傳統(tǒng)的小分子抑制劑的作用機制是通過結(jié)合靶蛋白的活性位點從而抑制靶蛋白的功能，100多年來小分子的研發(fā)思路成功對抗了很多疾病。但小分子成藥的技術也面臨著諸多的限制和挑戰(zhàn)，例如小分子藥物會出現(xiàn)耐藥性，無法長期抑制靶向蛋白的活性；且小分子藥物需要維持一定的體內(nèi)藥物濃度才能發(fā)揮作用；另外，還有很多靶點被認為是小分子所無法靶向的，如一些轉(zhuǎn)錄因子，骨架蛋白和無藥可治的突變靶點KRAS等。
單抗雖然相對于小分子具有高親和力和高選擇性的優(yōu)勢，但其最大弊端在于無法透過細胞膜，因此無法作用于細胞內(nèi)靶點。RNAi可以透過細胞膜，并對靶點有強作用力，然而由于其代謝不穩(wěn)定及脫靶效應等弊端，發(fā)展進程也是困難重重。
然而PROTAC技術的出現(xiàn)給小分子藥物的瓶頸帶來了曙光，似乎可以完美地解決小分子藥物面臨的諸多難題。2020年3月13日美迪西化學部副總裁馬興泉博士在“美迪西云講堂”與各界同仁們分享了關于PROTAC技術的精彩講解，下文對馬博士的課程做了簡單的回顧：
什么是PROTAC技術
PROTAC是PROteolysis TArgeting Chimeras的縮寫，意為蛋白水解靶向嵌合體，屬于蛋白質(zhì)降解技術的一個新分支。PROTAC技術的原理征用了自然的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解過程。蛋白降解在細胞的正常生命活動中是至關重要且被嚴格調(diào)控的，其過程主要是通過泛素化酶系統(tǒng)的參與而完成的。需要被分解的蛋白質(zhì)通過E1、E2和E3泛素連接酶系統(tǒng)標記，進而被蛋白酶識別并降解。
PROTAC分子是一類具有啞鈴型結(jié)構(gòu)的雙功能活性化合物，分子的一個活性端可以與靶蛋白緊密結(jié)合，并通過連接鏈linker連接到另一個活性端用來與E3泛素連接酶相結(jié)合。這種雙功能分子在體內(nèi)可以分別識別靶蛋白和E3泛素連接酶，將靶蛋白和E3泛素連接酶拉近，靶蛋白被泛素化后，在體內(nèi)通過泛素-蛋白酶體途徑降解。靶蛋白降解后，PROTAC分子又可以被釋放出來參與到下一個蛋白的降解過程，因此這種降解作用具有催化效果，較少的藥物劑量就可以實現(xiàn)高效的降解。
美迪西科研團隊建立了PROTAC藥物發(fā)現(xiàn)技術平臺，匯總了當前流行的熱門的靶標蛋白配體, 建立了廣泛的熱門靶向蛋白高度親和力小分子及小分子片段化合物庫（TPSM），廣泛的E3連接酶高度親和力的小分子及小分子片段（E3SM）；建立了linker系統(tǒng),包括收集大量具有廣泛多樣性的雙官能團連接體（BF-Linker）。這些積累的化合物庫可以幫助快速高效的合成大量高活性PTROTAC雙特異性小分子，極大地提高采用PROTAC技術進行的藥物研發(fā)過程。除了快速合成之外，我們同時建立和完善的PROTAC生物篩選與測試平臺，后續(xù)發(fā)展到臨床前所有階段。美迪西的PROTAC研究平臺已經(jīng)與多家生物醫(yī)藥公司建立了技術服務，部分項目已經(jīng)推進到臨床前研究階段。“專注創(chuàng)新，用心服務”，經(jīng)過不斷創(chuàng)新和完善，美迪西PROTAC研究平臺已有能力進一步承接大量的PROTAC技術研究，提供一站式的研發(fā)服務。
接著我們來簡單了解一下PROTAC技術的發(fā)展歷程
2001年加州理工大學的Raymond J. Deshaies教授和耶魯大學的Craig M. Crews教授首次提出了PROTAC的概念，他們報道了利用一段肽段與小分子的連接物可以人為調(diào)控目的蛋白的表達水平。
2004年，Crews和Alessio Ciulli等人設計并改造了VHL（E3泛素連接酶復合物CRL2VHL的一部分）的配體，獲得了具有高親和力的VHL的配體，與VHL的結(jié)合力可以達到納摩爾級別。
利用這種小分子配體，Crews課題組于2015年報道了雌激素相關受體α（ERRα）和RIPK2 的PROTAC分子，都可以在細胞水平觀察到靶蛋白的降解。Crews教授在2013年建立了Arvinas，公司使用PROTAC平臺構(gòu)建廣泛的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物候選管道，以針對各種器官系統(tǒng)和組織中的疾病，是PROTAC分子發(fā)展的龍頭公司，目前ARV-110和ARV-471推進到 I 期臨床試驗中。
PROTAC研究中的三要素
PROTAC發(fā)揮藥效必須與靶蛋白和E3酶形成有效的三元復合物，而此過程對PROTAC來說，首先需要成功的通過細胞膜進入細胞，其次要考慮如何控制濃度以避免藥物分子與靶蛋白和E3酶分別形成二元復合物（hook effect），以及充分考慮靶蛋白與E3酶接觸區(qū)域的電荷排斥和立體結(jié)構(gòu)排斥，顯得非常重要。而當三元復合物形成后，能否有效降解，還需要與去泛素化酶以及靶蛋白重合成作斗爭，直到達成一定程度的平衡。
其次，E3泛素連接酶的選擇也尤為關鍵。已知大約有600個E3泛素連接酶可以調(diào)控蛋白酶體的功能，這就為蛋白質(zhì)靶向治療提供了無限機會。由于靶向蛋白降解的整個過程依賴于配體誘導的接近性，因此E3泛素連接酶與靶蛋白在時空上的共定位是至關重要的，組織表達、亞細胞定位和調(diào)控的差異都可能帶來潛在的陷阱和機會。
除了重新利用不同連接酶存在的生物學差異外，目前可用的連接酶之間還存在著一些物理化學方面的差異，如何獲得合適的物理化學性質(zhì)以及吸收、分布、代謝和排泄（ADME）特性，使之足以口服給藥和/或甚至達到中樞神經(jīng)系統(tǒng)是極其重要的。
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