清华大学饶燏团队最新综述：PROTAC理性设计的9大

作者：杨超月

蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）技术是一种利用化学小分子诱导靶蛋白泛素化标记后经蛋白酶体降解的新型治疗策略。由于PROTAC技术可以降解“不可成药”靶点，这一技术受到了学术界和工业界的广泛关注。然而，PROTAC的设计和优化仍需要基于经验主义的反复迭代优化，这种开发策略存在严重的局限性。

8月2日，清华大学饶燏教授团队在Chemical Society Reviews杂志上在线发表了题为“Chemistries of bifunctional PROTAC degraders”的重磅文章，综述了PROTAC开发过程中的代表性示例，汇总了该领域的重要研发进展，全面系统地从化学角度介绍了PROTAC开发和设计的经验，希望可以帮助提高此类蛋白降解剂的开发效率。全文共49页，内容丰实，以下摘编部分重要内容：

来源：Chemical Society Reviews

一、E3连接酶配体的设计与优化

1. 基于多肽的PROTAC

首个PROTAC的E3连接酶配体是IkBα磷酸肽，这种基于多肽设计的PROTAC细胞膜通透性差，需要以显微注射的方式进入细胞。同时这种结构容易被磷酸酶水解，稳定性差。因此，基于多肽设计的PROTAC并未得到广泛应用。

基于多肽的PROTAC的设计与优化（来源：Chemical Society Reviews）

2. 基于小分子的PROTAC

从PROTAC提出的2001年到2011年这10年期间，PROTAC进展缓慢。随着小分子E3连接酶配体的不断发现，PROTAC发展迅速。目前，已鉴定出600多种人类基因组编码的E3连接酶，但是E3连接酶配体仍局限于结合小鼠双微体基因2蛋白（MDM2）、细胞凋亡抑制蛋白（cIAP）、希佩尔林道蛋白（VHL）和cereblon（CRBN）的化合物。其中，靶向CRBN的ARV-110和ARV-471已进入临床试验。

E3连接酶配体的发现时间（来源：来源：Chemical Society Reviews）

MDM2：目前发现的MDM2小分子配体结构较大，合成难度高，限制了MDM2在靶向蛋白降解技术中的应用。

cIAP：由于cIAP配体苯丁亮氨酸及其衍生物苯丁亮氨酸甲酯（MeBS）导致cIAP自泛素化并降解，靶向cIAP的PROTAC分子研究不多。

VHL：通过构效关系研究发现了理化性质较好的小分子配体VH101和VH298，这类配体结构中保留了关键羟脯氨酸残基，分子量小于400 Da，类药性提高，细胞通透性增强。小分子VHL配体的发展直接促进了靶向VHL PROTAC技术的突破。

CRBN：研究表明免疫调节类药物沙利度胺及其类似物的戊二酰亚胺结构可以与CRBN结合。鉴于CRBN配体良好的类药性特征，此类配体广泛应用于PROTAC分子的设计与合成。

已报道的用于PROTAC开发的E3连接酶及其配体（来源：Chemical Society Reviews）

近期发现的新兴E3连接酶，如DCAF11、DCAF15和RNF114等应用范围很窄，原因包括（1）其中一些E3连接酶配体来源于天然产物，结构复杂，难以合成和大量使用；（2）基于E3连接酶共价配体设计的PROTAC分子活性低，潜在毒性仍未阐明。此外，不同E3连接酶的降解范围不同：有些靶蛋白可用多种E3连接酶标记降解，而有些靶蛋白只有特定的E3连接酶才能发挥活性，原因包括（1）E3连接酶在不同细胞中的表达水平不同；（2）E3连接酶本身的靶蛋白选择性；（3）目前的基于分子轮盘赌的PROTAC开发策略下合成的PROTAC分子数量和类型不够。

因此，在设计后续的PROTAC分子时，CRBN和VHL应成为首选的E3连接酶（作用范围最广）；目前现有的E3连接酶配体无法诱导靶蛋白降解时，可选用新的E3连接酶配体用于设计PROTAC分子，但需要广泛的实验验证。

二、连接基团的设计策略

连接基团的长度、组成、柔性、连接位点对PROTAC活性三元复合物的形成、降解活性和靶标选择性很重要。对于连接基团的设计和优化目前没有普适性的策略，往往是从短小简易的烷烃或聚乙二醇（PEG）链为起点，通过不断尝试调整连接基团的特性。

1.连接基团的结合位点