【PROTAC】新药开发系列（十六）PROTAC前世今生和
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一、背景
过去十年，药物靶标领域的格局发生了重大变化。重点已经从传统药物靶标，如G蛋白偶联受体（GPCR），离子通道和激酶转向更具挑战性的“不可成药”靶标。尽管从生物学角度来看传统靶标仍然具有吸引力。这些靶标通常包括无酶功能的蛋白质，如转录因子和支架蛋白。历史上，那些具有明确活性位点，且适合结合小分子的药物靶标，一直是药物干预的重点。因此，针对这些明确活性位点的靶标开发传统小分子抑制剂时现代药物开发的常规方法。所以，目前大多数药物都是小分子抑制剂，主要通过占据驱动的药理学作用模式（MOA）来控制蛋白功能（图1a）。尽管该方法已经成功，但这种MOA不能应用于所有生物靶标，尤其是那些缺乏酶活性的靶标，如支架蛋白或通过蛋白-蛋白相互作用（PPIs）发挥作用的蛋白质。通过药物占用驱动的MOA控制蛋白功能是通过保持高靶标占用率来实现的，而高浓度药物产生的脱靶效应将会导致患者的不良反应。此外，抑制/占据驱动疗法的耐药性已经在许多疾病中被观察到，例如癌症和细菌感染。因此，我们需要努力开发新作用机制的药物，以调节非传统药物靶标和防止耐药性。新作用机制包括，如核酸疗法，修饰的多肽，重组蛋白和单克隆抗体。
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图1 占据驱动和事件驱动的药理学区别
PROteolysisTArgeting嵌合体（PROTACs）分子是一种利用事件驱动的MOA，更是非常有前景的新药开发模式。PROTAC可以通过诱导目标蛋白的降解来调节蛋白水平（图1b）。作为异双功能分子，它由结合目标蛋白（POI）的配体、Linker和E3泛素连接酶（E3）配体组成（图1c）。PROTAC通过与POI和E3形成三元复合物来启动该POI的降解。先是使POI被泛素化标记，然后通过26S蛋白酶体识别并降解多泛素化的POI（图1b）。26S蛋白酶体是泛素-蛋白酶体系统（UPS）的一部分，它是真核细胞调节蛋白质水平的主要机制。在本综述中，所有符合上述定义的化合物将被称为PROTAC。当然，文献中也使用其它名称：如，特异性和非遗传性IAP依赖性蛋白质橡皮擦（SNIPER）、降解剂、degronimids、PROteolysis TArgeting Peptide（PROTAP）、蛋白质降解探针（PDP）。
本综述介绍了PROTAC技术发展过程中的里程及现状，特别关注了2018年年的关键发现，并指明了利用蛋白降解机制开发治疗性新药未来的发展方向。
二、前世
图2展示了PROTAC各阶段发展的里程碑及使用PROTAC技术成功降解的目标蛋白。2001年Crews和Deshaies实验室报告了第一个PROTAC，是利用了含SCFβ-TRCP的E3诱导MetAp-2的降解。接下来的PROTACs分子诱导了AR和ER的降解，从而扩大了可降解目标蛋白的范围。这些PROTACs分子通过显微注射进入细胞，结果显示它们可以在细胞中靶向降解AR和ER。随后的PROTAC则是使用HIF-1α肽片段携带细胞穿透肽序列，以在细胞中利用含VHL的E3降解目标蛋白，无需显微注射（见图1c）。然后，研究者将较短的HIF-1α肽片段作为PROTAC的E3连接端，靶向降解了芳烃受体核转位蛋白（ARNT）。虽然第一代的PROTAC可以诱导目标蛋白的特定降解，但它们仅有低微摩尔的活性。此外，由于它们含肽，故细胞渗透性较差，细胞活性低，这大大限制了PROTAC技术在新药开发中的应用。
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图2 PROTAC技术开发的重要里程碑
PROTAC技术的一项显著进步是发现了特异性结合E3泛素连接酶的小分子。基于小分子的PROTAC在2008年被首次报道。该PROTAC（图1c）利用含MDM2的E3诱导AR的降解，其E3结合配体是MDM2-p53的PPI抑制剂nutlin。该研究证明了透膜PROTAC的开发是可行的，但诱导AR降解的浓度较高（微摩尔级别）。与此同时，研究者发现cIAP1结合bestatin methyl esters可促进其自身泛素化和降解。Hashimoto课题组使用这些bestatins设计了第一个PROTAC，利用cIAP1靶向降解CRABP-I和II。2012年，VHL的高亲和力拟肽配体被发现。随后，Ciulli课题组报道了结合VHL拟肽配体的构效关系研究。同时，Cereblon（CRBN）被鉴定为免疫调节药物（IMiDs）沙利度胺、泊马度胺和来那度胺的结合靶标。在与CRBN结合后，观察到IMiDs促进目标蛋白，如Ikaros、Aiolos和CK1α的降解。
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