临近诱导模式：PROTAC，LYTAC，DUBTAC，RiboTAC...

大家好，今天给大家分享一篇近期发表在ACS Cent. Sci.上的文章，题为：Proximity-Based Modalities for Biology and Medicine。这篇文章的通讯作者是来自邓迪大学的Alessio Ciulli。

分子接近协调生物功能，阻断现有的接近是一种既定的治疗策略。相比之下，通过化学强化或创造新的接近性，可以以高选择性调节生物过程，并有可能大大扩大目标空间。最近出现了大量基于接近性的策略，通过不同的策略来靶向蛋白质，为生物制药创新提供了机会。这篇文章概述了基于诱导接近的各种机制和分子，包括蛋白质降解剂、阻滞剂和稳定剂、蛋白质翻译后修饰诱导剂和细胞治疗剂，并讨论了该领域中所面临的机遇和挑战。

01靶向蛋白降解

基于蛋白酶体的靶向蛋白降解。

分子胶（MG）降解剂和PROTACs是主要和最发达的方式，它们通过泛素蛋白酶体途径协同E3连接酶介导蛋白质降解(图1)。

图1.诱导接近的机制和方式。

MG降解剂促进预先存在的E3连接酶-靶标相互作用，而不是从头产生新的相互作用。因此，使用传统方法识别或预测这些相互作用具有挑战性。作者预计，开发新的计算和实验方法来揭示和验证蛋白−蛋白相互作用，将是逐步改变我们发现新的MG降解物的能力的基础。

图2.目前已批准或临床阶段的分子胶（MG）降解剂和对新型MG降解剂的展望。

PROTACs是一种双功能分子，旨在诱导靶向蛋白质降解。由于其模块化的化学性质，PROTACs理论上可以通过linker将靶蛋白配体与E3连接酶配体连接在一起，从而用于任何靶标。这可能解释了与单价MG降解剂相比，双功能PROTAC的发展速度要快得多，许多致病蛋白被降解，大约25种PROTAC降解物在临床试验中被研究(图3)，使诱导蛋白降解成为一种范式转移的药物发现方式。

在文章中作者预计开发下一代PROTACs将面临以下挑战：

1.如何降解未被处理的致病蛋白，并扩展到癌症和炎症性疾病以外的疾病领域。

2.如何快速扩展E3连接酶领域和E3配体工具箱。

3.如何以更合理、更高效的方式探索PROTACs的化学空间。

4.如何用低亲和力配体设计高协同性PROTAC。

5.在PROTAC开发的早期阶段，如何解决ADME和药代动力学(PK) /药效学(PD)的挑战

图3.目前临床研究中的PROTAC降解剂和对未来临床阶段PROTAC降解剂的展望

基于溶酶体的靶向蛋白降解。

MG和PROTAC降解剂主要通过泛素蛋白酶体途径降解细胞内蛋白，而基于溶酶体的降解物可以针对细胞外蛋白、跨膜蛋白、细胞内蛋白聚集体甚至细胞器进行降解。这些策略有可能极大地扩展可降解蛋白质组，并提高靶向蛋白质降解的治疗范围。各种不同的降解途径(AUTAC、AUTOTAC、LYTAC、PROTAB、KineTAC、AbTAC等)，包括内吞作用、吞噬作用和自噬，可以被劫持进行基于溶酶体的降解（图1）。文章中指出基于溶酶体的靶向蛋白质降解是基于蛋白酶体的降解的补充，它仍处于起步阶段。溶酶体的劫持是如何干扰其正常细胞功能的，其潜在的基于模态的毒性仍有待研究。

02靶向蛋白抑制

利用蛋白质和蛋白质间相互作用（PPI）抑制靶蛋白的酶功能或支架功能是一种有吸引力的靶向挑战性蛋白和蛋白复合物的策略。回顾性机制研究发现，环孢素、FK506、和雷帕霉素等药物通过靶向蛋白质抑制来发挥作用，它们的免疫抑制活性归因于它们通过招募另一结合蛋白来增强靶蛋白抑制的能力。这些化合物的作用机制与MG的作用机制相似，但它们具有非降解性质（图1）。文章指出如何在偶然发现之外找到这样的MG以及如何选择合适的蛋白质配对是该领域所面临的前沿挑战。

03靶向蛋白稳定

去泛素酶靶向嵌合体(DUBTACs)的双功能分子诱导去泛素酶(DUB)和靶蛋白之间接近，从而稳定蛋白质水平，可以恢复引起疾病的异常降解蛋白质的水平，从而治疗疾病（图1）。靶向蛋白稳定是一种有吸引力的治疗策略，dubtac提供了一种模块化和可推广的方法来挽救那些不稳定和异常降解导致疾病的蛋白质。然而，该技术可能需要扩展以发现OTUB1以外的dub的其他非正构配体，并进行重要的药物化学优化以建立所需的结合特异性。因此，有必要对dub进行深入的机制、功能和结构研究，以确定合适的和可劫持的靶酶空间。

04靶向蛋白翻译后修饰

翻译后修饰(PTMs)在调节细胞功能中起关键作用。最近，利用异双功能分子促进蛋白靶点与PTM酶之间的接近是一种靶向PTM的新方法。与传统的PTM靶向策略相比，基于邻近性的PTM靶向模式提供了按需和精确的靶蛋白修饰，而不会对安装或去除PTM的相应酶的其他底物产生泛调节作用。目前的AceTAGs和PhosTACs依靠融合蛋白系统来应对这一挑战，其中异双功能分子通过同时靶向与PTM酶和靶蛋白融合的标签结构域，将PTM酶和靶蛋白靠近。除了上述已经被异双功能模式调控的PTMs外，许多其他PTMs，包括泛素化、甲基化、SUMOylation、羟基化、棕榈酰化甚至二亚磺化，也在调节信号转导、蛋白质亚细胞定位、PPIs、蛋白质稳定性和基因表达方面发挥重要作用(图4)。然而，由于大多数ptm都是严格调控的，彼此之间相互联系将可用药的PTM与不受调节的蛋白配对可能具有挑战性。因此基于邻近的PTM靶向模式的转化潜力以及这些机制在药物发现中的推广程度仍有待观察。

图4.靶向蛋白翻译后修饰研究进展

05细胞治疗开关

细胞疗法指的是给病人注入纯化的细胞，使其生长、替换或修复受损组织，以治疗疾病。细胞治疗的一个突出例子是CAR-T疗法，CAR-T疗法的嵌合抗原受体负责增强免疫反应和T细胞的下游激活和增殖(图5)。然而，免疫反应和T细胞的激活不足导致癌症的不完全杀伤，免疫反应和T细胞的过度激活可导致与细胞治疗相关的毒性。因此，已经开发出多种CAR-T技术（如使用Rimiducid作为ON和OFF开关的car工程T细胞（图5A）和使用来那度胺作为ON和OFF开关的car工程T细胞（图5B））,来修饰嵌合抗原受体结构，以获得对免疫反应和T细胞活化的控制，从而导致对患者更可控和更安全。多种CAR-T细胞疗法因为相关的毒性问题成为许多癌症治疗的最后手段。通过化学诱导的接近来暂时控制CAR-T细胞治疗使治疗更安全、更有效。

图5.使用接近剂作为开、关开关的先进细胞治疗模式。

06其他诱导接近模式

核糖核酸靶向嵌合体(RiboTACs)招募核糖核酸酶来降解RNA，这扩大了诱导接近RNA的靶空间，并通过招募其他细胞因子，如腺苷脱氨酶、去脂化酶和末端U转移酶，带来了靶向RNA的潜力。CRISPR-Cas9也是一种基于接近度的技术。向导RNA是一种双功能分子，由crRNA序列和tracrRNA序列组成，它们分别与靶DNA序列特异性结合并招募Cas9核酸酶，因此可以通过Cas9.进行精确的DNA切割(图1)，这些研究说明诱导接近模态在生物领域的扩展。

总之这篇文章概述了基于诱导接近的各种机制和分子，包括蛋白质降解剂、阻滞剂和稳定剂、蛋白质翻译后修饰诱导剂和细胞治疗剂，并讨论了该领域必须解决的机遇和挑战，以成熟和解锁生物学和医学中的转变。

Liu X, Ciulli A. Proximity-Based Modalities for Biology and Medicine[J]. ACS Central Science, 2023.

编辑人：💧Transparent

来源：医药速览

2023-08-03

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