基于功能效应物的异功能分子设计

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　多特异性分子，是一类通过诱导两个或更多的蛋白质分子相互靠近，以提高治疗潜力的药物。自2001年，异功能分子以来吸引了越来越多的关注（图1）。在这些异功能分子中，PROTACs就是其中最成功的的代表。

　　尽管PROTACs为小分子药物设计开辟了一条新的途径，但它们并不适用于所有的蛋白质类别。此外，PROTACs的效果取决于特定的E3连接酶亚基，因此受到E3表达的影响，这限制了它们在特定细胞类型的应用。因此，迫切需要开发更多招募其他效应物的异功能分子，以补充PROTACs的不足之处。

　　图1. 用于药物发现的异功能分子的演变的时间轴。

　　（图片来源：J. Med. Chem.）

　　日前，Wang等发表于J. Med. Chem.评论性文章概述了一些成功开发的异功能分子和工作流程，并着重介绍了了目前的设计策略、优势及待解决的问题。

　　除了UPS，自噬机制、内体/溶酶体、磷酸化途径和核糖核酸酶（RNase）L也被发现可以降解靶蛋白或调节翻译后修饰（PTMs），使这些细胞系统的组成部分成为设计异功能分子的潜在效应器。

　　图2. 基于内源性效应物诱导降解或不同PTM效应的双功能分子的机制。

　　（图片来源：J. Med. Chem.）

　　1. 溶酶体募集的异功能分子——LYTACs

　　除了蛋白酶体，内体/溶酶体途径也是一个重要的蛋白质降解平台（图3A）。与泛素介导的蛋白体降解相比，内体/溶酶体途径作用于更广泛的底物。在自然溶酶体降解机制的基础上，LYTACs是通过将LTR配体与POI结合分子相连而设计的（图3B）。理想情况下，LYTACs可以通过将POI与LTR桥接来发挥溶酶体作用，诱导溶酶体介导的降解（图3C）。目前，已经成功开发第一代LYTACs（M6Pn-LYTAC）和第二代LYTACs（GalNAc-LYTACs）（图3D）。

　　图3. LYTACs和代表化合物的机制。(A）溶酶体的内源性吞噬过程。(B) LYTACs的合理设计。(C) LYTACs通过利用溶酶体的降解作用降解POI。(D）代表性LYTACs的化学结构和功能。

　　（图片来源：J. Med. Chem.）

　　LYTACs的提出补充了PROTACs的功能，解决了PROTACs不能针对细胞外和膜相关POI的问题。LYTACs作为一种能够扩大可降解蛋白范围的有效工具，有着巨大的前景。考虑到LTR在大多数细胞表面广泛表达，防止LYTACs针对只表达LTR而不表达靶标蛋白的细胞，提高LYTACs的选择性和安全性也是亟待解决的问题。非特异性糖基修饰的抗体在小鼠体内会被迅速清除，确定如何调整LYTACs的药代动力学以控制脱靶清除率是另一个需要解决的问题。因此，需要开发更有力的小分子LYTACs。

　　2. 自噬招募的异功能分子——AUTACs

　　自噬系统在溶酶体介导的细胞内物质的降解中起着主要作用。在自噬中，蛋白质的降解是从底物的基于S-鸟嘌呤化的K63聚泛素化开始的，然后泛素化的货物被参与自噬体的受体识别，并在后续过程中被降解（图4A）。基于自噬系统的重要功能，Arimoto小组提出了一种新型的异功能分子，称为AUTAC；AUTAC通过招募自噬体选择性地降解POI（图4B）。

　　图4. AUTACs和代表化合物的机制。(A) 通过自噬体途径的内源性自噬过程。(B) AUTACs的合理设计。(C) AUTACs/AUTOTACs通过采用自噬体降解POI。(D) 代表性AUTACs/AUTOTACs的化学结构和功能。

　　（图片来源：J. Med. Chem.）

　　第一代AUTACs选择鸟嘌呤衍生物（cGMP）作为自噬标签来诱导内源性S-鸟苷化。随后，研究人员又开发了自噬靶向嵌合体（AUTOTACs），它可以直接将受体p62拴在POI上并诱导POI的选择性自噬（图4C，D）。

　　AUTACs/AUTOTACs的概念进一步扩大了异功能分子的POI范围，包括聚集的蛋白质、细胞内的碎片，甚至受损的细胞器。然而，AUTACs的发展仍然面临许多挑战。例如，AUTACs的效率仍需提高、 AUTOTACs的持续性质需要进一步阐明、脱靶和选择性问题仍有待阐释，AUTACs对体内整体自噬过程的影响也有待于探索。最后，自噬的一些关键机制还不清楚。

　　3. 核酸酶诱导的异功能分子──RIBOTACs