1前言
從近年來的全球藥物銷售趨勢看，生物藥已開始大行其道，而小分子藥物日漸式微，小分子藥物研發(fā)亟需引入革命性的新技術(shù)，最近C&ENNews發(fā)表了一篇由LisaJarvis撰寫的PROTAC技術(shù)綜述，該文介紹這個新技術(shù)過去20年的發(fā)展過程，PROTAC技術(shù)先驅(qū)之一耶魯大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家CraigCrews博士還作為美國化學(xué)會《藥物化學(xué)雜志》(JMC)的特邀主編在該雜志2018年第二期出版了PROTAC技術(shù)?？?，隨著PROTAC技術(shù)的不斷發(fā)展完善，從沒人認(rèn)同到現(xiàn)在的熱捧，如今已獲得多家國際
制藥巨頭的青睞。
2蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）技術(shù)
蛋白降解靶向嵌合體(PROTAC)可以說是一項(xiàng)源于諾貝爾化學(xué)獎的技術(shù)，2004年10月6日,瑞典皇家科學(xué)院宣布,將諾貝爾化學(xué)獎授予以色列科學(xué)家AaronCiechanover、AvramHershko和美國科學(xué)家IrwinRose,因?yàn)樗麄児餐l(fā)現(xiàn)了泛素(Ubiquitin,Ub)調(diào)節(jié)的蛋白降解過程。
真核生物細(xì)胞中一直在努力維持適當(dāng)?shù)牡鞍姿剑恳粫r刻它們都在生成和降解成千上萬種蛋白。維持蛋白平衡的關(guān)鍵因子是一個稱為泛素(Ubiquitin)的小蛋白分子。當(dāng)它被鏈接到蛋白上后，會導(dǎo)致這些蛋白被運(yùn)送到蛋白酶體中進(jìn)行降解。
自從人類基因組被解讀以來，研究人員就在試圖靶向成千上萬導(dǎo)致疾病的蛋白。據(jù)估計僅有10%的蛋白能用小分子調(diào)控，10%能用生物大分子調(diào)控的蛋白在細(xì)胞表面，而高達(dá)80%的蛋白無法用現(xiàn)有藥物調(diào)控。蛋白靶向降解(Targetedproteindegradation)是藥物研發(fā)領(lǐng)域的一個新興方向。蛋白靶向降解藥物力圖將小分子設(shè)計成為一種新型藥物，傳統(tǒng)小分子的作用是阻斷蛋白的功能，而蛋白靶向降解劑的作用是通過將這些蛋白送入蛋白酶體(proteasome)將它們完全降解。
2.1泛素(Ubiquitin)與泛素化(Ubiquitination)
泛素蛋白(Ubiquitin)自身由76個氨基酸殘基所組成，分子量約8.5kDa，以“泛素”為名是因?yàn)樗谡婧松?原核細(xì)胞中尚未發(fā)現(xiàn))體中廣泛存在：具有高度保守的序列并且存在于所有已知的真核生物體中。真核生物中編碼泛素的基因以串聯(lián)重復(fù)(Tandemrepeat)的方式排列，這可能是因?yàn)榇罅哭D(zhuǎn)錄的需要，為細(xì)胞生產(chǎn)足夠多的泛素。有人提出泛素是目前發(fā)現(xiàn)的進(jìn)化速度最慢的蛋白質(zhì)。泛素實(shí)際上含有八個不同的氨基酸殘基，能夠在靶蛋白上形成復(fù)雜的多泛素鏈。
泛素化(Ubiquitination)是指泛素分子在一系列特殊的酶作用下，將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分類，從中選出靶蛋白分子，對靶蛋白進(jìn)行特異性修飾的過程，形成靶蛋白多聚泛素鏈。這些特殊的酶包括泛素活化酶(E1)，泛素結(jié)合酶(E2)、泛素連結(jié)酶(E3)等。這一過程是一個三酶級聯(lián)反應(yīng)，即需要有由三個酶催化的一系列反應(yīng)的發(fā)生，整個過程也被稱為泛素化信號通路。值得一提的是，泛素化過程也是可逆的，泛素可被去泛素化酶(Deubiquitinase,DUB)從泛素鏈上去除，形成反向調(diào)節(jié)。泛素化在蛋白質(zhì)的定位、代謝、功能、調(diào)節(jié)和降解中起重要作用，蛋白質(zhì)泛素化是生物體內(nèi)一種常見的翻譯后修飾，同時參與細(xì)胞周期、增殖、凋亡、分化、轉(zhuǎn)移等幾乎一切生命活動的調(diào)控。泛素化與腫瘤、心血管、自身免疫等疾病的發(fā)病密切相關(guān)。作為近年來生物化學(xué)研究的重大成果之一，泛素化成為研究、開發(fā)新藥物的新靶點(diǎn)。
2.2誘導(dǎo)蛋白降解(Inducedproteindegradation)
泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin-proteasomesystem,UPS)是蛋白質(zhì)選擇性降解的重要途徑。其中26S蛋白酶體(Proteasome)是ATP依賴型蛋白水解復(fù)合體，由20S核心顆粒、19S調(diào)節(jié)顆粒和11S調(diào)節(jié)因子構(gòu)成。20S圓柱體空心結(jié)構(gòu)有胰蛋白酶、糜蛋白酶和谷氨酰樣肽水解活性，可以裂解大多數(shù)的肽鍵。
泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解蛋白可以簡單地分為三個步驟：首先由一種連接酶給目標(biāo)蛋白加上泛素標(biāo)簽，然后經(jīng)過多輪泛素化后就有了多個泛素標(biāo)簽，多聚泛素化之后的蛋白會被一種蛋白酶體識別并被降解(圖2)。
誘導(dǎo)蛋白降解(Inducedproteindegradation)實(shí)際上不是什么新概念。臨床上很多藥物，意外發(fā)現(xiàn)具有降解靶蛋白的作用：比如抗腫瘤藥物氟維司群(Fulvestrant)和他莫昔芬(Tamoxifen)可以降解雌激素受體；來那多胺可以特異性降解轉(zhuǎn)錄因子IKZF1和IKZF3。阿斯利康的第三代EGFR抑制劑奧希替尼(Osimertinib,AZD9291)，臨床上比其他T790M抑制劑療效更好，也有證據(jù)表明，是因?yàn)樗坏种泼富钚?，也選擇性誘導(dǎo)EGFRT790M的降解。但這些意外發(fā)現(xiàn)沒有普適性，也無法通過合理設(shè)計來發(fā)現(xiàn)。
2.2.1激素受體抑制劑
選擇性的雌激素受體抑制劑如Tamoxifen(Selectiveestrogenreceptormodulator,SERM)最早于1977年獲FDA批準(zhǔn)用于治療ER+的乳腺癌患者，療效顯著。而改進(jìn)版的SERMFulvestrant(ICI82780,Faslodex;AstraZeneca)意外而幸運(yùn)地發(fā)現(xiàn)自帶降解雌激素受體的功能。這也是最早報道的誘導(dǎo)降解蛋白技術(shù)的原型。雖然fulvestrant沒有口服活性，PK也很差，但因?yàn)槟軌蚪到獯萍に厥荏w，使得它成為迄今唯一獲批用于二線Tamoxifen等耐藥的乳腺癌患者(2002年獲得FDA批準(zhǔn))，推測克服耐藥的主要貢獻(xiàn)來自其誘導(dǎo)降解雌激素受體的能力。改進(jìn)Fulvestrant成藥性的嘗試一直還沒有重要進(jìn)展。
同樣，尋找靶向前列腺癌的fulvestrant類似物的嘗試也一直在繼續(xù)，即選擇性靶向雄激素受體的降解劑(selectiveandrogenreceptordegraders(SARDs))。
目前來看，基于SARDs和SERDs的小分子降解劑僅限于雌、雄激素受體，難以開發(fā)成通用的技術(shù)平臺。
2.2.2疏水性標(biāo)簽HyT
為了將誘導(dǎo)蛋白質(zhì)不穩(wěn)定性的概念擴(kuò)展到更大范圍的蛋白質(zhì)靶標(biāo)，最近Crews和其它的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新的技術(shù)平臺：疏水性標(biāo)簽(Hydrophobictagging，HyT)。類似于Fulvestrant誘導(dǎo)的表面疏水性，該方法將疏水性部分(即金剛烷Adamantane或Boc3-Arg)附加到靶蛋白的表面上，試圖模擬部分未折疊的蛋白狀態(tài)，并利用胞質(zhì)未折疊蛋白響應(yīng)系統(tǒng)來降解靶標(biāo)。
2012年證明了Boc3-Arg誘導(dǎo)蛋白降解的能力，通過共價抑制劑Etacrynicacid與Boc3-Arg連接靶向降解谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶α1(GST-α1)。類似地，使用微摩爾濃度的與Boc3-Arg偶聯(lián)的非共價抑制劑甲氧芐氨嘧啶(Trimethoprim)可以降解二氫葉酸還原酶。
盡管詳細(xì)的分子伴侶或其他控制途徑的作用機(jī)制仍然未知，但是已知這種誘導(dǎo)靶向蛋白降解途徑是通過獨(dú)立于蛋白酶體泛素和ATP的方式發(fā)生的。
2.2.3基于肽段的PROTAC技術(shù)
在2001年最早發(fā)表的幾個概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，Crews實(shí)驗(yàn)室與合作者RayDeshaies報道了第一批PROTACs雙功能分子：泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，通過招募E3連接酶到靶標(biāo)蛋白質(zhì)，導(dǎo)致鄰近誘導(dǎo)的泛素化和隨后的蛋白質(zhì)降解。最初的技術(shù)是基于短肽段的PROTAC技術(shù)，成功的靶標(biāo)包括MetAP2、雄激素受體、芳烴受體、PI3K等。
然而，這些肽類PROTAC的活性較低，依然停留在微摩爾范圍內(nèi)，主要障礙可能在于肽段技術(shù)平臺具有較差的細(xì)胞滲透率。幸運(yùn)的是，不斷的改進(jìn)嘗試促進(jìn)了具有體內(nèi)穩(wěn)定性的PROTAC小分子技術(shù)平臺的發(fā)展。
2.2.4小分子PROTAC
最早的報道是2008年，利用MDM2與P53的小分子抑制劑來自羅氏的Nutlin3，連接到E3連接酶MDM2來降解雄激素受體。細(xì)胞活性濃度達(dá)到微摩爾，后來經(jīng)過多番嘗試，仍舊不能進(jìn)一步有效提高其細(xì)胞活性。
接下來是基于cIAP1E3連接酶的PROTAC技術(shù)，利用cIAP1抑制劑bestatin，交聯(lián)多個目標(biāo)靶點(diǎn)的小分子，包括ER、AR、ATRA、TACC3等。但由于bestatin本身選擇性不高，活性也欠缺，多個嵌合的PROTAC小分子活性均不夠高，尚沒有候選物進(jìn)入動物實(shí)驗(yàn)。
最近的努力在于用小分子化合物取代VHLE3連接酶的結(jié)合肽段HIFa-1。突破發(fā)生在2015年，終于得到了納摩爾細(xì)胞活性的PROTAC小分子，用來降解雌激素相關(guān)受體α(ERRα)，RIPK2等。體內(nèi)動物模型顯示，ERRα的降解可以發(fā)生在心臟、腎臟和腫瘤異種移植物中，大約40％的靶標(biāo)蛋白能夠被降解。
2010年，Handa及其同事的研究發(fā)現(xiàn)E3連接酶Cereblon(CRBN)為沙利度胺蛋白質(zhì)的主要靶點(diǎn)?？紤]到鄰苯二甲酰亞胺結(jié)合CRBN的能力，Crews實(shí)驗(yàn)室和其他人試圖利用鄰苯二甲酰亞胺作為E3連接酶募集配體來劫持CRBN以降解目標(biāo)蛋白質(zhì)。小分子BRD4結(jié)合部分(OTX015)與Pomalidomide的綴合產(chǎn)生能夠在皮摩爾效能下降解表觀
遺傳調(diào)節(jié)物BRD4的PROTAC。
與BRD4抑制劑JQ1和OTX015相比，基于CRBN的PROTAC通過抵消已知與BRD4抑制相關(guān)的的反饋BRD4表達(dá)增加，從而能夠更
持久地抑制c-myc的表達(dá)水平。在細(xì)胞水平，這種持續(xù)抑制導(dǎo)致了對Burkitt's淋巴瘤細(xì)胞系優(yōu)異的抗增殖和凋亡作用。在一個研究中，BRD4抑制劑JQ1與沙利度胺衍生物結(jié)合，由此產(chǎn)生的PROTAC，稱為dBET1，能夠在低納摩爾濃度下誘導(dǎo)BRD4降解。對此PROTAC的蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明該化合物顯著降低了c-myc、BRD2、BRD3和BRD4水平，同時具有較小的脫靶降解效應(yīng)。
dBET1在白血病的動物模型中也顯示良好的活性，臨床前模型中的藥理學(xué)也令人鼓舞，為人體臨床實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
除了基于CRBN的PROTAC之外，研究人員還開發(fā)了皮摩爾的基于VHL的pan-BET-靶向PROTAC，其與BET抑制劑相比表現(xiàn)出優(yōu)異的抗細(xì)胞增殖活性。pan-BET-靶向PROTAC也顯示出針對22RV-1CRPC小鼠異種移植物的活性，因此擴(kuò)大了PROTAC技術(shù)在實(shí)體瘤惡性腫瘤中的應(yīng)用。
備注：選擇性事件：與雌激素受體(ER)蛋白降解劑相關(guān)的標(biāo)亮為藍(lán)色；與靶向蛋白降解嵌合體(PROTAC)相關(guān)的標(biāo)亮為紅色；與疏水性標(biāo)簽(hydrophobictagging，HyT)相關(guān)的標(biāo)亮為綠色；生物技術(shù)公司成立標(biāo)亮為黃色βTRCP,β轉(zhuǎn)導(dǎo)重復(fù)相容蛋白(β-transducinrepeat-containingprotein)；AR,雄激素受體(androgenreceptor)；cIAP1,細(xì)胞凋亡蛋白的抑制物1(cellularinhibitorofapoptosisprotein1)；CRABP,細(xì)胞視黃酸結(jié)合蛋白(cellularretinoicacid-bindingprotein)；CRBN,cereblon蛋白；DHFR,二氫葉酸還原酶(dihydrofolatereductase)；ERBB3,成紅細(xì)胞增多癥癌基因B3(erythroblastosisoncogeneB3)；GST,谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione-S?transferase)；HSP90,熱休克蛋白90(heatshockprotein90)；IKZF,伊卡洛斯家族鋅指(Ikarosfamilyzincfinger)；MDM2,小鼠雙微體2蛋白(mousedoubleminute2homologue)；MetAP2,甲硫氨酸氨基肽酶2(methionineaminopeptidase2)；VHL,希佩爾-林道綜合征(vonHippel-Lindau)
2.3蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）
PROTAC(PROteolysisTArgetingChimera)是始于17年前的一項(xiàng)技術(shù)(2001年)，該技術(shù)利用了細(xì)胞內(nèi)的“清潔工”——泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin-proteasomesystem,UPS)。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)正常生理功能負(fù)責(zé)清理細(xì)胞中變性、變異或者有害的蛋白。PROTAC利用細(xì)胞自身的蛋白質(zhì)破壞機(jī)制來從細(xì)胞中去除特定致癌蛋白，是一種靶向治療的替代方法。
PROTAC可以說是誘導(dǎo)蛋白降解技術(shù)的一種改進(jìn)的、通用的平臺技術(shù)。在此之前，已經(jīng)有一些類似的技術(shù)和它的原型版，如最早發(fā)現(xiàn)的一些自帶降解功能的選擇性激素受體抑制劑、HyT技術(shù)等。目前這個技術(shù)還主要用于靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與確證，而其終極目標(biāo)是是成就藥物，而不僅僅是用于靶標(biāo)確證。
耶魯大學(xué)的CraigCrews博士是這個領(lǐng)域中的先驅(qū)。但最早提出這一概念，是2001年UCLASakamoto實(shí)驗(yàn)室發(fā)表PNAS文章時提出的，Craig是作者之一。在這篇文章中，設(shè)計了一個叫Protac-1的分子，通過招募泛素化蛋白beta-TRCP以Protac-1依賴的方式將目標(biāo)蛋白Aminopeptidase-2(MetaP-2)降解，第一次清晰地展示了PROTAC的概念。除招募泛素化蛋白外，隨后又發(fā)展了HyT(Hydrophobictagging)技術(shù)。就是通過PROTAC技術(shù)，用大的疏水性基團(tuán)比如金剛烷(Adamantane)和Boc3Arg標(biāo)記目標(biāo)蛋白。蛋白降解機(jī)器將目標(biāo)蛋白誤認(rèn)為沒有正確折疊而予以降解。
2.3.1PROTAC技術(shù)原理
PROTAC技術(shù)原理其實(shí)很簡單。細(xì)胞內(nèi)有一個叫做UPS的蛋白降解系統(tǒng)，負(fù)責(zé)清除殘次蛋白。其催化部分是E3連接酶，但需要各種獲取底物的蛋白幫助尋找需要降解的蛋白。這個技術(shù)把目標(biāo)蛋白配體和這些幫助UPS尋找底物蛋白的配體通過化學(xué)鍵連接起來，這樣可以把本來不需要降解的目標(biāo)蛋白降解。
嵌合體分子包括三部分：一頭是靶向目標(biāo)蛋白的結(jié)構(gòu)；另一頭是可以招募蛋白降解體系比如E3Ligase的結(jié)構(gòu)；中間通過合適的linker連接。這與雙特異單抗技術(shù)類似，可以算是雙功能小分子。PROTAC誘導(dǎo)蛋白降解的作用機(jī)制見圖4。
依靠鏈接酶把泛素貼到目標(biāo)蛋白上，泛素是蛋白的死刑判決書，貼上后會被送入蛋白酶體降解。PROTAC分子在進(jìn)入細(xì)胞后，其結(jié)構(gòu)中的目標(biāo)蛋白(Proteinofinterest,POI)配體可特異性地與相應(yīng)的靶蛋白結(jié)合，而另一端可以募集E3連接酶從而形成POI-PROTAC-E3ligase三元復(fù)合物，其中E3連接酶可介導(dǎo)泛素結(jié)合酶E2對POI泛素化。三元復(fù)合物解離后，被泛素“標(biāo)記”的POI被蛋白酶體識別并降解從而選擇性地降低靶蛋白的水平。此過程無需靶蛋白配體長時間占據(jù)結(jié)合位點(diǎn)，只需三元復(fù)合物短暫的形成便可瞬時完成目標(biāo)蛋白的泛素化，并且PROTAC在細(xì)胞內(nèi)可多次循環(huán)發(fā)揮作用。
2.3.2PROTAC技術(shù)優(yōu)勢
PROTAC在很大程度上是結(jié)合了小分子化合物和小分子核酸的優(yōu)點(diǎn)。即可以有效地靶向目標(biāo)蛋白，又可以將之降解清除，具有非常豐富的想象與發(fā)展空間。PROTAC理論上只需要催化量的藥物，也可以在蛋白表達(dá)、修飾后選擇性降解同一基因表達(dá)的不同蛋白，所以存在一定理論上優(yōu)勢。
理論上PROTAC只是提供結(jié)合活性，是事件驅(qū)動“Event-driven”，區(qū)別于傳統(tǒng)的占有驅(qū)動“Occupancy-driven”，不需直接抑制目標(biāo)蛋白的功能活性，藥物不需要與目標(biāo)蛋白長時間和高強(qiáng)度的結(jié)合，因此可以靶向傳統(tǒng)難以成藥的靶點(diǎn)，比如表面光滑缺乏小分子結(jié)合區(qū)域的蛋白，PROTAC的相關(guān)技術(shù)可以選擇性降解目標(biāo)蛋白，所以很多無法用小分子調(diào)控或抗體無法到達(dá)的靶點(diǎn)可以用這個技術(shù)調(diào)控；另外，這個過程類似于催化反應(yīng)，藥物又可以重復(fù)利用，抑制目標(biāo)蛋白，并不需要等摩爾量的藥物，因此獲得極高活性的藥物成為可能，所以業(yè)界認(rèn)為對PROTAC的活性要求也許不需很高。
2.3.3PROTAC技術(shù)劣勢
正如再高強(qiáng)的武功也有其命門，PROTAC技術(shù)當(dāng)然也有其硬傷，這類藥物是雙靶點(diǎn)藥物所以分子量、分子剛性、水溶性都不甚理想，所以口服吸收和過膜性都會較差，PROTAC分子通常很大，PK是一個主要障礙。雖然現(xiàn)在已有體內(nèi)活性PROTAC化合物的報道，甚至今年就會進(jìn)入人體臨床研究。但總體而言，PK仍舊是多數(shù)PROTAC小分子成藥的主要障礙?；瘜W(xué)合成也要困難得多。
脫靶毒性應(yīng)該也是大家最為擔(dān)心的問題之一。傳統(tǒng)靶向蛋白活性的小分子、大分子藥物，甚至小核苷酸，一般來講對蛋白活性的抑制不會太徹底，也多不影響骨架蛋白的表達(dá)，這樣固然增加了耐藥性發(fā)生的概率，但同時殘留的活性也可能保障了正常細(xì)胞、組織器官基本的生理活性，降低了潛在毒性。而PROTAC作為更為徹底靶標(biāo)蛋白降解者，可能會誤傷到其它脫靶蛋白，即使是以前驗(yàn)證過的靶點(diǎn)，會不會帶來更為嚴(yán)重的毒性，需要在未來的臨床實(shí)驗(yàn)中密切監(jiān)測。
另一個隱患是降解的脫靶效應(yīng)在臨床前毒性篩選中不易檢測、跟蹤，增加了藥物后期開發(fā)中的風(fēng)險。
另外這個技術(shù)顯然只對需要抑制的蛋白有效，對于發(fā)現(xiàn)激動劑則無用武之地。
3PROTAC相關(guān)藥物
據(jù)科睿唯安Cortellis和Integrity數(shù)據(jù)庫，PROTAC相關(guān)藥物均處于臨床前研究和早期發(fā)現(xiàn)階段。PROTAC代表性藥物見圖5所示。其中進(jìn)展最快的是Arvinas公司的兩個PROTAC小分子藥物，Arvinas公司今年將推入臨床試驗(yàn)的兩種蛋白降解分子的靶點(diǎn)都是被充分研究過的蛋白。一個是雄激素受體，它是前列腺癌的靶點(diǎn)，另一個是雌激素受體，它是乳腺癌靶點(diǎn)。2017年11月，它命名了靶向并誘導(dǎo)雄激素受體蛋白降解的首款臨床候選藥物ARV-110。2017年12月，靶向并誘導(dǎo)雌激素受體蛋白降解的第二款候選藥物ARV-378獲得命名。Arvinas公司希望它的靶向雄激素受體的PROTAC(ARV-110)能夠在今年十月開始臨床試驗(yàn)。靶向雌激素受體的候選藥物(ARV-378)可能在今年底進(jìn)入臨床試驗(yàn)。
近兩年時間里，特異和高效地降解關(guān)鍵致癌蛋白的努力取得了長足的進(jìn)展。BET家族的蛋白，包括BRD4，在包括急性髓細(xì)胞白血病、多發(fā)性
骨髓瘤、卵巢癌和前列腺癌在內(nèi)的多種癌癥的發(fā)展中其重要作用。多個BET的小分子抑制已經(jīng)進(jìn)入了臨床，但是，由于對于下游信號通路的抑制不夠充分，以及反饋機(jī)制能夠上調(diào)BRD4基因的表達(dá)，這些藥物的有效性一般。
美國耶魯大學(xué)的CraigCrews研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計了一個小分子PROTAC藥物ARV-825，它通過連接BRD4和CRBN，在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中可以完全降解BRD4蛋白。這個團(tuán)隊(duì)和一家生物科技公司Arvinas還開發(fā)了ARV-771，通過VHL來降解BET家族的蛋白。另一個來自美國丹娜法伯癌癥研究所(Dana-FarberCancerInstitute)的團(tuán)隊(duì)基于BET的小分子抑制劑JQ1設(shè)計了另一個小分子PROTAC藥物dBET1，這個藥物在小鼠的急性髓細(xì)胞白血病模型中展示了比JQ1更好的療效。
4PROTAC技術(shù)相關(guān)研發(fā)公司
PROTAC近幾年因?yàn)樵趲讉€蛋白尤其是BET族蛋白、激素受體等成功獲得高細(xì)胞活性和較好的藥代性質(zhì)的潛力藥物而開始成為整個制藥業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。越來越多的制藥企業(yè)、生物技術(shù)公司以及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)涉足其中。主要研發(fā)機(jī)構(gòu)有：耶魯大學(xué)(YaleUniversity)、加州大學(xué)伯克利分校(UCBerkeley)、丹娜法伯癌癥研究所(Dana-FarberCancerInstitute)、英國鄧迪大學(xué)(UniversityofDundee)以及生物技術(shù)新銳公司Arvinas、C4Therapeutics、KymeraTherapeutics等。
我們在此著重關(guān)注其中的三個新銳公司：
4.1Arvinas公司
Arvinas成立于2013年，以蛋白降解PROTAC技術(shù)而聞名，公司專注于開發(fā)新的小分子——被稱為PROTACs(PROteolysis支持嵌合體——旨在通過蛋白質(zhì)水解降解致病細(xì)胞蛋白。根據(jù)公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)顧問CraigCrews博士在耶魯大學(xué)所進(jìn)行的創(chuàng)新性研究，該公司正在將天然蛋白質(zhì)降解方法轉(zhuǎn)化為治療癌癥和其他疾病的新型藥物。公司現(xiàn)在大約有50人，預(yù)計明年才擴(kuò)招到75人，規(guī)模很小，運(yùn)營模式是通過與其他公司合作致力于其內(nèi)部的研發(fā)管線。公司目前在研的項(xiàng)目還有老年癡呆的罪魁禍?zhǔn)譚au蛋白的研究項(xiàng)目。
今年年初，Arvinas的蛋白水解技術(shù)得到第三家大公司的投資。輝瑞已經(jīng)答應(yīng)投資Arvinas能降解蛋白的小分子技術(shù)，這是一種對治療前列腺癌以及其他領(lǐng)域有非常重要作用的新技術(shù)。像輝瑞其他股權(quán)協(xié)議一樣，細(xì)節(jié)無處得知，但里程碑式的打包價高達(dá)8.3億美元已經(jīng)驚訝
醫(yī)藥圈。在此之前，Arvinas已經(jīng)與兩家醫(yī)藥巨頭基因泰克和默沙東結(jié)成聯(lián)盟。繼2015年默沙東4.3億美元加入之后，2017年11月基因泰克以雙倍下注高達(dá)6.5億美元來推進(jìn)這一里程碑式技術(shù)的發(fā)展。
4.2C4Therapeutics公司
誘導(dǎo)蛋白水解新銳公司還有C4Therapeutics(平臺技術(shù)DegronimidTM)，公司成立于2015年。由哈佛大學(xué)和Dana-Farber的三位教授KenAnderson,NathanaelGray,和JamesBradner創(chuàng)立，首輪獲7300萬美元融資，并與羅氏達(dá)成7.5億美元的合作協(xié)議。JamesBradner還發(fā)現(xiàn)了BRD4抑制劑JQ系列化合物，并高調(diào)宣布放棄專利，引發(fā)極大關(guān)注。JamesBradner后來成為諾華的研發(fā)負(fù)責(zé)人。C4的技術(shù)是基于2015年他們發(fā)表的《科學(xué)》文章，取了個名字叫Degronimid?，實(shí)際上就是PROTAC技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)來那多胺等鄰苯二甲酰亞胺類抗腫瘤藥物，可以特異性結(jié)合E3LigaseCRBN，通過PROTAC技術(shù)，可以選擇性降解目標(biāo)蛋白比如BRD4，活性達(dá)到皮摩爾級，并有很好的成藥性。
公司主要專注于自己的技術(shù)平臺Degronimid?，BRD4，調(diào)控基因組轉(zhuǎn)錄活性的靶點(diǎn)，如MYC。得益于JBradner的大力推廣及無償提供JQ1，積極參與JQ1類似物研發(fā)的藥企包括：葛蘭素、默沙東、艾伯維、吉利德、百時美施貴寶等等。
4.3KymeraTherapeutics公司
KymeraTherapeutics公司是由知名風(fēng)投公司AltasVentures在2015年開始幫助建立的專注于蛋白降解的生物技術(shù)公司。2017年11月，KymeraTherapeutics公司宣布其完成了3000萬美元的A輪融資。該輪融資由著名的AtlasVenture領(lǐng)投，由業(yè)界知名的LillyVentures和AmgenVentures跟投。其中AtlasVenture共同創(chuàng)建并孵化了Kymera公司。
Kymera還宣布任命LaurentAudoly博士為公司總裁兼首席執(zhí)行官。Audoly博士有20多年的在美國和歐盟帶領(lǐng)制藥和生物技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，推動了皮爾法伯(PierreFabre)、輝瑞、默克、MedImmune和Pieris等公司的新藥研發(fā)。他之前曾在皮爾法伯擔(dān)任其研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人。
Kymera致力于開創(chuàng)新穎的靶向蛋白質(zhì)降解方法，為以前無法治愈的疾病患者發(fā)現(xiàn)突破性藥物。其新方法利用身體的先天蛋白質(zhì)降解和回收機(jī)器：泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，來清除致病蛋白質(zhì)。這種作用機(jī)制不同于傳統(tǒng)的抑制蛋白質(zhì)催化功能的小分子藥物。利用小分子介導(dǎo)的敲低策略，Kymera正在開發(fā)異源雙功能分子，將特異性蛋白質(zhì)引向E3泛素連接酶，導(dǎo)致靶向蛋白的泛素化和隨后的不可逆降解。
Kymera目前重點(diǎn)研發(fā)腫瘤學(xué)，免疫腫瘤學(xué)，自身免疫和炎性疾病療法，并希望在這些和其他治療領(lǐng)域與生物制藥公司進(jìn)行戰(zhàn)略合作。公司計劃于今年確定其第一個候選藥物。
5展望
據(jù)估計僅有10%的蛋白能用小分子調(diào)控，10%能用生物大分子調(diào)控的蛋白在細(xì)胞表面，而高達(dá)80%的蛋白無法用現(xiàn)有藥物調(diào)控。靶向蛋白降解最有吸引力的地方在于它可以針對那些傳統(tǒng)上認(rèn)為不可成藥的蛋白靶點(diǎn)，這些蛋白可能占了人類蛋白質(zhì)組的80%以上。由于靶向蛋白降解策略可以通過結(jié)合蛋白上的幾乎任何一個位點(diǎn)，而不是活性位點(diǎn)，來達(dá)到選擇性的降解蛋白的目的，因此理論上這個策略可以用于任何一個蛋白質(zhì)。此外，這個策略的另一個優(yōu)勢是可以對那些已經(jīng)產(chǎn)生抗藥性的腫瘤發(fā)揮作用。而且靶向蛋白降解在除了癌癥以外的其它疾病領(lǐng)域中也具有相當(dāng)?shù)臐摿Α?/div>
PROTAC小分子研究最近的突破還主要集中在可靶向的靶點(diǎn)上。而它的未來最大潛力之一是要靶向傳統(tǒng)意義上不可靶向的靶點(diǎn)，比如轉(zhuǎn)錄因子、蛋白的骨架功能等，或是不可成藥的靶點(diǎn)之王KRAS突變。
傳統(tǒng)的小分子藥物研發(fā)面臨不斷涌現(xiàn)新興技術(shù)的擠壓，想要在業(yè)界繼續(xù)站穩(wěn)腳跟需要更深度的創(chuàng)新。PROTAC技術(shù)可能令現(xiàn)在還無法成藥的80%蛋白組被小分子藥物調(diào)控。在小分子藥物亟需創(chuàng)新的現(xiàn)在，PROTAC的出現(xiàn)可謂是雪中送炭。DNA編碼技術(shù)顯著擴(kuò)大小分子化學(xué)空間、PROTAC令藥物理論上可在藥物催化劑量下產(chǎn)生療效，雖然可能在特殊情況下起到意想不到的作用、但短期內(nèi)尚無法顛覆整個新藥研發(fā)領(lǐng)域。高新技術(shù)會融入更多產(chǎn)品，令制藥業(yè)成為真正的高科技行業(yè)。雖然新藥研發(fā)具體事件難以預(yù)測，中原逐鹿，鹿死誰手并不那么重要，最重要的是怎樣才能讓患者從中獲益。
諾華的研發(fā)總監(jiān)JBradner說現(xiàn)在他們已經(jīng)成功降解了30多個蛋白，他認(rèn)為將來幾乎所有蛋白都可能被PROTAC降解，而今年Arvinas公司今年即將會把一個雄激素受體和一個雌激素受體PROTAC推進(jìn)臨床。
基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的新藥開發(fā)，代表著一個方興未艾的熱門研究領(lǐng)域，吸引了多家跨國藥企、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和投資機(jī)構(gòu)的青睞。大量風(fēng)投資金的涌入和大型醫(yī)藥公司的合作參與將幫助加速PROTAC技術(shù)發(fā)展完善以及相關(guān)藥物研發(fā)的進(jìn)程?；蛱┛恕⑤x瑞、Atlas、諾華(NIBR)、UCBerkeley等都已紛紛進(jìn)軍該領(lǐng)域，并催生了一批與此相關(guān)的生物技術(shù)新銳公司，除上面提及的公司外，如VividionTherapeutics、WarpDriveBio以及剛剛成立的Cullgen公司都有各自獨(dú)特的基于化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)(ChemicalProteomics)的小分子藥物研發(fā)平臺。這些都預(yù)示著小分子藥物研發(fā)蛋白抑制時代即將逝去，蛋白降解時代已經(jīng)悄悄來臨。
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