引言

       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節傳統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）是利用細胞內天然的蛋白降解體系--泛素蛋白酶系統（UPS）實(shí)現目標蛋白（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構的三元復合物，POI被打上泛素標簽，進(jìn)而被蛋白酶體識別降解。自從首次報道了利用泛素-蛋白酶體系統降解靶蛋白的PROTAC分子概念以來(lái)的20年里，TPD已經(jīng)從學(xué)術(shù)界轉移到工業(yè)界，許多公司已經(jīng)啟動(dòng)了臨床前和早期臨床開(kāi)發(fā)的計劃。2019年，第一批PROTAC分子進(jìn)入臨床試驗；2020年，針對雌激素受體（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)域現在已經(jīng)準備好并致力于攻克那些被認為"不可治療"的靶點(diǎn)。

       一、PROTAC概述

       PROTAC的概念最早是在2001年由Crews等人提出，能夠利用機體內天然存在的蛋白清理系統，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(lài)性蛋白水解是降解細胞內蛋白質(zhì)的主要途徑，是正常細胞維持生理過(guò)程的一部分。在該途徑中，蛋白質(zhì)被蛋白酶體以三步過(guò)程降解，包括泛素激活酶（E1）、泛素結合酶（E2）和泛素-蛋白質(zhì)連接酶（E3），它們協(xié)調泛素分子向目標蛋白質(zhì)（底物）的轉移。

       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。它的作用機理非常簡(jiǎn)單，就是首先把目標蛋白和E3連接酶連在一起。這個(gè)三元復合物形成以后，泛素酶就會(huì )自動(dòng)轉移到目標蛋白上，然后蛋白酶體通過(guò)識別目標蛋白上的泛素酶來(lái)靶向降解目標蛋白。

       二、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。

       而且只要細胞內還存有少量的PROTAC分子，藥效就可以得以保持。

       第二，傳統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靶點(diǎn)的活性位點(diǎn)，阻斷下游信號通路的轉導。而PROTAC不是影響蛋白的功能，而是介導致病靶蛋白被降解。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合率就可以，所以可以選擇的靶蛋白結合體會(huì )多一些，有可能作用于一些傳統意義上的不可成藥的靶點(diǎn)。

       第三，因為PROTAC通過(guò)降解目標蛋白起作用，當小分子的耐藥性是因為細胞合成了更多的靶蛋白引起的情況下，PROTAC可以克服此類(lèi)小分子藥物耐藥性的問(wèn)題?？偠灾?， PROTAC技術(shù)結合了小分子化藥，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)。

       三、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的體外概念驗證。Protac-1被設計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)結構域組成：ovalicin以及來(lái)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-轉導子重復序列（β-TRCP）識別。Protac-1充當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)現了一種來(lái)自缺氧誘導因子1亞單位-α（HIF1α）的肽，該肽結合vonHippel-Lindau（VHL）E3連接酶，從而設計出可降解一系列POI的細胞穿透性PROTAC。從技術(shù)上講，這些早期的PROTAC現在被認為是"生物PROTAC"，因為它們不是完全的小分子結構，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)現為完全基于小分子結構的PROTAC的設計打開(kāi)了大門(mén)。從這時(shí)起，PROTAC這一領(lǐng)域的分子開(kāi)發(fā)呈指數級增長(cháng)。

       2019年第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗的PROTAC藥物ARV-110終結了TPD的這一基礎時(shí)代，ARV-110通過(guò)將雄激素受體招募到CRL4-CRBN連接酶復合物中來(lái)靶向雄激素受體。從這時(shí)起，PROTAC進(jìn)入了臨床轉化時(shí)代，在此階段，設計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(wú)比火熱。

       四、PROTAC的臨床驗證

       在PROTAC進(jìn)入臨床之前，人們依然存在著(zhù)多種疑問(wèn)。它們會(huì )有藥物一樣的特性嗎？它們在人類(lèi)身上安全嗎？它們會(huì )像預期的那樣對目標蛋白起作用嗎？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的初步陽(yáng)性數據對所有四個(gè)基本問(wèn)題的回答都是肯定的。

       ARV-110在經(jīng)多次治療的轉移性去勢抵抗前列腺癌（mCRPC）患者的I期臨床試驗中（NCT03888612）進(jìn)行了評估。這個(gè)試驗是PROTAC的一個(gè)極好的測試案例，因為AR是前列腺癌和mCRPC患者的一個(gè)眾所周知的驅動(dòng)因素，尤其是這一難治性的亞群，由于對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。最初的試驗數據表明，ARV-110在高達420mg的劑量下具有良好的耐受性。這些數據還證明了ARV-110介導的腫瘤中蛋白質(zhì)靶標的降解，這是人類(lèi)第一個(gè)PROTAC的分子證據，并顯示出了抗腫瘤活性的跡象。這些數據支持ARV-110進(jìn)行進(jìn)一步的II期臨床試驗。

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

       這兩種PROTAC分子的早期數據都顯示了強有力的臨床表現，證明了它們理想的安全性、有效的暴露和對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，預計還會(huì )有更多的項目跟進(jìn)。

       五、PROTAC的開(kāi)發(fā)現狀

       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)的先驅和領(lǐng)軍人物紛紛創(chuàng )立公司，開(kāi)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(kāi)發(fā)的蛋白降解技術(shù)主要用于腫瘤和神經(jīng)系統類(lèi)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，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(zhuān)注于蛋白降解劑開(kāi)發(fā)的平臺C4T TORPEDO，用于PROTAC的設計、合成和活性評價(jià)，旨在發(fā)現高質(zhì)量的蛋白降解劑。2019年1月，與百健和羅氏分別達成4.15億美元和9億美元的合作協(xié)議。

       Kymera Therapeutics，成立于2016年，專(zhuān)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，其與賽諾菲達成多項計劃的戰略合作，獲得1.5億美元的預付款，并可能獲得超過(guò)20億美元的潛在開(kāi)發(fā)、監管和銷(xiāo)售里程碑，以及可觀(guān)的特許權使用費。

       Nurix，成立于2009年，專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)可供口服的降解劑，布局的靶點(diǎn)有BTK、CBL-B等。該公司利用他們在E3連接酶方面的深厚的專(zhuān)業(yè)知識和專(zhuān)有的DNA編碼化合物庫（DEL），建立了專(zhuān)有的藥物發(fā)現平臺DELigase，用以開(kāi)發(fā)蛋白降解藥物或者是抑制E3連接酶來(lái)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。國內公司也有布局，并有可能趕超海外藥企的領(lǐng)域。據不完全統計，國內已布局PROTAC技術(shù)的藥企已超過(guò)20家，不僅有biotech，還有big pharma。海思科作為第一家國內開(kāi)啟臨床試驗的公司，位列PROTAC技術(shù)第一梯隊。其他藥企還有凌科藥業(yè)、分迪科技、美志醫藥、江蘇恒瑞、開(kāi)拓藥業(yè)、成都先導、海創(chuàng )藥業(yè)、海和藥物、領(lǐng)泰生物、和徑醫藥、標新生物、諾誠健華、五元生物、美志醫藥、亞盛醫藥、科倫藥業(yè)、石藥集團、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(kāi)發(fā)平臺的CRO公司有藥明康德、康龍化成、美迪西等。

       結語(yǔ)

       在過(guò)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(guò)去的幾年，PROTAC已經(jīng)成為一種關(guān)鍵的治療方式。最近，通過(guò)I期和II期臨床試驗中的陽(yáng)性結果，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(zhù)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。

       參考資料：

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