PROTAC燃爆：机制、药物及二十年风云史

近日，辉瑞（Pfizer）公司和Arvinas联合宣布达成协议，共同开发和推广PROTAC蛋白降解剂ARV-471；Arvinas将获得6.5亿美元前期付款，以及潜在可达14亿美元的里程碑付款；那么，近年来火热的PROTAC到底是怎样的一种技术？20年的发展已经到达了什么程度？都有哪些候选靶点及药物在研？请看本文。

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PROTAC的里程碑

2001年，首个PROTAC分子PROTAC-1诞生，是由PROTAC技术先驱Crews及其同事Deshaies报道；2008年，第一个小分子PROTAC诞生，仍为Crews课题组设计合成，是由靶向MDM2 E3泛素连接酶的小分子抑制剂nutlin和AR小分子配体以及中间的PEG Linker构成；之后，研究者开发出以CRL4CRBN、CRL2VHL、cIAPE3泛素连接酶配体的各种小分子PROTACs；再之后，Arvinas公司研发的ARV-110和ARV-471两个PROTAC分子进入临床实验，分别用于治疗前列腺癌和乳腺癌。

图1.1  PROTAC里程碑时间点（Drug Discovery Today）

2018年，Crews教授作为美国化学会《Journal of Medicinal Chemistry》的特邀主编发表了PROTAC技术专刊；且进一步统计，近年PubMed中关于PROTAC的稿件数量整体呈上升趋势，见下图。

图1.2  PubMed中关于PROTAC的稿件数量（EJMC）

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PROTAC作用机制

蛋白降解靶向嵌合体技术（PROTAC），是利用杂合双功能小分子化合物将靶蛋白和细胞内E3泛素连接酶拉近，利用生物体内泛素-蛋白酶体蛋白降解途径特异性降解靶蛋白。药物由3部分组成，即一端是特异性E3泛素连接酶配体，另一端是靶蛋白的特异性配体以及中间的Linker，从而组成“靶蛋白-PROTAC-E3泛素连接酶”。

图2.1  PROTAC的作用机制示意图（EJMC）

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泛素化过程

真核生物细胞一直在努力地维持蛋白水平平衡，这就需要生成和降解两条途径的平衡，维持这种平衡的一个关键就是泛素。蛋白质被泛素化后，将被运送到蛋白酶体，从而降解。

泛素化，主要由3种酶催化，即E1泛素活化酶、E2泛素结合酶、E3连接酶。同时，该过程可逆，泛素可被去泛素化酶从泛素链上去除，形成反向调节。而整个泛素-蛋白酶体系统，称为UPS，即Ubiquitin Proteasome System。

图3.1 UPS总览（EJMC）

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PROTAC主战场：肿瘤

最开始的PROTAC技术是以多肽为配体，成功靶向MetAP-2、雄性激素受体（AR）、雌性激素受体α（Erα）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）等靶点；技术上的积累，为小分子PROTACs的发展奠定了良好的理论基础；再后来，CRL4CRBN、CRL2VHL、cIAP等E3泛素连接酶小分子配体的发现，为PROTAC技术的发展提供了新方向；现今，PROTAC于肿瘤领域主要集中于一些核受体、表观遗传蛋白、激酶、其他类型的蛋白质/酶、以及RNA等等。

如靶向核受体中的MDM2、AR、IAP；表观遗传方向的BET、HDACs；激酶方向的BTK、FAK、EGFR；以及如PARP、STAT3等等，部分结构如下。

图4.1 部分PROTAC分子结构（EJMC）

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代表品种举例

靶向AR：ARV-110，是全球首个进入临床试验的口服生物可利用的PRAOTC小分子药物，靶向AR，2019年5月获得FDA快速通道批准，在恩杂鲁胺抗性模型中，ARV-110能明显抑制肿瘤生长。

靶向ER：ARV-471，能够显著降低患者肿瘤组织中的ER表达水平，将ER水平降低62%，最多降低接近90%。而且，ARV-471对野生型ER和ER突变体均表现出降解效果。

靶向BTK：MT-802，有效降解野生型BTK和耐ibrutinib的C481S突变的BTK，与ibrutinib相比，其选择性更好，可削弱从C481S突变患者中分离的原代B细胞的BTK信号传导，且不产生ibrutinib的不良反应。

靶向EGFR：PROTAC-C1/3/4，分别为EGFR抑制剂gefitinib/afatinib/lapatinib的PROTAC产品；临床前研究表明，C1在低纳摩尔浓度下能够穿透人卵巢癌细胞OVCAR8细胞膜并诱导EGFR蛋白降解，C3能够降解人肺癌细胞H3255中外显子19缺失导致L858R激活点突变的EGFR蛋白，C4能够降解非小细胞肺腺癌H1975细胞中gefitinib耐药的双重突变体(L858R/T790M)型EGFR蛋白。

靶向ERK：ERK-CLIPTAC，基于共价抑制剂设计，靶向恶性黑色素瘤细胞A375以及人结肠癌细胞HCT116中ERK1/2降解并抑制磷酸化ERK1/2信号通路，且通过实验证实与CRBN的结合是引起降解的关键。

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未来

PROTAC技术通过短短20年的发展，已有品种进入到临床阶段；据预测，未来几年将有多个品种进入临床，且现阶段已经吸引了大量药企与资本的关注。当然，在取得药效优势的同时，该技术还存在诸多成药性不足的特点，如分子量大、分子刚性太强、水溶性差、口服吸收差、透膜差等等；不过，技术上的问题往往随着时间的积累，差不多都能解决，而临床上一旦形成突破，必将形成一系列潜在的重磅炸弹分子；总的来说，非常值得期待！

参考文献：

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