROTAC分子又可以被釋放出來(lái)參與到下一個(gè)蛋白的降解過(guò)程，因此這種降解作用具有催化效果，較少的藥物劑量就可以實(shí)現(xiàn)高效的降解。
美迪西科研團(tuán)隊(duì)建立了PROTAC藥物發(fā)現(xiàn)技術(shù)平臺(tái)，匯總了當(dāng)前流行的熱門(mén)的靶標(biāo)蛋白配體, 建立了廣泛的熱門(mén)靶向蛋白高度親和力小分子及小分子片段化合物庫(kù)（TPSM），廣泛的E3連接酶高度親和力的小分子及小分子片段（E3SM）；建立了linker系統(tǒng),包括收集大量具有廣泛多樣性的雙官能團(tuán)連接體（BF-Linker）。這些積累的化合物庫(kù)可以幫助快速高效的合成大量高活性PTROTAC雙特異性小分子，極大地提高采用PROTAC技術(shù)進(jìn)行的藥物研發(fā)過(guò)程。除了快速合成之外，我們同時(shí)建立和完善的PROTAC生物篩選與測(cè)試平臺(tái)，后續(xù)發(fā)展到臨床前所有階段。美迪西的PROTAC研究平臺(tái)已經(jīng)與多家生物醫(yī)藥公司建立了技術(shù)服務(wù)，部分項(xiàng)目已經(jīng)推進(jìn)到臨床前研究階段。“專注創(chuàng)新，用心服務(wù)”，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新和完善，美迪西PROTAC研究平臺(tái)已有能力進(jìn)一步承接大量的PROTAC技術(shù)研究，提供一站式的研發(fā)服務(wù)。
接著我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下PROTAC技術(shù)的發(fā)展歷程
2001年加州理工大學(xué)的Raymond J. Deshaies教授和耶魯大學(xué)的Craig M. Crews教授首次提出了PROTAC的概念，他們報(bào)道了利用一段肽段與小分子的連接物可以人為調(diào)控目的蛋白的表達(dá)水平。
2004年，Crews和Alessio Ciulli等人設(shè)計(jì)并改造了VHL（E3泛素連接酶復(fù)合物CRL2VHL的一部分）的配體，獲得了具有高親和力的VHL的配體，與VHL的結(jié)合力可以達(dá)到納摩爾級(jí)別。
利用這種小分子配體，Crews課題組于2015年報(bào)道了雌激素相關(guān)受體α（ERRα）和RIPK2 的PROTAC分子，都可以在細(xì)胞水平觀察到靶蛋白的降解。Crews教授在2013年建立了Arvinas，公司使用PROTAC平臺(tái)構(gòu)建廣泛的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物候選管道，以針對(duì)各種器官系統(tǒng)和組織中的疾病，是PROTAC分子發(fā)展的龍頭公司，目前ARV-110和ARV-471推進(jìn)到 I 期臨床試驗(yàn)中。
PROTAC研究中的三要素
PROTAC發(fā)揮藥效必須與靶蛋白和E3酶形成有效的三元復(fù)合物，而此過(guò)程對(duì)PROTAC來(lái)說(shuō)，首先需要成功的通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，其次要考慮如何控制濃度以避免藥物分子與靶蛋白和E3酶分別形成二元復(fù)合物（hook effect），以及充分考慮靶蛋白與E3酶接觸區(qū)域的電荷排斥和立體結(jié)構(gòu)排斥，顯得非常重要。而當(dāng)三元復(fù)合物形成后，能否有效降解，還需要與去泛素化酶以及靶蛋白重合成作斗爭(zhēng)，直到達(dá)成一定程度的平衡。
其次，E3泛素連接酶的選擇也尤為關(guān)鍵。已知大約有600個(gè)E3泛素連接酶可以調(diào)控蛋白酶體的功能，這就為蛋白質(zhì)靶向治療提供了無(wú)限機(jī)會(huì)。由于靶向蛋白降解的整個(gè)過(guò)程依賴于配體誘導(dǎo)的接近性，因此E3泛素連接酶與靶蛋白在時(shí)空上的共定位是至關(guān)重要的，組織表達(dá)、亞細(xì)胞定位和調(diào)控的差異都可能帶來(lái)潛在的陷阱和機(jī)會(huì)。
除了重新利用不同連接酶存在的生物學(xué)差異外，目前可用的連接酶之間還存在著一些物理化學(xué)方面的差異，如何獲得合適的物理化學(xué)性質(zhì)以及吸收、分布、代謝和排泄（ADME）特性，使之足以口服給藥和/或甚至達(dá)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)是極其重要的。
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