研究人员正在探索蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）治疗癌症、神经退行性疾病和其他疑难杂症的可能方法。PROTAC是一种异双功能小分子，可利用泛素-蛋白酶体系统进行蛋白质降解，被认为是靶蛋白降解剂（TDP）的一个子集。它们由靶蛋白质配体-连接子-E3连接酶配体部分组成，将需要降解的蛋白质与E3连接酶结合在一起，最终导致该蛋白质降解，而PROTAC则被回收，与另一个蛋白质分子重复该过程。

PROTAC的变体包括：

• 蛋白水解靶向抗体（PROTAB）‍
• 分子胶
• 溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）
• 巨噬细胞降解靶向嵌合体（MADTAC）

一、PROTAC是如何靶向蛋白质的

蛋白质降解是消除受损或错误折叠蛋白质的正常生理过程。PROTAC通过充当目标蛋白质靶标（即在癌症和其他疾病中发挥作用的靶标）和E3连接酶之间的桥梁以促进这一降解过程。这些连接酶用泛素标记目标蛋白；泛素标记作为向泛素-蛋白酶体系统发出的信号，表明该蛋白质分子需被降解。PROTAC将连接酶与蛋白靶标紧密连接，从而使蛋白质被泛素化，然后被降解。

PROTAC分子本身是由靶蛋白质配体-连接子-E3连接酶配体部分组成，其中配体是靶向目标蛋白的一种手段，连接体可使蛋白质与E3连接酶之间保持最佳间距，E3连接酶配体部分则可让适当的E3连接酶参与其中。

最初，PROTAC由靶蛋白质配体-连接子-E3连接酶配体部分组成，靶向目标蛋白。然而，新的发展产生了不同的PROTAC设计，可以通过多种方式靶向蛋白质：

• 双靶标和多靶标PROTACs：与传统的PROTAC不同，它们可被设计用于靶向不止一种类型的蛋白质。‍
• 基于肽的PROTACs：它们利用肽基部分代替传统PROTAC中的小分子作为靶向配体。因此，它们可用于靶向还没有小分子抑制剂的蛋白质。‍
• bioPROTACs：它们由带有附着蛋白的工程化E3连接酶组成，其附着蛋白的功能类似于传统PROTAC中的靶向配体，与目标蛋白相互作用。‍
• 细胞内点击形成的靶向嵌合体的蛋白水解酶（CLIPTACs）：CLIPTAC被用于尝试克服PROTAC口服给药的问题。它们通过依次施用靶向蛋白质配体和E3连接酶配体部分，在细胞内形成PROTAC，细胞内偶联则是利用附着在E3连接酶配体部分上的四嗪和附着在靶向配体上的反式环辛烯之间的逆电子需求Diels-Alder（IEDDA）环加成反应。‍
• 点击释放蛋白水解靶向嵌合体（crPROTACs）：它们采用与CLIPTAC相似的逆电子需求Diels-Alder（IEDDA）反应。其原理是给予PROTAC的前体药物，仅在需要的部位/位点释放具有活性的药物。‍
• 光化学靶向嵌合体（PHOTACs）：它们在光激活时实现最大程度的蛋白质降解，赋予选择性并可能减少脱靶效应。

E3连接酶引起研究人员的兴趣

由于E3连接酶是由PROTAC中E3连接酶配体连接的部分，我们分析了CAS Content Collection中近2,000篇与PROTAC相关的文章，发现了有四种E3连接酶特别引起研究人员的兴趣。

• Cereblon：这是一种由大约440个氨基酸残基组成的蛋白质，可与众多蛋白质相互作用，形成E3泛素连接酶复合物。Cereblon被认为是与PROTAC相关研究最多的E3连接酶。‍
• VHL：它与elongin B、elongin C、cullin 2和环框蛋白1（Rbx1）一起，作为CRL2（一种Cullin-RING-E3连接酶（CRL）复合物）的底物识别受体/亚基。‍
• IAP：IAP是一个蛋白质家族，包括细胞凋亡抑制蛋白1（cIAP1）、细胞凋亡抑制蛋白2（cIAP2）和X连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）。依赖于IAP的E3连接酶配体的PROTAC通常被称为特异性和非遗传性IAP依赖性蛋白消除剂（SNIPER）。‍
• MDM2：这是一种由大约480个氨基酸残基组成的蛋白质，其过度表达与化疗的耐药性有关。

我们在文献中确定了E3连接酶、底物识别受体和蛋白靶标之间的共现关系。Cereblon和VHL最常与含溴结构域的蛋白共现。其他经常与Cereblon共现的蛋白包括B细胞白血病/淋巴瘤蛋白，雄激素受体（AR）和雌激素受体（ER）。MDM2和IAP在所有蛋白靶标中分布较为均匀。

针对癌症、传染病和神经退行性疾病的PROTAC

我们的分析表明，PROTAC研究针对的主要目标疾病仍然是癌症，其次是传染病和神经退行性疾病。

乳腺癌、前列腺癌和黑色素瘤是与PROTAC共现的最常见的实体癌。最近针对前列腺癌中雄激素受体（AR）和乳腺癌中雌激素受体（ER）的研究取得的突破解释了这些疾病在文献中的普遍性情况。

阿尔茨海默症和帕金森病等神经退行性疾病涉及错误折叠的蛋白质，这些蛋白质也可能成为降解蛋白质的PROTAC的靶向目标。如果这些小分子药物能够成功地破坏导致上述疾病的缺陷蛋白，可能预示着治疗上的重要突破，从而解决病因，而不仅仅是病症。例如，Tau蛋白在PROTAC领域的发文数量不断增加，这表明人们对于开发此类神经退行性疾病治疗药物的兴趣日益增加。

其他常见的蛋白靶标包括雄激素受体（AR）、雌激素受体（ER）和含溴结构域的蛋白，也包括迄今为止对小分子药物治疗有抵抗性的蛋白，如KRAS和BCL2。这些研究尚未产生临床候选药物，因其大多是针对雄激素受体和雌激素受体，但它们为靶向在各种癌症中发挥重要作用的蛋白质提供了新的可能性。

PROTAC的临床试验增长迅速

自2020年以来，处于临床前开发阶段的药物数量增加了四倍多。截至2024年，共有六种PROTAC处于I期和II期临床试验阶段。考虑到最早与PROTAC相关期刊文献可追溯到2001年——仅仅二十多年前，这是一个了不起的成就。

这些临床试验中的大多数针对未指定形式的癌症，但乳腺癌和前列腺癌也很突出。针对乳腺癌和前列腺癌的药物均已进入II期和III期。例如，由Arvinas和Pfizer设计用于治疗乳腺癌的PROTAC药物vepdegestrant（ARV-471）已进入III期。GT20029是苏州的开拓药业股份有限公司设计的首款外用PROTAC，也是一种有前景的靶向雄激素受体的治疗方法，目前已进入II期。

针对阿尔茨海默症、帕金森病和亨廷顿病涉及的蛋白靶标，以及与人类免疫缺陷病毒、乙型肝炎和自身免疫性疾病相关的激酶的临床前试验也正在进行中。PROTAC治疗靶点的多样性表明，这些药物具有治疗多种难以治疗的病症的潜力。

克服PROTAC临床应用所面临的挑战

虽然PROTAC确实非常有前景，但其发展仍处于早期阶段，在广泛应用于临床之前尚须解决一些重要挑战。一个关键的发展将是确保PROTAC仅与受损细胞或不健康细胞中的目标蛋白结合。脱靶效应，即PROTAC降解健康细胞中的蛋白质可能危害很大。解决这个问题的一个潜在办法是设计新型的PROTAC，如PHOTAC和CLIPTAC，它们有可能会实现活性PROTAC在时空上可控的释放。

表征是另一项挑战——大多数表征技术侧重于测试设计的PROTAC是否能与目标蛋白结合，但并未测试或考虑活细胞内PROTAC与目标蛋白之间的相互作用。相关知识的欠缺阻碍了对PROTAC可失效的点进行深入了解。

最后，由于PROTAC往往不符合Lipinski类药五原则，因此设计它们用于口服给药十分困难。开发新的制剂和药物递送系统是克服这一障碍的必要条件。

这些进展还需开展大量研究工作，但共价抑制剂等非传统模式的进展表明，新方法可以在新疗法中发挥重要的作用。鉴于其在靶向导致癌症和其他疾病的蛋白质方面有如此巨大的潜力，科学界投入大量时间和精力来实现突破是明智之举。