PROTAC技术最新分析：黄金时代即将来临，未来风

作者：杨超月

PROTAC技术最新分析：黄金时代即将来临，未来风口在这4个方向！

2022-02-27 11:42 来源: 本地红姐晓天下

原标题：PROTAC技术最新分析：黄金时代即将来临，未来风口在这4个方向！

从2001年首次发表至今，历经20余年的发展与沉淀，PROTAC靶向蛋白降解技术的黄金时代已然来临。

2022年1月18日，PROTAC技术的发明人之一，这一革命性领域持续的开拓者、最重要的贡献者——耶鲁大学的Craig Crews教授发表了有关PROTAC技术的最新综述：PROTAC targeted protein degraders: the past is prologue，并在其中分析预测未来20年PROTAC技术4大爆发机会点。

那么在过去都发生了什么，得以成为未来之序曲？

1942-2021：从泛素蛋白到百亿市值

1. 序曲的开端：“泛素蛋白”的发现

早在1942年，Schoenheimer通过同位素技术发现蛋白是处于一面被持续地合成出来一面被持续地降解掉这样一个动态平衡中。蛋白是如何被降解的成为了生物学界持续近半个世纪的研究主题。

在1975年，Goldstein首次从牛胸腺中发现了一种只有76个氨基酸的小蛋白。后来发现这个蛋白质广泛地存在于各种组织和有机体中。这个蛋白因其存在之广泛（ubiquitous）而被命名为泛素蛋白（Ubiquitine）。

在随后的70s-90s年代，泛素蛋白被发现在蛋白降解中起到了重要的作用。在此期间一系列突破性的发现建立了蛋白降解的主要机制：泛素蛋白-蛋白酶体系统。

在E1,E2,E3连接酶的作用下，多个泛素蛋白被转移到一个需要被降解的蛋白上。被贴上泛素蛋白标签的目标蛋白进而被蛋白酶体识别，并在蛋白酶体空腔内被降解成多肽片段和氨基酸分子。Aaron Ciechanover, Avram Hershko和 Irwin Rose因发现泛素蛋白介导的蛋白降解而获得2004年Nobel化学奖。

图片摘自诺奖官网

2. 微光初现：PROTAC概念的提出

在2001年Craig Crews教授及合作者在PNAS上发表了一篇突破性文章。作者们首次提出一个崭新的概念：PROTAC（靶向蛋白酶解嵌合体分子）。如下图所示，PROTAC分子由三部分组成:靶点蛋白配体，E3连接酶配体，还有链接部分将二者连在一起。

PROTAC分子一端和靶点蛋白相结合，另一端和E3连接酶结合，从而将靶点蛋白和E3连接酶强拉到一起。这样就促进E3连接酶催化泛素蛋白转移到靶点蛋白上。被泛素化的靶点蛋白就能被蛋白酶体识别并降解。靶点蛋白承担的生理功能将随着靶点蛋白的消亡而消失。通过降解靶点蛋白而调控其生理功能开辟了一条前所未有的生物医药研究和制药新途径。

图片摘自：Bekes, M.; Langley, D. R.; Crews, C. M. PROTAC targeted protein degraders: the past is prologue. Nat. Rev. Drug Discov. 2022, ahead of print.

尽管设想创意满满，但是现实很骨感。PROTAC的概念提出伊始便遭遇重重困难，饱受质疑。尽管靶点蛋白不乏小分子配体，但是E3连接酶的配体研究却近乎空白。在2001年的这篇PNAS文章中，作者们使用了一个多肽作为E3连接酶的配体。基于多肽的PROTAC分子无法透过细胞膜，缺乏实际应用的潜力。

虽然可以通过微注射的技术把多肽类PROTAC化合物送入细胞开展研究，但实用价值几近于无。在2001年之后的十来年内，跟进这个领域的工作屈指可数。

在2008年，Crews课题组发表了靶向雄激素受体（AR）的基于小分子E3连接酶配体的PROTAC。这个工作标志着PROTAC领域的一个突破：基于小分子配体的PROTAC使得改善成药性成为可能。但是困难依然存在：由于三组分的设计，PROTAC分子的分子量通常较大（~1000），违反业界所接受的成药性规律如成药性五之原则，属于传统意义上不能成药的分子空间，渗透性，口服PK极具挑战性。

图片摘自：Churcher, I. J. Med. Chem. 2018, 61, 444.

3. 进击的PROTAC：独特优势与市场焦点