1、 靶向蛋白降解（TPD）的新兴药物发现策略 新分子类型药物正在改变由小分子为主导的药物发现格局，其中多肽、寡核苷酸以及细胞和基因治疗等为诸多尚未被满足的治疗需求提供了新的选择。另一种新兴的模式是将传统的小分子亚基组装成一个更大的分子，以触发靶向蛋白降解。蛋白降解靶向嵌合体（Proteolysis Targeting Chimera,简称 PROTAC）就是此类策略的代表，它能特异性结合靶蛋白（Protein of Interest,POI），并通过结合 E3 连接酶配体，使靶蛋白和 E3 连接酶被招募到一起，利用体内泛素-蛋白酶体途径特异性地降解靶蛋白1-3。靶向蛋白质降解技术能够有效地降解那

2、些传统小分子疗法难以靶向的致病蛋白，为难以成药的靶点提供了新的成药方法。研究人员已经利用 PROTAC 来靶向位于细胞质、细胞核和膜的目标蛋白4。两款 PROTAC 疗法在 2019 年进入了临床 I 期，截至目前，至少有 20 个项目处于临床阶段，涵盖癌症、免疫性疾病、神经退行性疾病、心血管疾病和病毒感染等多种适应症5。PROTAC 的研发遵循与小分子药物类似步骤：靶点验证、化合物优化、体外机制研究以及体内药效、药代和毒理测试。然而，PROTAC 复杂的作用机制增加了药物研发的难度。选择适当的筛选和分析技术来表征和优化 PROTAC 的功能，有助于简化 PROTAC 的开发流程。药明康德药物

3、发现服务总监 Kris Rutten 在一场网络研讨会中表示：“在过去 20 年的研究中，合成的双功能小分子开始在药物研究领域证明其价值。这些分子的开发，不仅能增进我们对多种生物通路功能的理解，同时也将推动下一代治疗策略的开发”2。双功能分子的作用机制 在 PROTAC 治疗策略中，POI 配体与 E3 连接酶配体连接，E3 连接酶配体可以特异性结合 E3泛素连接酶。PROTAC 与 POI 和 E3 连接酶结合，使它们紧密接触。随后，E3 连接酶会在 POI 的多个赖氨酸残基上连接多个泛素亚基，通过泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-proteasome system,UPS)识别并降解

4、这些已经被泛素化的靶蛋白（图 1）。UPS 是细胞进行降解和回收损坏蛋白质的主要胞内机制，PROTAC 能够“劫持”UPS，诱导能与其配体结合的蛋白质降解6。与传统小分子通过干扰蛋白质活性位点（如酶或受体）发挥作用不同，PROTAC 可以将可成药的靶点扩展到任何可结合小分子配体的蛋白质，且不需要长时间高浓度地结合，这为其作为潜在药物提供了更多可能性。虽然科学家估计，人类蛋白质组中仅 10%-15%的蛋白质被认为是可成药的，但更多的蛋白质被认为具有配体性（ligandability），这些蛋白质有潜力通过PROTAC 转化策略进行药物开发7,8。当靶蛋白被标记并降解后，PROTAC 分子会被释放

5、出来，进行下一轮的结合和降解。这种催化式、可循环的作用方式使 PROTAC 能够以更低的剂量获得更高的活性，即使是低亲和力的配体也能诱导靶蛋白的高效降解9。图 1.PROTAC 结构(A)及 PROTAC 诱导靶向蛋白降解的机制(B)挑战 PROTAC 的研发并非易事，由于需要在单一分子上连接两种不同蛋白质的适合配体，这使得所有常见药物研发过程中的挑战在 PROTAC 的开发过程中可能会被放大。PROTAC 的开发需要验证和监测双功能分子与其 POI 和 E3 泛素连接酶的结合情况。三元复合物的形成可能会引发一些与结合动力学和热力学相关的非常规现象。例如，即使二元相互作用紧密，也不能保证形成稳

6、定的三元复合物，这背后的机制仍需要进一步研究。此外，“钩子效应”(hook effect)也可能出现，即在 PROTAC 分子浓度较高时，可能优先分别与 E3 连接酶或靶蛋白形成无效的二元复合物而非三元复合物，这可能会削弱药效，所以可能需要使每个二元相互作用的强度相似10。此外，两种配体和连接区可能产生各种不同的潜在脱靶效应。一般来说，PROTAC 的分子量在 750 Da 左右，比常规小分子略大。这可能限制其透膜性、溶解度和生物利用度，因此在 PROTAC 开发中需要考虑这些因素，需要采用特殊的剂型。值得一提的是，Arvinas 公司开发的两种口服 PROTAC 蛋白降解疗法当前已经进入临床