PROTAC燃爆：機制、藥物及二十年風云史

來源：藥智網(wǎng)/中華小吃

近日，輝瑞（Pfizer）公司和Arvinas聯(lián)合宣布達成協(xié)議，共同開發(fā)和推廣PROTAC蛋白降解劑ARV-471；Arvinas將獲得6.5億美元前期付款，以及潛在可達14億美元的里程碑付款；那么，近年來火熱的PROTAC到底是怎樣的一種技術？20年的發(fā)展已經(jīng)到達了什么程度？都有哪些候選靶點及藥物在研？請看本文。

01

PROTAC的里程碑

2001年，首個PROTAC分子PROTAC-1誕生，是由PROTAC技術先驅(qū)Crews及其同事Deshaies報道；2008年，第一個小分子PROTAC誕生，仍為Crews課題組設計合成，是由靶向MDM2 E3泛素連接酶的小分子抑制劑nutlin和AR小分子配體以及中間的PEG Linker構(gòu)成；之后，研究者開發(fā)出以CRL4CRBN、CRL2VHL、cIAPE3泛素連接酶配體的各種小分子PROTACs；再之后，Arvinas公司研發(fā)的ARV-110和ARV-471兩個PROTAC分子進入臨床實驗，分別用于治療前列腺癌和乳腺癌。

圖1.1 PROTAC里程碑時間點（Drug Discovery Today）

2018年，Crews教授作為美國化學會《Journal of Medicinal Chemistry》的特邀主編發(fā)表了PROTAC技術專刊；且進一步統(tǒng)計，近年PubMed中關于PROTAC的稿件數(shù)量整體呈上升趨勢，見下圖。

圖1.2 PubMed中關于PROTAC的稿件數(shù)量（EJMC）

02

PROTAC作用機制

蛋白降解靶向嵌合體技術（PROTAC），是利用雜合雙功能小分子化合物將靶蛋白和細胞內(nèi)E3泛素連接酶拉近，利用生物體內(nèi)泛素-蛋白酶體蛋白降解途徑特異性降解靶蛋白。藥物由3部分組成，即一端是特異性E3泛素連接酶配體，另一端是靶蛋白的特異性配體以及中間的Linker，從而組成“靶蛋白-PROTAC-E3泛素連接酶”。

圖2.1 PROTAC的作用機制示意圖（EJMC）

03

泛素化過程

真核生物細胞一直在努力地維持蛋白水平平衡，這就需要生成和降解兩條途徑的平衡，維持這種平衡的一個關鍵就是泛素。蛋白質(zhì)被泛素化后，將被運送到蛋白酶體，從而降解。

泛素化，主要由3種酶催化，即E1泛素活化酶、E2泛素結(jié)合酶、E3連接酶。同時，該過程可逆，泛素可被去泛素化酶從泛素鏈上去除，形成反向調(diào)節(jié)。而整個泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，稱為UPS，即Ubiquitin Proteasome System。

圖3.1 UPS總覽（EJMC）

04

PROTAC主戰(zhàn)場：腫瘤

最開始的PROTAC技術是以多肽為配體，成功靶向MetAP-2、雄性激素受體（AR）、雌性激素受體α（Erα）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）等靶點；技術上的積累，為小分子PROTACs的發(fā)展奠定了良好的理論基礎；再后來，CRL4CRBN、CRL2VHL、cIAP等E3泛素連接酶小分子配體的發(fā)現(xiàn)，為PROTAC技術的發(fā)展提供了新方向；現(xiàn)今，PROTAC于腫瘤領域主要集中于一些核受體、表觀遺傳蛋白、激酶、其他類型的蛋白質(zhì)/酶、以及RNA等等。

如靶向核受體中的MDM2、AR、IAP；表觀遺傳方向的BET、HDACs；激酶方向的BTK、FAK、EGFR；以及如PARP、STAT3等等，部分結(jié)構(gòu)如下。

05

代表品種舉例

靶向AR：ARV-110，是全球首個進入臨床試驗的口服生物可利用的PRAOTC小分子藥物，靶向AR，2019年5月獲得FDA快速通道批準，在恩雜魯胺抗性模型中，ARV-110能明顯抑制腫瘤生長。

靶向ER：ARV-471，能夠顯著降低患者腫瘤組織中的ER表達水平，將ER水平降低62%，最多降低接近90%。而且，ARV-471對野生型ER和ER突變體均表現(xiàn)出降解效果。

靶向BTK：MT-802，有效降解野生型BTK和耐ibrutinib的C481S突變的BTK，與ibrutinib相比，其選擇性更好，可削弱從C481S突變患者中分離的原代B細胞的BTK信號傳導，且不產(chǎn)生ibrutinib的不良反應。

靶向EGFR：PROTAC-C1/3/4，分別為EGFR抑制劑gefitinib/afatinib/lapatinib的PROTAC產(chǎn)品；臨床前研究表明，C1在低納摩爾濃度下能夠穿透人卵巢癌細胞OVCAR8細胞膜并誘導EGFR蛋白降解，C3能夠降解人肺癌細胞H3255中外顯子19缺失導致L858R激活點突變的EGFR蛋白，C4能夠降解非小細胞肺腺癌H1975細胞中gefitinib耐藥的雙重突變體(L858R/T790M)型EGFR蛋白。

靶向ERK：ERK-CLIPTAC，基于共價抑制劑設計，靶向惡性黑色素瘤細胞A375以及人結(jié)腸癌細胞HCT116中ERK1/2降解并抑制磷酸化ERK1/2信號通路，且通過實驗證實與CRBN的結(jié)合是引起降解的關鍵。

06

未來

PROTAC技術通過短短20年的發(fā)展，已有品種進入到臨床階段；據(jù)預測，未來幾年將有多個品種進入臨床，且現(xiàn)階段已經(jīng)吸引了大量藥企與資本的關注。當然，在取得藥效優(yōu)勢的同時，該技術還存在諸多成藥性不足的特點，如分子量大、分子剛性太強、水溶性差、口服吸收差、透膜差等等；不過，技術上的問題往往隨著時間的積累，差不多都能解決，而臨床上一旦形成突破，必將形成一系列潛在的重磅炸彈分子；總的來說，非常值得期待！

參考文獻：

1. Drug Discovery Today: Technologies. https://doi.org/10.1016/j.ddtec.2019.01.002.

2. European Journal of Medicinal Chemistry 207 (2020) 112750. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2020.112750

3. CNKI date