基因泰克新平台：当抗体遇上“诺奖”PROTAC

前言

PROTAC (proteolysis-targeting chimeras) 技术源自于人们对于细胞内的“清洁工”——泛素-蛋白酶体系统的研究。

PROTAC是由两个小分子配体组成的异双功能分子，一端与靶蛋白结合，另一端与E3泛素连接酶结合，通过连接链连接而成。E3泛素连接酶可通过将泛素（ubiquitin，Ub）贴在靶蛋白（POI）上，将其标记为缺陷或受损蛋白；之后，细胞的蛋白粉碎机（即，蛋白酶体）会识别和降解被标记的POI。

2004年，发现泛素调解的蛋白质降解过程的阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科、欧文·罗斯因获得了诺贝尔化学奖。

PROTAC介导的靶向蛋白降解

蛋白降解技术经过10多年的积累，科学界和产业界已经开发出数千种PROTAC分子。

不过PROTAC并不适用于所有蛋白质类别的降解。由于泛素介导的降解途径发生在细胞内，因此小分子PROTAC目前主要集中在攻击细胞内的靶点，包括胞质蛋白和核蛋白。而一些膜蛋白，在胞内段没有合适的结合口袋供小分子配体结合，PROTAC并无法靶向。

01PROTAB：拓宽蛋白降解应用范围

为将蛋白降解策略的靶点范围拓展至膜蛋白（占编码蛋白的约23%），基因工程和抗体药物先驱——基因泰克将PROTAC从小分子形式转换到抗体形式，开发了基于抗体的靶向蛋白质降解平台“PROTAB”。

图片来源：S.Harris/Springer Nature Limited

这是一种双特异性抗体，一端靶向细胞膜E3连接酶，一端靶向膜蛋白，可以组织特异性地降解细胞表面蛋白。相关研究于近日发表在著名期刊Nature上。

研究中，来自基因泰克的科学家们首先设计了一端靶向IGF1R，另一端靶向RNF43或ZNRF3的N端糖蛋白D（gD）的PROTAB双抗。

PROTAB双抗

胰岛素生长因子1受体（IGF1R）是一种细胞表面受体酪氨酸激酶，介导各种组织和癌症中的生长因子信号传导。

而RNF43和ZNRF3是两种细胞膜E3连接酶，能够通过触发Wnt受体的Frizzled（Fzd）家族的泛素介导的内溶酶体降解来调控Wnt信号。

将PROTABs添加到表达gD融合RNF43或ZNRF3的细胞中，这些PROTABs能够诱导细胞表面IGF1R降解和清除，而没有表达这些E3连接酶的细胞不受影响。

在验证了gD结构依赖的抗体后，研究人员又尝试将PROTAB应用到内源性连接酶中。通过针对蛋白胞外域（ECD）的抗体发现筛选鉴定高亲和力的RNF43或ZNRF3抗体，再与IGF1R抗体cixutumumab (Cixu) 配对，生成的PROTABs (Cixu*ZNRF3 and Cixu*RNF43) 可以特异性诱导结直肠癌（CRC）细胞系中IGF1R的降解。

PROTABs诱导靶蛋白内化和降解

为更好地表征IGF1R PROTABs，研究人员进一步探索Cixu*ZNRF3 PROTABs的生物活性。在CRC细胞系中，Cixu*ZNRF3 PROTABs相比于单独的Cixu （IGF1R抗体），可以更有效地抑制IGF驱动的AKT和S6的磷酸化。

此外，Cixu*ZNRF3 PROTABs还在CRC小鼠模型和多个患者来源的CRC类器官中实现了有效的PROTAB介导的IGF1R降解，且不影响正常组织，突出了PROTAB的组织特异性。

除了RNF43、ZNRF3、IGF1R，PROTAB还能够利用其他细胞表面E3泛素连接酶和膜相关蛋白进行开发。研究中进一步评估了靶向HER2和PD-L1的PROTABs，结果证明了PROTAB技术可有效降解多种细胞表面靶点，代表了PROTAB技术的通用性，可能广泛适用于各种治疗领域。

02LYTAC与AbTAC技术

除了PROTAB，目前已有的LYTACs与AbTACs也能够实现胞外蛋白及膜蛋白降解。

图片来源：Theranostics

AbTAC形式上也是双抗，一端与靶蛋白结合，一端与细胞表面E3连接酶RNF43结合，介导蛋白内吞至溶酶体降解。

2021年1月5日，JACS期刊发表了AbTAC的研究文章， 该技术由加州大学旧金山分校的科学家开发，并在PD-L1靶点上验证了其可行性。

图片来源：JACS

LYTAC主要由两个结合域组成，其中一个是靶向细胞表面的溶酶体靶向受体（lysosome-targeting receptor，LTR）的寡聚糖结构，另一个是靶向靶蛋白的抗体、多肽或小分子，两者通过一个化学链连接在一起。

LYTAC分子的靶蛋白配体部分与靶蛋白的胞外结构域结合，同时寡聚糖结构与细胞表面的LTR结合，三者通过形成LTR-LYTAC-POI三元复合体，介导靶蛋白内吞进入溶酶体降解。

图片来源：Nature

目前已报道的LTR主要有两种，分别是CI-M6PR和ASGPR；其对应的配体分别是M6P和GalNAc。现在也有很多靶蛋白经过了研究验证，包括APOE4、EGFR、CD71和PD-L1等。

Lycia Therapeutics是最早推动LYTAC技术临床转化的公司，并且已与制药巨头礼来达成了为期数年的研究合作和许可协议。此外，Avilar Therapeutics专有的ATAC平台正在开发针对ASGPR的LYTAC技术。

小结

PROTAB代表了一种有效的蛋白质降解平台，下一步将是进一步验证该平台的治疗潜力，并将其应用到传统PROTAC难以靶向的更多细胞表面受体中。

从小分子形式转换到抗体形式的PROTAC，包括AbTAC、PROTAB，不仅适用于细胞表面蛋白质，还具有高组织特异性的优势。