美媒：消灭疾病靶点蛋白！Cullgen在PROTAC领域深耕

　　研究人员通过研究和利用生物体内劫持细胞的蛋白质更新机制，来降解或消灭人体内的致病靶点蛋白质。人工设计合成的小分子药物能够高选择性地招募泛素蛋白酶体系统到靶标蛋白上并降解这些靶标蛋白。这些蛋白质降解药物相较于其他的靶向疗法有很大优势。

　　现在已经有一些靶向蛋白质降解药物正在进行临床试验或正在申请进行临床试验。随着工业界和学术界在这一领域不断地研究，预计更多的蛋白质降解药物将进入临床管线。虽然目前该领域主要集中在癌症治疗上，但是靶向蛋白质降解技术最终可以应用于多种疾病领域，包括中枢神经系统疾病等。

　　本问采访多位专家并介绍了多种靶向蛋白降解的前沿技术。

　　设计和优化降解剂分子

　　C4 Therapeutics的首席科学官Stewart L. Fisher博士说：“我们将把这种神奇的药理学新机制转化为对患者产生巨大收益的药物。”

　　与许多现有药物（例如蛋白质抑制剂）不同，靶向蛋白质降解剂无需结合蛋白质上的活性中心位点。只要降解物与E3连接酶形成三元复合物，蛋白质就可以泛素化，并发生降解。Fisher博士说：“这为我们打开了一个大门，我们除了可以靶向活性中心靶点外，我们还可以靶向传统意义上不可靶向的蛋白质。”

　　大多数现有的PROTAC属于双功能降解激活化合物（biDAC），这是一种双功能分子，其特征是一边与靶蛋白结合，另一边与E3连接酶结合。但是，也可以使用单功能降解激活化合物（monoDAC）（也称为分子胶）来实现有针对性的蛋白质降解。这些monoDAC与E3连接酶或靶蛋白结合，并修饰表面亲和力，促使蛋白-蛋白相互作用，最终导致E3连接酶与靶蛋白结合，导致降解。

　　Fisher博士说，monoDAC比biDAC的分子更小，这可以简化关于生物利用度和其他成药性的优化过程。但是，monoDAC对蛋白质相互作用依赖性太强，不适用于在更广泛的靶标蛋白中应用。

　　C4正在同时开发monoDAC和biDAC这两种技术，目前有四个管线在临床前试验阶段。其中，有靶向IKZF1的monoDAC用于治疗血液恶性肿瘤，也有靶向BRD9的biDAC用于治疗肉瘤。

　　所有C4的降解剂分子都募集相同的E3连接酶，即cereblon。与Von Hippel-Lindau（VHL）连接酶比较，cereblon目前是靶向蛋白质降解中最常用的E3连接酶。Fisher说，公司决定对cereblon进行深入开发，因为它的作用机理与已知的沙利度胺药物相同。临床数据表明，该连接酶具有良好的耐受性，不太可能引起严重的副作用。

　　扩展E3连接酶工具箱

　　尽管PROTAC技术出现的时间相对较短，但在临床前试验中已经出现了耐药机制。最常见的是，癌细胞会下调PROTAC所依赖的E3连接酶的表达。此外，有些蛋白质也不能被cereblon或VHL有效降解。开发招募除VHL或cereblon以外的E3连接酶的PROTAC能够降低或绕过耐药性问题并扩大靶标的范围。更重要的是，一些科学家已经专注于研发在细胞内具有必要作用的E3连接酶的小分子配体。因为这些E3连接酶是细胞生长所必需的，癌细胞不能通过下调这些E3连接酶的表达来产生抗药性。

　　Cullgen药化部执行总监刘京博士说：“开发新型E3连接酶的配体是靶向蛋白质降解技术的未来”。Cullgen已经开发出了多个可与全新的E3连接酶结合的配体。这些E3连接酶以前没有被用于靶标蛋白质降解。Cullgen已经证实这些配体可以用于开发靶向蛋白降解药物。

　　刘京博士说，Cullgen大约50％的研发资源分配给开发新型E3配体，而其余50％的资源重点用于开发公司现有的靶向蛋白降解药物项目。Cullgen建立了具有不同的物理和化学特性的Linker库，用于高效地优化药物成药性。

　　例如， Cullgen先前曾报道过其针对原肌球蛋白受体激酶A（TRKA，该靶点是多种癌症相关的重要靶标）的强效高选择性蛋白降解剂。虽然最初的降解剂分子CG416和CG428显示出较低的口服生物利用度，但经过的优化之后的第二代降解剂CG1037和CG1054在小鼠模型中显示出更高的口服生物利用度，而不会牺牲功效或引起明显的副作用。

　　刘博士展示了开发TRKA降解剂的过程作为概念验证的例子，他说：“我们可以利用这种精确的靶向能力来开发具有独特选择性的降解药物，以治疗不同种类的疾病。”

　　实现位置特定性

　　Progenra高级总监兼研发负责人Suresh Kumar博士表示，开发cereblon和VHL以外的E3连接酶的PROTAC，除了可以避免耐药性外还有其他原因。

　　Kumar博士说：“如果靶标是膜蛋白，那么用膜靶向的E3连接酶比用核定位的连接酶将更好地完成这项工作。”

　　例如，著名的但难以靶向的肿瘤治疗靶标K-Ras是一种膜蛋白。Kumar说，据他所知，Progenra是目前唯一拥有膜靶向连接酶的公司。在2020年9月和2020年10月的多个会议上，Kumar和他的同事介绍了以膜为靶标的PROTAC的实验结果，该PROTAC能够以高特异性降解K-Ras。

　　在过去的15年中，Progenra开发并利用了一个称为UbiPro的专有平台技术，该技术由一系列“紧密复制生理环境”的酶活性测定组成。Progenra使用此平台进行E3连接酶和去泛素酶（UPS中另一组酶）的药物发现。该平台具有高通量筛选功能，可提供30多种纯化的E3连接酶，可用于分析和选择性比较。

　　Kumar预计Progenra的PROTAC管线最终将远超出癌症治疗的范围。他坚持说：“我们的连接酶与人类生物学有着极高的关联性，涉及从癌症到帕金森氏病，阿尔茨海默氏病和炎症性疾病等疾病。在降解蛋白质方面，所有这些人类疾病都在基本细胞水平上存在潜在的问题，即缺乏降解或过度降解。” Progenra目前正在开发新型PROTAC作为抗炎类药物，但尚未公开更多细节。

　　完全绕过E3连接酶

　　即使PROTAC技术不断发展，仍然存在局限性。招募特定的E3连接酶意味着依赖于结合这些连接酶的相对狭窄的化学结构集。这些分子可能会带来设计挑战并限制目标范围。Amphista Therapeutics决定让其他公司解决PROTAC问题，公司计划寻求针对蛋白质降解的新方法。

　　“在许多方面，泛素蛋白酶体系统的选择性非常差，是很糟糕的酶系统” Amphista Therapeutics首席科学官Ian Churcher博士说。“如果底物与泛素蛋白酶体系统长时间近距离接触，那么它们将被降解。而这正是我们着手要做的。”

　　Amphista设计了多种“磁铁”配体，据信它们可以募集多种UPS蛋白并激活依赖于关键细胞成分的多种平行降解途径。这种方法使癌症更难产生耐药性。研究人员将这些磁性配体结合到双功能分子中，该双功能分子与目标蛋白质结合，并使它们与UPS接近。

　　Churcher博士说：“我们相信没有人以前曾以这种方式使用过这些分子。我们经常将其视为下一代靶向蛋白质降解。这是一个具有巨大潜力的惊人领域，但我们希望将该潜力扩展到更多的药物靶标，还有更好的给药途径。”

　　Amphista目前正在开发两种利用这些新颖机制的小分子药物。一个招募去泛素酶，而另一个招募蛋白酶体。Amphista最快的研发管线计划在2023年申报临床实验。

　　启动蛋白质自毁

　　金坚博士是西奈山医学院治疗研究中心的主任（也是Cullgen的联合创始人）。他在2020年2月发表一篇《自然化学生物学》论文。该论文描述了蛋白甲基转移酶EZH2的First-In-Class选择性降解剂MS1943，这种降解剂依赖于称为疏水标记的技术。金博士表示，到目前为止，生物医学界尚未对该技术进行系统性的研究。

　　疏水性标记包括将一个大的疏水性化学基团连接到与目标蛋白质结合的一种小分子上，也就是在这篇文章中的EZH2抑制剂C24。金博士表示降解剂的作用机理尚未完全阐明，但科学家认为，较大的疏水基团的存在会导致蛋白质错折叠，并最终通过UPS的自然作用触发其降解。

　　实验数据显示，MS1943在三阴性乳腺癌细胞中显示出高效力，同时并不影响正常细胞生长。该化合物有较高的口服生物利用度，金博士推测这可能部分是由于与大多数PROTAC相比，该分子的分子量较小的缘故。

　　金博士预测：“现在我们已经发布了这种方法，我认为越来越多的研究小组将探索这种技术。现在我们正在积极优化这些化合物，并有望进入临床研究。”

　　（来源：基因工程与生物技术新闻）