PROTAC在抗肿瘤药物开发中的研究进展

近年来研究者开发了多个蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）分子，在第一个PROTAC分子被开发之前，对细胞功能蛋白的干扰主要通过两种途径实现：一种是基于转录水平对核酸的调节,包括siRNA干扰、反义核苷酸以及CRISPR/Cas9介导的基因敲除技术：另一种是直接对靶蛋白进行抑制和降解，比如小分子抑制药和单克隆抗体类药物。然而由于核酸和单抗的药物分子存在不能被动地渗透到细胞中，并且在细胞内易受酶介导快速水解；小分子抑制药具有活性剂量大、不良反应强以及脱靶效应等缺陷，这些局限性严重影响了它们的临床效果。

PROTAC分子与传统的药物相比具有诸多的优点。PROTAC分子由靶蛋白配体和E3泛素连接酶配体共价连接而成，与靶蛋白结合后，首先募集E3连接酶进行泛素化形成稳定的三元配合物，然后进行蛋白酶体介导的降解。近年来，PROTAC技术在肿瘤药物开发领域深受欢迎，研究者利用此技术开发了大量针对肿瘤靶点的PROTAC小分子，本文主要对PROTAC技术在肿瘤相关靶点开发最新进展及PROTAC分子修饰进行总结。

OTAC相对于其他药物的优势  

PROTAC在肿瘤靶点的应用

肿瘤的发生和发展是由于多种信号通路中蛋白的过量表达，这些蛋白主要包括核受体蛋白、激酶蛋白、细胞周期调控因子及其他的功能性蛋白。开发降解这些相关蛋白的PROTAC分子能抑制肿瘤细胞的增殖与迁移，促进其衰老与调亡。

PROTAC分子的作用机制

靶向核受体的PROTAC分子 AR蛋白是引起转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）中关键的疾病相关蛋白，此前对mCRPC的治疗通常采用小分子实现，随着AR基因扩增及耐药突变出现，这些小分子抑制药作用明显下降。基于靶蛋白降解的PROTAC分子能够克服这些问题，目前效果较好的PROTAC分子抑制AR的能力是恩杂鲁胺拮抗药效果的100倍，并且能够有效降低AR调控基因表达。PROTAC分子通过降解AR下调了AR蛋白的水平，显示出比抑制药更突出的效果，为mCRPC药物的开发提供了思路。 靶向表观遗传蛋白的PROTAC分子 溴化结构和超末端蛋白家族（BET）是与肿瘤相关的表观遗传调控因子，在多种肿瘤的发生和发展过程中起重要作用。其中BRD4是一种重要的转录调节因子，其能促进c-MYC基因的表达从而引起肿瘤细胞的增殖、分化和转移。抑制BRD4能够抑制肿瘤细胞增殖和促进其凋亡，但是抑制药与靶蛋白的结合是可逆的，导致BRD4抑制药的效果不太理想。 研究人员将BRD4蛋白抑制药与不同的E3连接酶配体连接得到两种PROTAC分子，与蛋白抑制药相比可更有效的降低BRD4的水平和一直下游信号转导，表现出显著的增殖抑制和凋亡诱导，在动物实验中明显抑制急性淋巴细胞白血病的发展。 靶向激酶的PROTAC分子 蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶，其能把腺苷三磷酸上的y-磷酸转移并共价结合到特定蛋白质分子中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基羟基上，从而改变底物蛋白质及激酶的构象和活性。蛋白激酶参与肿瘤细胞信号传导、细胞周期调控，是肿瘤细胞重要的调控因子。 PROTAC分子在调控细胞周期蛋白依赖性激酶以治疗前列腺癌、胰腺癌、急性髓系白血病等癌症、调控BCR-ABL融合蛋白引发的多种白血病、调控布鲁顿酪氨酸激酶影响肿瘤细胞的增殖等方面已经有较为成熟的研究。这些针对蛋白激酶的PROTAC分子与抑制药相比表现出了更高的靶向性，在降解某一亚型的同时不影响其他相关蛋白的功能，大大降低了其潜在的非特异毒性，对于一些对抑制药耐药的突变体，PROTAC分子也能表现出很好的降解效果，这一定程度上解决了蛋白的耐药突变问题。 靶向其他蛋白的PROTAC分子 根据人B细胞淋巴瘤xL蛋白（Bcl-xL）抑制药开发的PROTAC分子利用E3连接酶在肿瘤细胞和血小板中的差异性表达，实现了组织选择性和靴向性，降低了Bcl-xL抑制剂的血小板毒性。此外，以PD-L1为靶点的PROTAC分子,不仅能够降解PD-L1阻碍其与PD-1的结合，而且能够唤醒T细胞的侵袭能力，可以作为一种癌症免疫疗法相结合的治疗策略。

小结/SUMMARY REPORT

虽然新鲜出炉的AACR癌症进展报告2022中将PROTAC技术称为“推动抗癌技术取得进步的技术”，PROTAC技术仍面临着许多的挑战，人类超过80%的蛋白属于“不可成药”蛋白，这类蛋白的表面通常是平坦的，传统的小分子抑制药难以长期附着，但是目前设计的PROTAC分子靶蛋白配体主要为抑制药,对“不可成药”致病靶蛋白配体的研究涉及的较少，未充分体现出PROTAC分子的优势。此外,人体中已知的E3连接酶有超过600种，但只有少数的E3连接酶应用于PROTAC分子的设计中，如何根据E3连接酶在不同组织和细胞中的表达差异选择高效的E3连接酶和配体，提高PROTAC的活性也是一个需要攻克的问题。除靶蛋白配体与E3连接酶外PROTAC的连接链设计也至关重要，连接链的长短以及组成影响了PROTAC分子在细胞内的代谢以及与靶蛋白结合的构象，目前PROTAC中间连接链设计缺乏科学的理论支撑，还需要更加深入的研究。

来源：医麦客 2022-10-14

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