PROTAC(Proteolysis Targeting Chimera)蛋白靶向降解嵌合體，是通過(guò)泛素蛋白酶體系統誘導靶向蛋白降解的一種全新技術(shù)。用來(lái)清除腫瘤細胞內的特定蛋白，使其不能發(fā)揮致癌作用，以達到腫瘤治療的目的。癌癥從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種基因病，幾乎所有的癌癥都源于基因突變，除了手術(shù)切除、放療和化療外，分子靶向技術(shù)也在迅速發(fā)展?；蛲蛔兯a(chǎn)生的致癌因子，對腫瘤的生長(cháng)起著(zhù)十分關(guān)鍵的作用。而PROTAC分子可以直接將致癌因子清除，從而靶向治療腫瘤。PROTAC分子由三種元素組成，E3泛素連接酶配體、靶蛋白配體和連接子Linker。E3泛素連接酶配體負責特異性招募E3泛素連接酶。靶蛋白配體用于靶向和捕獲目標蛋白。Linker用于結合這兩個(gè)配體形成穩定的三元復合物。因此PROTAC分子能夠將E3泛素連接酶募集到靶點(diǎn)蛋白附近，為靶點(diǎn)蛋白貼上"泛素"標簽，而在細胞上打上泛素標簽的蛋白將被送入蛋白酶體進(jìn)行降解。這樣PROTAC分子就能夠特異性的促進(jìn)致病蛋白的降解。

       對于PROTACR的研究是從2001時(shí)開(kāi)始有逐漸的報道，在2017年之后出現了研究的井噴狀態(tài)。

       傳統小分子藥物研發(fā)面臨的困境和挑戰

       根據Global Data報告Look Ahead to 2022 -The Future of Pharma，預計未來(lái)5年生物制劑的銷(xiāo)售額將大大超過(guò)創(chuàng )新小分子藥物的銷(xiāo)售額。預計到2027年，生物制劑的銷(xiāo)售額將比小分子銷(xiāo)售額高出1200億美元。

       相關(guān)文獻報道與疾病相關(guān)靶點(diǎn)蛋白有62%是不可成藥的，還有25%約有1200多種不是適合作為藥物靶點(diǎn)的。已經(jīng)有藥物上市的靶點(diǎn)占據13%。所以市面上能夠上市銷(xiāo)售的成藥靶點(diǎn)藥物占比是很低的，很多跟疾病相關(guān)的靶點(diǎn)蛋白是不可成藥的。所以綜上所述，小分子藥物的市場(chǎng)份額逐漸減少，也是由于小分子藥物的研發(fā)起步早，相對簡(jiǎn)單，比較早的被發(fā)現，但成藥靶點(diǎn)發(fā)現緩慢，小分子藥物發(fā)現增速降低了。大量難成藥的靶點(diǎn)沒(méi)有合適的藥物去治療。而且化藥在治療過(guò)程面臨著(zhù)靶點(diǎn)的基因突變盡而帶來(lái)耐藥性。小分子降解劑的發(fā)展，尤其是蛋白降解靶向嵌合體（PROTACs），使得靶向不可成藥的蛋白靶點(diǎn)或耐藥突變靶點(diǎn)成為可能。

       PROTAC成藥特點(diǎn)，突破不可成藥靶點(diǎn)及耐藥

       細胞內蛋白降解的兩大系統，在真核細胞中負責蛋白質(zhì)和細胞器降解的兩大系統分別是泛素蛋白酶體系統和自噬溶酶體系統。泛素蛋白酶體系統將體內錯誤折疊的可溶性蛋白，它被泛素E3連接酶貼上了泛素（Ub）的標簽，被貼上泛素標簽的蛋白可以直接結合蛋白酶體的泛系受體而被降解，也可以結合到運輸載體上通過(guò)載體的PBD端與蛋白酶結合，進(jìn)而被降解。

       PROTAC無(wú)需與靶蛋白高強度結合，可靶向蛋白范圍擴大，它與小分子藥物作用機制的區別是，它是"事件驅動(dòng)"，觸發(fā)靶蛋白與E3連接酶的結合，無(wú)需直接抑制靶蛋白的功能活性，只要能給靶蛋白貼上泛素標簽基本上就算是成功了，也無(wú)需跟靶蛋白長(cháng)時(shí)間和高強度的結合。

       PROTAC它是促使靶蛋白降解之后可以從復合物中解離進(jìn)入下一個(gè)催化循環(huán)，因此根據這一特點(diǎn)有可能將來(lái)用藥的頻率和劑量都相對于小分子藥小很多。PROTAC跟蛋白的結合不需要很高的結合活性，因為有催化的性質(zhì)，就可以用低劑量很長(cháng)的周期給藥的特點(diǎn)。

       而小分子是一定要"占位驅動(dòng)"的形式，一定要連接到靶蛋白的某一結構域上形成一個(gè)穩定的連接，從這種關(guān)系上來(lái)說(shuō)，小分子化藥一定要有很強的活性，才可進(jìn)入藥物的開(kāi)發(fā)過(guò)程。小分子藥物是需要足夠多的劑量使靶點(diǎn)飽和，并且需要足夠長(cháng)的半衰期能夠長(cháng)久持續抑制靶蛋白。

       PROTAC克服靶點(diǎn)耐藥潛力明確

       化藥在治療腫瘤時(shí)后期會(huì )由于腫瘤基因突變導致化藥的耐受，理論上PROTAC分子是可以避免這樣的情況發(fā)生的。

       PROTAC選擇性不同于TKI（洛氨酸激酶抑制劑），PROTAC分子除了發(fā)揮與靶蛋白結合之外，還需要使靶蛋白與E3連接酶保持穩定的空間構象才能完成泛素化反應。這相當于對蛋白選擇性的篩選。例如多激酶抑制劑Foretinib在竟爭性結合實(shí)驗中對100余種激酶具有較強的抑制活性（選擇性差），而基于Froetinib設計的PROTAC分子可以結合54種激酶（選擇性有所提高），但最終只能降解＜15種激酶（選擇性大幅提高），PROTAC在某些靶點(diǎn)上有潛力實(shí)現更高的選擇性，從而避免"off target"帶來(lái)的正毒副作用。

       PROTAC引發(fā)蛋白降解后即從復合物中分離，并進(jìn)入下一個(gè)催化循環(huán)，藥物作用效率高，可快速將細胞內靶蛋白降解，并且細胞內疾病蛋白合成速度較為緩慢，即便經(jīng)過(guò)代謝后PROTAC在體內清除細胞仍需要較長(cháng)的時(shí)間將靶蛋白恢復至發(fā)揮生理作用的水平，從而有望延長(cháng)藥物作用時(shí)間，因此PROTAC有望在低藥物劑量低給藥頻率下實(shí)現持久的療效，這一潛力在臨床前研究中已得到初步證實(shí)，一款靶向RIPK2的PROTAC降解劑動(dòng)物給藥168h后，體內血藥濃度已降到10ng/ml以下，而此時(shí)RIPK2蛋白仍然可以維持較低含量，致炎因子TNFα也維持在較高的抑制水平。

       機遇和挑戰

       Linker的設計合成需要復雜的優(yōu)化過(guò)程，目前報道的PROTAC分子中，Linker的選擇以聚乙二醇和烷基鏈為主，但線(xiàn)性脂肪鏈或醚結構有被氧化代謝的風(fēng)險，大大減少了藥物暴露濃度和時(shí)間，加快PROTAC分子排出體外，其它的Linker還有烷烴、三唑、哌嗪、哌啶等，Linker的設計與選擇對于PROTAC分子的成藥性非常重要，以ARV-771為例，其采用醇類(lèi)作為L(cháng)inker時(shí)對BRD4蛋白展現出較好的降解能力，但當把Linker換成長(cháng)度相當的含有芳香環(huán)的結構時(shí)，盡管靶蛋白和E3連接酶配體沒(méi)有改變，但其不再對BRD4展現出降解能力。

       當前研究的PROTAC分子集中于靶向BET、AR、BTK等成熟靶點(diǎn)，仍有大量病理機制明確的蛋白未被探索，泛素-蛋白酶體降解途徑發(fā)生于細胞內，膜表面蛋白（約占編碼蛋白的20%）的胞內結構域很難找到合適的口袋供小分子配體結合，PROTAC分子在膜蛋白降解領(lǐng)域尚未取得技術(shù)突破，亞細胞結構內的靶點(diǎn)例如核內蛋白、細胞器蛋白等也是PROTAC技術(shù)的潛力發(fā)揮作用的領(lǐng)域。許多中樞神經(jīng)系統（CNS）靶點(diǎn)被認為是"Undruggable"，且血腦屏障的存在使治療藥物難以達到病灶，阿爾茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病以及中樞神經(jīng)系統慢性炎癥尚無(wú)有效治療藥物，存在大量未滿(mǎn)足臨床需求、蛋白降解劑有望通過(guò)降解中樞神經(jīng)系統的致病蛋白如Tau/Alpha-synuclein/Huntingtin等帶來(lái)差異化的治療效果，有潛力克服現有療法的局限性。包括小核酸藥物、抗體等。

       高通量評價(jià)PROTAC活性手段有限

       由于PROTAC分子在體內能以亞化學(xué)劑量發(fā)揮催化循環(huán)作用，因此傳統的藥化動(dòng)力學(xué)（PK）、藥效動(dòng)力學(xué)（PD）方法不能很好的評估PROTAC的PK和PD性質(zhì)，針對PROTAC分子目前尚于成熟的PK/PD評價(jià)體系，量效關(guān)系、時(shí)效關(guān)系的規律尚未完全掌握，蛋白降解所致的毒 性尚未透徹了解，在驗證靶標蛋白是否被成功降解上，傳統方法如免疫印跡、ELISA以及質(zhì)譜存在耗時(shí)、價(jià)格昂貴、通量低的缺點(diǎn)，熒光信號是具有潛力的可行替代方法。高通量評價(jià)PROTAC活性的檢測方法亟待開(kāi)發(fā)。

       分子膠（Molecular Glue Degraders）

       分子膠降解劑（Molecular Glue Degraders,MGDs）是另一類(lèi)可以誘導泛素E3連接酶復合體/底物受體與靶蛋白相互作用的小分子。MGD可以拉近致病蛋白與E3連接酶的空間距離，增強原本具有的PPI或促進(jìn)形成新的PPI。從而使得被泛素化的致病蛋白被蛋白酶所降解，免疫調節劑（IMiDs）沙利度胺、來(lái)那度胺、泊馬度胺等是典型的分子膠，其發(fā)揮治療腫瘤作用機制之一就是通過(guò)分子膠水的作用介導IKZF1/3(淋巴細胞增殖關(guān)鍵國轉錄因子)降解。

       PROTAC與MGD均通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑介導靶蛋白降解，但二者分子設計及作用機制存在顯著(zhù)不同。PROTAC分子是由靶蛋白配體、Linker、E3連接酶彈頭共價(jià)結合形成的異雙功能三無(wú)復合物，其分子量較大，打破了藥物設計的5類(lèi)原則。MGD是單價(jià)小分子，分子量較小，符合5類(lèi)原則。PROTAC分子直接與靶蛋白結合因此需要結合口袋，MGD通過(guò)與E3連接酶結合形成的位點(diǎn)與靶蛋白相互作用，自身無(wú)需具備直接與靶蛋白結合的口袋。相較于PROTAC分子，MGD具有較高的細胞通透性和更好的口服吸收。目前較為成熟的蛋白降解技術(shù)，PROTAC與分子膠均依賴(lài)于蛋白酶體系統，而基于自噬/內體-溶酶體系統（機體另一重要的蛋白降解系統）去開(kāi)發(fā)新型蛋白降解劑同樣成為研究熱點(diǎn)?；谌苊阁w的蛋白降解技術(shù)主要包括，溶酶體靶向嵌合體（LYTAC）、自噬體靶向嵌合（AUTAC）、自噬小體偶聯(lián)技術(shù)（ATTEC）等，該類(lèi)技術(shù)有望與現在蛋白降解劑形成互補，拓展可降解靶點(diǎn)范圍。