前言

靶向蛋白質(zhì)降解（TPD）是一種新興的治療方法，因其在治療上可以調(diào)節(jié)傳統(tǒng)小分子難以靶向的蛋白質(zhì)而備受關(guān)注。蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）是利用細(xì)胞內(nèi)天然的蛋白降解體系——泛素蛋白酶系統(tǒng)（UPS）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白（POI）的靶向降解。PROTAC是異雙功能的小分子，其一端靶向POI，一端招募E3泛素連接酶形成啞鈴型結(jié)構(gòu)的三元復(fù)合物，POI被打上泛素標(biāo)簽，進(jìn)而被蛋白酶體識(shí)別降解。

自從首次報(bào)道了利用泛素－蛋白酶體系統(tǒng)降解靶蛋白的PROTAC分子概念以來的20年里，TPD已經(jīng)從學(xué)術(shù)界轉(zhuǎn)移到工業(yè)界，許多公司已經(jīng)啟動(dòng)了臨床前和早期臨床開發(fā)的計(jì)劃。2019年，第一批PROTAC分子進(jìn)入臨床試驗(yàn)；2020年，針對(duì)雌激素受體（ER）和雄激素受體（AR）癌癥靶點(diǎn)的PROTAC臨床概念得到證明。有了這一成功，目前，TPD領(lǐng)域現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好并致力于攻克那些被認(rèn)為“不可治療”的靶點(diǎn)。

PROTAC概述

PROTAC的概念最早是在2001年由Crews等人提出，能夠利用機(jī)體內(nèi)天然存在的蛋白清理系統(tǒng)，降低蛋白水平而非抑制蛋白的功能，發(fā)揮治療疾病的目的。泛素依賴性蛋白水解是降解細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的主要途徑，是正常細(xì)胞維持生理過程的一部分。在該途徑中，蛋白質(zhì)被蛋白酶體以三步過程降解，包括泛素激活酶（E1）、泛素結(jié)合酶（E2）和泛素－蛋白質(zhì)連接酶（E3），它們協(xié)調(diào)泛素分子向目標(biāo)蛋白質(zhì)（底物）的轉(zhuǎn)移。

PROTAC是一種異雙功能分子，可以分為三個(gè)部分：第一部分連接結(jié)合靶蛋白的配體，第二部分連接E3連接酶的配體，中間有一個(gè)連接體把第一部分和第二部分連在一起。它的作用機(jī)理非常簡單，就是首先把目標(biāo)蛋白和E3連接酶連在一起。這個(gè)三元復(fù)合物形成以后，泛素酶就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)蛋白上，然后蛋白酶體通過識(shí)別目標(biāo)蛋白上的泛素酶來靶向降解目標(biāo)蛋白。

PROTAC的優(yōu)點(diǎn)

第一，PROTAC分子有催化降解功能。與每一個(gè)小分子抑制劑只能作用一個(gè)蛋白分子不同，每個(gè)PROTAC分子可以降解很多個(gè)蛋白分子，所以很低的劑量就可以有很好的藥效。而且只要細(xì)胞內(nèi)還存有少量的PROTAC分子，藥效就可以得以保持。

第二，傳統(tǒng)的小分子和抗體的作用模式需要抑制劑或單抗具備較高的濃度才能夠占據(jù)靶點(diǎn)的活性位點(diǎn)，阻斷下游信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)。而PROTAC不是影響蛋白的功能，而是介導(dǎo)致病靶蛋白被降解。不需要作用于蛋白的活性位點(diǎn)以抑制其活性，只需與靶蛋白有一定的結(jié)合率就可以，所以可以選擇的靶蛋白結(jié)合體會(huì)多一些，有可能作用于一些傳統(tǒng)意義上的不可成藥的靶點(diǎn)。

第三，因?yàn)镻ROTAC通過降解目標(biāo)蛋白起作用，當(dāng)小分子的耐藥性是因?yàn)榧?xì)胞合成了更多的靶蛋白引起的情況下，PROTAC可以克服此類小分子藥物耐藥性的問題�？偠�言之， PROTAC技術(shù)結(jié)合了小分子化藥，大分子生物藥物以及RNAi分子的優(yōu)點(diǎn)，有可能成為產(chǎn)生下一批重磅藥物的關(guān)鍵技術(shù)。

PROTAC的發(fā)展

PROTAC的第一個(gè)時(shí)代始于Sakamoto等人于2001年發(fā)表的關(guān)鍵性PROTAC論文，這是第一次證明了PROTAC的體外概念驗(yàn)證。Protac－1被設(shè)計(jì)用于靶向甲硫酰氨基肽酶2（METAP2），這是抑制血管生成的有效靶點(diǎn)。Protac－1由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：ovalicin以及來自核因子－κB抑制劑－α（NF－κBIα）的10個(gè)氨基酸的磷酸肽，其被E3連接酶β－轉(zhuǎn)導(dǎo)子重復(fù)序列（β－TRCP）識(shí)別。Protac－1充當(dāng)METAP2和β－TRCP之間的紐帶，使連接酶能夠泛素化METAP2。

隨后人們發(fā)現(xiàn)了一種來自缺氧誘導(dǎo)因子1亞單位－α（HIF1α）的肽，該肽結(jié)合vonHippel–Lindau（VHL）E3連接酶，從而設(shè)計(jì)出可降解一系列POI的細(xì)胞穿透性PROTAC。從技術(shù)上講，這些早期的PROTAC現(xiàn)在被認(rèn)為是“生物PROTAC”，因?yàn)樗鼈儾皇峭耆�的小分子結(jié)構(gòu)，而是包含了E3連接酶的肽配體。然而，HIF1α肽的小分子模擬物的發(fā)現(xiàn)為完全基于小分子結(jié)構(gòu)的PROTAC的設(shè)計(jì)打開了大門。從這時(shí)起，PROTAC這一領(lǐng)域的分子開發(fā)呈指數(shù)級(jí)增長。

2019年第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的PROTAC藥物ARV－110終結(jié)了TPD的這一基礎(chǔ)時(shí)代，ARV－110通過將雄激素受體招募到CRL4–CRBN連接酶復(fù)合物中來靶向雄激素受體。從這時(shí)起，PROTAC進(jìn)入了臨床轉(zhuǎn)化時(shí)代，在此階段，設(shè)計(jì)用于降解致病蛋白質(zhì)的多個(gè)分子進(jìn)入臨床，這一領(lǐng)域變得無比火熱。

PROTAC的臨床驗(yàn)證

在PROTAC進(jìn)入臨床之前，人們依然存在著多種疑問。它們會(huì)有藥物一樣的特性嗎？它們?cè)谌祟惿砩习踩珕幔克鼈儠?huì)像預(yù)期的那樣對(duì)目標(biāo)蛋白起作用嗎？它們會(huì)有治療效果嗎？令人鼓舞的是，2020年，ARV－110和ARV－471的第一階段臨床試驗(yàn)的初步陽性數(shù)據(jù)對(duì)所有四個(gè)基本問題的回答都是肯定的。

ARV－110在經(jīng)多次治療的轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗前列腺癌（mCRPC）患者的I期臨床試驗(yàn)中（NCT03888612）進(jìn)行了評(píng)估。這個(gè)試驗(yàn)是PROTAC的一個(gè)極好的測(cè)試案例，因?yàn)锳R是前列腺癌和mCRPC患者的一個(gè)眾所周知的驅(qū)動(dòng)因素，尤其是這一難治性的亞群，由于對(duì)作為前列腺癌治療主要手段的抗雄激素療法不敏感或耐藥，治療選擇有限。最初的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，ARV－110在高達(dá)420mg的劑量下具有良好的耐受性。這些數(shù)據(jù)還證明了ARV－110介導(dǎo)的腫瘤中蛋白質(zhì)靶標(biāo)的降解，這是人類第一個(gè)PROTAC的分子證據(jù)，并顯示出了抗腫瘤活性的跡象。這些數(shù)據(jù)支持ARV－110進(jìn)行進(jìn)一步的II期臨床試驗(yàn)。

此外，另一個(gè)靶向ER的PROTAC分子ARV－471進(jìn)入局部晚期或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的臨床試驗(yàn)。ARV－471的中期數(shù)據(jù)顯示出可控的耐受性特征，并且表現(xiàn)出強(qiáng)大的臨床療效信號(hào)，在大量預(yù)處理人群中有42％的臨床受益率，并且有證據(jù)表明ER降解優(yōu)于fulvestrant和其他選擇性ER降解藥物。目前，ARV－471作為單一藥物在轉(zhuǎn)移性乳腺癌中已進(jìn)展到II期（NCT04072952），評(píng)估ARV－471與CDK4／CDK6抑制劑palbociclib聯(lián)合使用的Ib期研究也已開始。

這兩種PROTAC分子的早期數(shù)據(jù)都顯示了強(qiáng)有力的臨床表現(xiàn)，證明了它們理想的安全性、有效的暴露和對(duì)患者有意義的臨床療效，表明了該方法的治療可行性。到2021年底，至少有15個(gè)靶向性PROTAC藥物進(jìn)入臨床階段，預(yù)計(jì)還會(huì)有更多的項(xiàng)目跟進(jìn)。

PROTAC的開發(fā)現(xiàn)狀

PROTAC技術(shù)的不斷成熟，吸引了許多公司和資本進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。首先，PROTAC技術(shù)的先驅(qū)和領(lǐng)軍人物紛紛創(chuàng)立公司，開發(fā)蛋白降解技術(shù)。國外做的比較早和比較好的公司有Arvinas、C4 Therapeutics、Kymera Therapeutics、Vividion、Nurix、Oncopia Therapeutics等。

Arvinas公司，由Crews在2013年創(chuàng)立，是最早布局PROTAC的公司之一，開發(fā)的蛋白降解技術(shù)主要用于腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)類疾病的治療。目前進(jìn)展最快的ARV－110和ARV－471都處在II期臨床試驗(yàn)，分別用于前列腺癌和乳腺癌的治療。

C4 Therapeutics，成立于2015年，創(chuàng)始人是James Bradner。目前布局的靶點(diǎn)主要是跟腫瘤相關(guān)的，比如IKZF1／3、BRD9、EGFR、BRAF－V600E和RET等。該公司擁有專注于蛋白降解劑開發(fā)的平臺(tái)C4T TORPEDO，用于PROTAC的設(shè)計(jì)、合成和活性評(píng)價(jià)，旨在發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的蛋白降解劑。2019年1月，與百健和羅氏分別達(dá)成4．15億美元和9億美元的合作協(xié)議。

Kymera Therapeutics，成立于2016年，專注于用蛋白降解技術(shù)治療癌癥和免疫性炎癥，布局的靶點(diǎn)有IRAK4、STAT3等。進(jìn)展最快的是KT－474，目前在I期臨床。2020年7月，其與賽諾菲達(dá)成多項(xiàng)計(jì)劃的戰(zhàn)略合作，獲得1．5億美元的預(yù)付款，并可能獲得超過20億美元的潛在開發(fā)、監(jiān)管和銷售里程碑，以及可觀的特許權(quán)使用費(fèi)。

Nurix，成立于2009年，專注于開發(fā)可供口服的降解劑，布局的靶點(diǎn)有BTK、CBL－B等。該公司利用他們?cè)贓3連接酶方面的深厚的專業(yè)知識(shí)和專有的DNA編碼化合物庫（DEL），建立了專有的藥物發(fā)現(xiàn)平臺(tái)DELigase，用以開發(fā)蛋白降解藥物或者是抑制E3連接酶來增加有益蛋白的水平。該公司進(jìn)展最快的蛋白降解藥物是NX－2127，目前在臨床I期，用于既往治療失敗的B細(xì)胞惡性腫瘤。

海外布局PROTAC賽道的公司除了初創(chuàng)的Biotech外，諾華、BMS、安進(jìn)等制藥巨頭也紛紛加入其中。國內(nèi)公司也有布局，并有可能趕超海外藥企的領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)已布局PROTAC技術(shù)的藥企已超過20家，不僅有biotech，還有big pharma。海思科作為第一家國內(nèi)開啟臨床試驗(yàn)的公司，位列PROTAC技術(shù)第一梯隊(duì)。其他藥企還有凌科藥業(yè)、分迪科技、美志醫(yī)藥、江蘇恒瑞、開拓藥業(yè)、成都先導(dǎo)、海創(chuàng)藥業(yè)、海和藥物、領(lǐng)泰生物、和徑醫(yī)藥、標(biāo)新生物、諾誠健華、五元生物、美志醫(yī)藥、亞盛醫(yī)藥、科倫藥業(yè)、石藥集團(tuán)、嘉興優(yōu)博、上海睿因、蘇州德亙生物、分迪科技、多域生物、魯南制藥等。具有PROTAC開發(fā)平臺(tái)的CRO公司有藥明康德、康龍化成、美迪西等。

小結(jié)

在過去的20年中，PROTAC作為藥物研發(fā)的一個(gè)前沿技術(shù)正在飛速發(fā)展之中，尤其在過去的幾年，PROTAC已經(jīng)成為一種關(guān)鍵的治療方式。最近，通過I期和II期臨床試驗(yàn)中的陽性結(jié)果，也讓我們看到了PROTAC在腫瘤和其它疾病中巨大的治療潛力。

PROTAC可布局的靶點(diǎn)廣闊，市場(chǎng)巨大，相信隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，PROTAC可以成為像小分子抑制劑、單抗和免疫治療等一樣成功的療法，使更多的疾病患者從中受益。

參考文獻(xiàn)：

1．PROTAC targeted protein degraders： the pastis prologue． Nat Rev Drug Discov． 2022 Jan 18 ： 1–20．

       原文標(biāo)題 : 帶你了解蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）