靶向蛋白質(zhì)降解（targeted protein degradation，TPD）是一種快速發(fā)展的藥物發(fā)現(xiàn)策略，使用小分子招募E3泛素連接酶并促進(jìn)蛋白水解。在治療腫瘤、傳染病、炎癥及神經(jīng)退行性疾病等領(lǐng)域具有巨大的潛力，突破“不可成藥”問題。隨著分子膠降解劑的興起，分子膠降解劑可誘導(dǎo)或穩(wěn)定泛素連接酶和目標(biāo)蛋白（底物）之間的蛋白-蛋白相互作用（PPI）,導(dǎo)致蛋白質(zhì)泛素化和隨后的蛋白酶體降解。目前多家藥企在布局此領(lǐng)域，用于開發(fā)新的療法來滿足未滿足的臨床需求。

靶向蛋白降解劑的發(fā)展歷程^[1]

分子膠概述

分子膠降解劑是一類可誘導(dǎo)E3泛素連接酶底物受體與靶蛋白之間發(fā)生相互作用，經(jīng)泛素化被蛋白酶體降解的小分子。分子膠可以增強(qiáng)和穩(wěn)定蛋白質(zhì)相互作用；還能修復(fù)因突變而減弱的蛋白質(zhì)相互作用；且誘導(dǎo) E3 泛素連接酶與蛋白質(zhì)靶標(biāo)的相互作用，進(jìn)而觸發(fā)了靶蛋白的多聚泛素化，通過蛋白酶體降解；分子膠還可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能，例如PKM2 是一種與癌癥相關(guān)的丙酮酸激酶，在同二聚體形式中活性較低，分子膠可以穩(wěn)定二聚體并將兩個二聚體“粘合”在一起形成 PKM2 同四聚體，從而增加酶活性。

分子膠和分子膠降解劑及其作用機(jī)制^[2]

分子膠 VS PROTAC

PROTAC和分子膠都是基于泛素蛋白酶體系統(tǒng)的靶向蛋白質(zhì)降解技術(shù)。其中，PROTAC是通過招募E3泛素連接酶，誘導(dǎo)靶蛋白靠近E3泛素連接酶，導(dǎo)致靶蛋白泛素化和降解。而分子膠是通過修飾泛素連接酶表面，促進(jìn)或誘導(dǎo)E3泛素連接酶與靶蛋白之間發(fā)生蛋白-蛋白相互作用（PPI），使靶蛋白泛素化進(jìn)而降解。

與PROTAC不同的是，分子膠對E3泛素連接酶和靶蛋白具有雙配體結(jié)構(gòu)特征，兼具同兩個蛋白結(jié)合的功能，促進(jìn)兩個蛋白發(fā)生泛素化, 對那些非可藥性靶標(biāo)以及蛋白-蛋白相互作用也可因之而降解。分子膠化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、分子量小，細(xì)胞通透性高，口服吸收較好，符合用藥五原則，具有較好的成藥性。分子膠策略為靶向蛋白降解領(lǐng)域的藥物開發(fā)提供了新的研究思路。

通過泛素 (Ub)-蛋白酶體系統(tǒng)降解目標(biāo)蛋白 (POI) 示意圖：分子膠(A)；PROTAC (B) ^[1]

分子膠舉例

? Cyclosporine A （環(huán)孢菌素 A）

環(huán)孢菌素最初是在抗生素篩中分離得到的。環(huán)孢菌素 A (CsA)是一種高度特異性的 T 細(xì)胞活化抑制劑。1984 年環(huán)孢菌素 A (CsA) 免疫抑制的生化機(jī)制首次被揭示。環(huán)孢菌素 A [Cyclosporin A, CsA] 可結(jié)合親環(huán)蛋白 18 (Cyp18)形成Cyp18-CsA 復(fù)合物，Cyp18/CsA 復(fù)合物可以與鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性絲氨酸-蘇氨酸蛋白磷酸酶鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶 (CaN) 結(jié)合，抑制活化T細(xì)胞核因子 （NFAT）的去磷酸化使其不能進(jìn)入核內(nèi)，從而抑制IL-2和 IL-4的轉(zhuǎn)錄，從而降低效應(yīng) T淋巴細(xì)胞的功能。

? Voclosporine （伏環(huán)孢素）

Voclosporin（沃環(huán)孢素）是一種鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑。Voclosporin是環(huán)孢菌素A（cyclosporine A）的一種結(jié)構(gòu)類似物。與 CsA 相比顯示出更強(qiáng)的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶 (CaN)  抑制作用和更好的代謝穩(wěn)定性。與單獨(dú)使用CsA 相比，Voclosporin提高了患者的生存率并預(yù)防了腎衰竭，Voclosporin已被FDA批準(zhǔn)用于治療活動性狼瘡腎炎(LN)。

Cyclophilin A 和Voclosporine分子膠的結(jié)構(gòu)^[3]

? Rapamycin（雷帕霉素）

Rapamycin是另一種免疫抑制性天然產(chǎn)物，可結(jié)合 FKBPs。Rapamycin的免疫抑制作用不是通過抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶 (CaN)介導(dǎo)的。Rapamycin與 FKBPs 及mTOR形成三元復(fù)合物。mTOR 對細(xì)胞生長和增殖相關(guān)的信號通路具有重大影響。mTOR是細(xì)胞生長和增殖的重要因子，它的變異與腫瘤密切相關(guān)。由于Rapamycin及其衍生物介導(dǎo)非可藥性靶蛋白mTOR生成FKBP-Rapa-mTOR三元復(fù)合物，所以其具有類似分子膠的作用，調(diào)節(jié)mTOR的多項(xiàng)功能。

? FK506（Tarcrolimus；他克莫司）

FK506用作器官排斥的口服藥物或牛皮癬的局部用藥，具有免疫抑制作用，F(xiàn)K506與“FK506 結(jié)合蛋白”(FKBP)結(jié)合，而不是親環(huán)素。而其中與FK506和雷帕霉素結(jié)合的FKBP最先確定的是FKBP12。與 CsA 對鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶的非競爭性抑制類似， FK506/ FKBP復(fù)合物通過抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶發(fā)揮其免疫抑制作用。

雷帕霉素、FK506 誘導(dǎo)的 FKBP-蛋白質(zhì)相互作用^[3]

上述藥物介導(dǎo)兩個蛋白的相互作用，形成的三元復(fù)合物阻斷了靶蛋白的功能，所以它們被稱之為分子膠。

? 沙利度胺（Thalidomide）和類似物 (IMiD)

CRBN E3 連接酶被靶蛋白降解劑 (TPD) 招募，從而誘導(dǎo)泛素化和隨后的靶蛋白蛋白酶體降解。而結(jié)合 E3 連接酶 CRBN 的小分子是研究最多的分子膠。沙利度胺及其衍生物 （IMiD）通過穩(wěn)定 CRBN 而發(fā)揮分子膠的作用，并招募幾種新底物進(jìn)行泛素化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子 (IKZF1) 和 Aiolos (IKZF3) 的蛋白酶體降解。IKZF1和IKZF3是淋巴細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)錄因子，是多發(fā)性骨髓瘤惡性漿細(xì)胞存活的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。IKZF1和IKZF3由于缺乏可成藥的結(jié)合口袋，被認(rèn)為是不可成藥的靶蛋白。沙利度胺及其類似物來那度胺(Lenalidomide)和泊馬度胺(Pomalidomide)可以誘導(dǎo)CUL4-DDB1-RBX1-CRBN E3連接酶復(fù)合物的形成。這種三元復(fù)合物促進(jìn)IKZF1和IKZF3的泛素化和降解，抑制多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞增殖的和B細(xì)胞分化。這三種藥物被美國FDA批準(zhǔn)用于治療多發(fā)性骨髓瘤。

? CC-885

CC-885作為是一種CRBN調(diào)節(jié)劑，在多種腫瘤細(xì)胞中具有抗增殖活性。CC-885 可以誘導(dǎo) IKZF1 降解，還可以促進(jìn)CRBN與新型底物GSPT1的結(jié)合，靶向其降解。CC-885 對患者來源的急性髓性白血病 (AML) 細(xì)胞顯示出亞納摩爾濃度的效力。

沙利度胺和類似物分子膠(IMiD)^[2]

? (R)-CR8（CR8）

前面的范例是在已知抗腫瘤活性的機(jī)制研究基礎(chǔ)上揭示出的分子膠，可謂由偶然發(fā)現(xiàn)得來的，化合物CR8則是有目的篩選而發(fā)現(xiàn)的。Sabicki等將4518個藥物或臨床前小分子與578株腫瘤細(xì)胞溫孵，測定了499株細(xì)胞中E3泛素連接酶的mRNA水平，從而發(fā)現(xiàn)了CR8。CR8作為分子膠，結(jié)合于CDK12-cyclin K，并與E3連接酶CUL4的銜接蛋白DDB1之間形成復(fù)合物DDB1-CR8-CDK12，從而使cyclin K發(fā)生泛素化，繼之將其降解而殺傷腫瘤。在此，CR8參與的蛋白-蛋白相互作用繞過了對底物受體的互補(bǔ)性要求。

RBX1- CUL4-DDB1 (CRL4) 與R-CR8-CDK12-cycK復(fù)合物相結(jié)合^[4]

? GT919

GT919膠囊是一款分子膠降解劑，也是標(biāo)新生物的首個分子膠降解劑產(chǎn)品，已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)進(jìn)入臨床試驗(yàn)，用于惡性血液腫瘤的治療。分子膠降解劑是一類可誘導(dǎo)E3泛素連接酶底物受體與靶蛋白之間新型相互作用，從而導(dǎo)致靶蛋白降解的小分子。據(jù)標(biāo)新生物新聞稿介紹，GT919致力于解決目前臨床上來那度胺類藥物的耐藥性及安全性問題。

對于GT919的研發(fā)，美迪西憑借扎實(shí)的研發(fā)實(shí)力，高效完成了其從藥物發(fā)現(xiàn)到臨床申報(bào)，包括藥物發(fā)現(xiàn)、藥學(xué)研究、臨床前研究等一站式臨床前研究服務(wù)，得到了標(biāo)新生物的高度認(rèn)可。新藥獲批離不開合作雙方全力以赴的通力配合。美迪西在與標(biāo)新生物的彼此信任、相互支持下，為GT919提供了一站式臨床前研發(fā)服務(wù)，助力獲批臨床，展現(xiàn)了創(chuàng)新藥企的原研創(chuàng)新實(shí)力，也再次體現(xiàn)了美迪西一站式生物醫(yī)藥臨床前研發(fā)服務(wù)平臺的能力及優(yōu)勢。

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總結(jié)

蛋白-蛋白相互作用 (PPI)對于許多細(xì)胞過程至關(guān)重要。如果發(fā)生蛋白質(zhì)相互作用失調(diào)常常會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如腫瘤和阿爾茨海默病等。所以在蛋白相互作用失調(diào)并導(dǎo)致疾病發(fā)生時，開發(fā)調(diào)節(jié)這些蛋白相互作用的藥物成了臨床待解決的目標(biāo)。目前絕大部分藥物是蛋白抑制劑。然而很多導(dǎo)致疾病的蛋白難于被傳統(tǒng)小分子藥物靶向,這些蛋白被稱為“不可成藥”靶點(diǎn)。而分子膠可以針對一些不可成藥的靶點(diǎn)進(jìn)行藥物開發(fā)。

分子膠可以增強(qiáng)和穩(wěn)定蛋白-蛋白相互作用 (PPI)、修復(fù) 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)并促進(jìn)新的 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)。分子膠可以通過抑制或激活蛋白伴侶或通過招募E3 泛素連接酶靶向蛋白復(fù)合物進(jìn)行降解，從而來調(diào)節(jié)蛋白功能。以合理的方式設(shè)計(jì)分子膠一直是并將繼續(xù)是一個挑戰(zhàn)。目前大多數(shù)分子膠及其作用機(jī)制一般是偶然發(fā)現(xiàn)的。而分子膠的篩選涉及小分子化合庫的高通量篩選，這項(xiàng)工作有點(diǎn)類似大海撈針。展望未來，研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和功能三元結(jié)構(gòu)對于以高通量方式合理地設(shè)計(jì)分子膠至關(guān)重要。我們期待未來可以更高效地篩選甚至根據(jù)底物結(jié)構(gòu)進(jìn)行理性設(shè)計(jì)全新的分子膠，用于降解體內(nèi)大量的“不可成藥”的疾病靶點(diǎn)。

美迪西針對靶向蛋白降解系列（如PROTAC 、分子膠等）藥物研發(fā)服務(wù)平臺包含設(shè)計(jì)合成 、進(jìn)行體外篩選、進(jìn)行動物體內(nèi)藥效檢測和 PK/PD 研究、藥學(xué)分析、藥物代謝動力學(xué)研究和安全性評價，并匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果和材料進(jìn)行IND 申報(bào)，以助力客戶加快靶向蛋白降解系列藥物藥物的研發(fā)進(jìn)程。美迪西依托近20年積累形成的技術(shù)優(yōu)勢和研發(fā)平臺優(yōu)勢，圍繞新藥研發(fā)需求不斷拓展產(chǎn)業(yè)鏈上下游領(lǐng)域，成功打造了全方位一體化的臨床前CRO服務(wù)模式，不僅可將傳統(tǒng)研發(fā)環(huán)節(jié)無縫銜接地串聯(lián)，還可整合成并聯(lián)式的研發(fā)模式，呈現(xiàn)出嚴(yán)密計(jì)劃、高效協(xié)同、有序推進(jìn)的服務(wù)優(yōu)勢，可更多、更快、更好、更省地賦能新藥研發(fā)。

? 靶向蛋白降解系列(一)：PROTAC技術(shù)開啟研發(fā)新領(lǐng)域

? 靶向蛋白降解系列(二)：全流程DMPK服務(wù)鼎力相助PROTAC藥物研發(fā)

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