火热的PROTAC疗法，体外研发难点和优化分析

 

基于作用范围广，以及在克服耐药和靶向不可成药靶点等方面展现出的巨大潜力，PROTAC领域近年来研发火热。

超1000个潜在靶点，制药巨头纷纷布局

PROTAC即蛋白降解靶向嵌合体技术，利用杂合双功能小分子化合物将靶蛋白和细胞内的E3泛素连接酶拉近，通过泛素-蛋白酶体蛋白降解途径来特异性降解靶蛋白。和传统小分子药物相比，PROTAC实现的是蛋白的降解而不是蛋白的功能抑制，可以靶向支架蛋白以及不可成药蛋白等更多的药物靶点，其不依赖于靶标的活性位点的结合，因而易于开发高选择性的药物，并且保留了小分子药物能靶向细胞内靶点，给药方式多样的特点。

目前，全球基于PROTAC技术展开的药物研发火热，靶向AR、ER、BTK、BRD9、IRAK4等靶点的PROTAC分子已进入临床开发阶段，而根据今年7月发表于Nature Reviews Drug Discovery的报道，目前有超过1000个蛋白可以做为PROTAC的潜在靶点，这为基于PROTAC的药物研发提供了新的潜在机会。

当前各大制药巨头纷纷瞄准该领域，去年7月，辉瑞以超20亿美金与PROTAC明星公司Arvinas达成协议，共同开发和推广其在研靶向雌激素受体（ER）的口服PROTAC蛋白降解剂ARV-471，目前该药正处于处在II期临床试验。同时，罗氏、拜耳、默沙东、GSK、诺华、阿斯利康、BMS等也纷纷布局PRORAC。国内，海思科、开拓药业、诺诚健华、亚盛医药、科伦药业、恒瑞、石药集团、百济神州等也已布局，其中海思科、开拓药业的PROTAC已在国内获批进入临床试验阶段。

区别传统小分子药，设计开发要点复杂

虽然拥有诸多优点，但PROTAC药物开发仍然面临许多技术难点。药明康德生物学事业部研发生物部主任朱晓宇博士对医谷表示，一般认为技术难点主要是在成药性方面，如分子量太大、水溶性&透膜性差、生物利用度低、合成难度大等，但其实并不局限于此。

“细胞内有600多种E3，但现在药物的设计主要依赖于VHL和CRBN，由此会带来耐药和降解neo-substrate引起的毒性的问题，因而新的E3的开发是研究方向之一。基于POI和E3的选择，如何选择合适的ligand和linker进行PROTAC的设计，也会影响三元复合物的空间构象，进而影响其稳定性和降解效率。靶点蛋白和E3连接酶被PROTAC连接以后，是否会因为电荷和立体结构存在正向或反向协同效应，安全性和选择性又如何，其实要考虑的点还有很多。”朱晓宇博士介绍道。

同时，PROTAC依赖UPS (Ubiquitin-Proteasome System)，实现对靶点蛋白的降解，具有相对于小分子抑制剂和抗体药物独特的优点和特点，建立合适的体外筛选方法，是PROTAC药物设计的一条快捷之路，而PROTAC体外研究与其他小分子药物研究相比具体有哪些差异和挑战呢？对此，朱晓宇博士表示，“传统小分子药物的研究也是要基于疾病和靶点的，但会依据靶点的功能（如激酶）和药物分子的设计（如共价或变构）做一些调整。那么PROTAC首先要看到的是靶点蛋白的有效降解。没有看到有效降解的话，需要去分析可能的原因，比如是否能进入细胞等。在看到有效降解以后，会评估下游通路的变化、选择性、安全性等等。除此之外，PROTAC可能还会有一些不同项目，需要探索的不同的点，比如是否有协同效应，是否有neosubstrate的降解，neosubstrate的降解是否会带来毒性还是其他的表型。最近报道的三价的PROTAC通过结合三个蛋白位点增加协同性，提高了300倍的蛋白降解效率。所以PROTAC的体外研究应该还是要基于对靶点、项目、PROTAC的充分理解来进行药物的评估。”

事实上，药明康德研发生物部从2017年就开始支持PROTAC的药物研发项目，累积了非常多的项目经验，据朱晓宇博士介绍，主要在体外评估蛋白的降解、二元结合、三元复合物的形成以及建立HiBiT的细胞株方面，在靶点蛋白和E3连接酶协同作用、评价蛋白降解选择性等方面也有丰富的研究经验，同时也在与分析团队合作，进行在蛋白组学层面分析蛋白降解谱的方法开发。此外，团队一直在支持基于靶点的药物开发整合项目，对于方法的开发和选择，肿瘤相关的靶点和通路都有比较系统的理解，也能很好地支持PROTAC降解蛋白以后的功能和表型分析。

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