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近年來，蛋白降解靶向嵌合體（PROTACs）作為一種革命性技術嶄露頭角。本期將深入解析 PROTACs 技術的核心原理與作用機制，梳理其在分子設計優化與臨床轉化中的最新突破與挑戰！ Section.01 靶向蛋白降解 (TPD) 的 細胞機制 靶向蛋白降解 (Targeted Protein Degradation, TPD) 是一類革命性治療策略，其核心在于利用細胞自身的蛋白降解系統精準清除致病蛋白。這一快速發展的領域涵蓋多種創新策略：如分子膠，PROTACs，溶酶體靶向嵌合體 (LYTACs)，抗體-PROTAC (AbTACs)。 這些技術共同拓寬了疾病治療的邊界，為攻克傳統藥物難以靶向的 "不可成藥" 蛋白提供了全新思路，在癌癥、神經退行性疾病等領域展現出巨大潛力[1][2]。  圖 1. 常見的靶蛋白降解技術[1]。 在哺乳動物細胞中，蛋白質質量監控主要依賴兩大 "清道夫" 系統：泛素-蛋白酶體系統和溶酶體系統。 泛素-蛋白酶體系統：精準"打標簽"
溶酶體系統：細胞自噬的消化中心 溶酶體通過兩大途徑 "大顯神通"：
 圖 2. 泛素-蛋白酶體系統和溶酶體系[1]。 Section.02 PROTACs: 如何精準"爆破"致病蛋白？ 蛋白降解靶向嵌合體 (PROTACs) 是 PDT 的眾多策略中最受矚目的技術之一。與傳統小分子抑制劑不同，PROTACs 通過巧妙利用細胞固有的蛋白降解系統——泛素-蛋白酶體通路，實現致病蛋白的精準清除。這種 "借力打力" 的策略不僅為攻克傳統 "不可成藥" 靶點開辟全新路徑，更為腫瘤、神經退行性疾病等疑難病癥的治療帶來曙光[1]。 結構三要素：靶向、連接、降解
作用機制：單個分子可循環降解多個靶蛋白
 圖 3. PROTAC 的組成以及作用機制[3]。 PROTACs 與其他治療模式的比較[3]。  Section.03 PROTAC 組分的優化策略 靶點選擇與配體設計 PROTAC 的降解效能并非依賴其與靶蛋白的 "強力綁定"，而是取決于其促成靶蛋白-E3 連接酶三元復合物形成的效率。 研究表明，以 Foretinib 為配體的 PROTAC 雖與靶激酶結合緊密，卻因三元復合物組裝效率低下導致降解范圍受限。此外，過高的結合親和力或共價作用可能導致 PROTAC 與靶蛋白形成 "分子級死鎖"，阻礙其從降解復合物中解離并參與下一輪催化循環，這種不可逆結合模式反而削弱了 PROTAC 的核心優勢，使其退化為類似傳統抑制劑的 "單次作用劑"。 目前雖無類似“類藥五原則"的普適標準，但理想靶蛋白應具備[4]： ① 致病性功能獲得 (如過表達、突變或定位異常，如致癌蛋白BRD4)； ② 存在配體結合口袋 (即使親和力較低，如 KRAS G12D 突變體)； ③ 表面存在可泛素化位點 (便于 E3 連接酶標記降解)； ④ 含蛋白酶體易處理的柔性區域 (如無序結構域)。 E3 泛素連接酶選擇 E3 連接酶可以說是 PROTAC 療效的隱形操盤手，比如靶向 KRAS (G12C) 突變體的 PROTAC，使用 CRBN 的配體完全無效，而改用 VHL 的 PROTAC 卻能高效降解！ 綜合來說，E3 類型、配體結構、連接鏈設計、靶蛋白大小及亞細胞定位等共同決定成敗。
除了 CRBN、VHL 等經典角色之外，E3 連接酶家族正迎來一批潛力新秀——RNF4、RNF114、KEAP1、FEM1B，它們如同細胞內的 "蛋白清潔工"，可被 PROTAC 激活后精準標記并清除致病蛋白。 得益于 AlphaFold 的 AI 技術，科學家們正以極高的效率破解 E3 的 3D 結構，將靶點庫從個位數擴容至 200+，甚至為特定腫瘤定制導航武器：例如利用肝癌中高表達的 KEAP1 設計 "腫瘤定位導彈"。然而，挑戰依然艱巨——部分 E3 像加密保險箱 (如 VHL 需特定信號激活)，解鎖難度拉滿。  圖 4. 用于潛在 PROTAC 應用的專用 E3 連接酶[6]。 連接子的選擇[7][8] 連接子長度通常設計在 10-20 個原子的 "黃金區間" ——最新研究揭示其與降解活性呈特征性 L 型關系：過短時，靶蛋白與 E3 連接酶如同 "擁擠電梯" 般發生空間碰撞；過長時，分子鏈的熵效應又會讓兩者 "形同陌路"，二者皆導致降解效力斷崖式下降。因此，PROTAC 開發常以稍長連接子為起點，通過 "毫米級" 原子增減進行精細校準。這段納米尺度的 "分子鉸鏈" 不僅調控著靶蛋白結合口袋的精準對接，更通過疏水性、電荷分布等參數，暗中支配整個分子的溶解性、膜穿透性等關鍵性質，堪稱降解劑設計中 "牽一發而動全身" 的核心變量。不同連接子的結構和特征可參考過往推文“PROTAC——模塊化構建藥物分子的未來”。 Section.04 PROTACs 的臨床現狀 PROTACs 的治療潛力正迅速轉化為臨床應用，目前已有多個候選藥物進入臨床試驗階段，用于靶向治療癌癥、自身免疫性疾病和神經退行性疾病。其中大多數采用口服給藥方式，并利用基于 CRBN 的 E3 連接酶招募策略。 處于臨床試驗階段的代表性 PROTACs[9][10]。
PROTAC 技術挑戰：鉤狀效應 在超過其最大活性濃度時，兩種化合物都表現出一種靶標降解減弱的現象，這種現象被稱為“鉤狀效應”。 PROTAC 介導的三元復合物形成遵循鐘形濃度響應曲線：高濃度時 (1-10 μM)，非功能性二元復合物 (PROTAC-靶蛋白或 PROTAC-E3 連接酶) 競爭性抑制功能性三元復合物 (靶蛋白-PROTAC-E3 連接酶)，導致降解效率下降。 研究表明，增強蛋白互作 (PPI) 正協同性可緩解此現象：BTK 靶向 PROTAC MT-802 通過穩定三元復合物，在 2.5 μM 以下濃度未觀測到鉤狀效應。大環化策略創新性利用構象限制強化協同結合，使三元復合物能量上更占優——相較于線性類似物 MZ1，大環 PROTAC 展現出更強的降解效力與靶標選擇性。這說明三元復合物的識別機制對 PROTAC 設計非常重要，需要結合結構生物學等方法進一步研究[13][14]。  圖 5. 降解劑 4 與 5 對 hCAII 的劑量依賴性降解作用[14]。 MCE 的一體化 PROTAC 平臺 MCE 能夠提供 PROTAC 相關產品 (Ligand for E3 Ligase; PROTAC Linker; Ligand for Target Protein for PROTAC; E3 Ligase Ligand-Linker Conjugate; Target Protein Ligand-Linker Conjugate; PROTAC; SNIPER; PROTAC-Linker Conjugate for PAC) 的設計、合成、分析、純化、優化、檢測和評估等一站式服務。 [1] Tianyi Zhang, et al. Comput Struct Biotechnol J. 2022 Sep 28:20:5477-5489. [2] Lin Zhao, et al. Signal Transduct Target Ther. 2022 Apr 4;7(1):113. [3] Xiuyun Sun, et al. Signal Transduct Target Ther. 2019 Dec 24:4:64. [4] Siqi Wang, et al. Pharmaceuticals (Basel). 2024 Jan 11;17(1):100. [5] Zi Liu, et al. Mol Biomed. 2022 Dec 20;3(1):46. [6] Miklós Békés, et al. Nat Rev Drug Discov. 2022 Mar;21(3):181-200. [7] Troy A Bemis, et al. J Med Chem. 2021 Jun 24;64(12):8042-8052. [8] Robert I Troup, et al. Explor Target Antitumor Ther. 2020;1(5):273-312. [9] Hanrui Jiang, Front Chem. 2023 Jan 17:11:1098331. [10] Kyli Berkley, et al. Biochemistry. 2025 Feb 4;64(3):563-580. [11] Hongying Gao, et al. ACS Med Chem Lett. 2020 Mar 12;11(3):237-240. [12] Longchuan Bai, et al. Cancer Cell. 2019 Nov 11;36(5):498-511.e17. [13] Carlotta Cecchini, et al. Front Chem. 2021 Apr 20:9:672267. [14] O'Herin, Conor B et al.J Med Chem. 2023 Feb 23;66(4):2789-2803. |
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