蛋白水解靶向嵌合體（PROteolysis TArgeting Chimeras，PROTACs）已成為一種有前途的通過(guò)降解調(diào)控興趣蛋白(protein ofinterest,，POI)的技術(shù)。

一,、原理

如上圖所示,，PROTACs技術(shù)看起來(lái)像啞鈴一樣。這一雙功能分子通過(guò)一個(gè)理想的連接器（linker）連接興趣蛋白的配體以及E3泛素連接酶的招募配體,。也就是說(shuō),，PROTACs技術(shù)的一端與興趣蛋白（即靶蛋白）結(jié)合，另一端與E3泛素連接酶結(jié)合。E3泛素連接酶通過(guò)將一種叫做泛素的小蛋白貼在興趣蛋白上將其標(biāo)記為缺陷或受損蛋白,。之后,，細(xì)胞的蛋白粉碎機(jī)（即，蛋白酶體）會(huì)處理掉被標(biāo)記的興趣蛋白,。也就是說(shuō),，當(dāng)PROTACs促進(jìn)興趣蛋白和E3泛素連接酶形成三元復(fù)合物時(shí)，降解就會(huì)發(fā)生,，從而調(diào)節(jié)興趣蛋白的水平,。

PROTACs的發(fā)現(xiàn)要追溯到2001年,。當(dāng)時(shí),，加州理工學(xué)院的Raymond  Deshaies博士與耶魯大學(xué)的Craig Crews教授在一篇PNAS論文中[1]描述：利用基于肽的Protac-1誘導(dǎo)了靶蛋白2型蛋氨酸氨肽酶（MetAP-2）的降解。不過(guò),，基于大而笨重的肽起連接作用的一代PROTACs在人類細(xì)胞中活性較低,，之后Crews教授及其同事一直改進(jìn)這一技術(shù)。到2008年,，他們已經(jīng)放棄了基于肽的PROTACs技術(shù),，并設(shè)計(jì)出了基于E3泛素連接酶MDM2、可用于降解雄激素受體(AR)的基于小分子的PROTACs [2],。從那以后,，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了可降解不同興趣蛋白的大量PROTACs，PROTACs所能觸及的靶點(diǎn)范圍和疾病類型以驚人的速度擴(kuò)大/增加,。

二,、靶點(diǎn)

近日，清華大學(xué)饒燏教授團(tuán)隊(duì)在Nature旗下Signal Transduction and Targeted Therapy 雜志上了發(fā)表了一篇題為“PROTACs: great opportunities for academia and industry”的綜述文章[3],，總結(jié)了PROTACs靶向的癌癥相關(guān)靶點(diǎn),、病毒感染相關(guān)靶點(diǎn)以及PROTACs在治療免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病等方面的應(yīng)用,。

PROTACs的分布 | a. PROTACs在不同疾病中的有效性,；b. PROTACs在不同生物過(guò)程中的有效性（來(lái)源：Signal Transduction and Targeted Therapy）

①癌癥相關(guān)靶點(diǎn)

靶點(diǎn)1：AHR（aryl hydrocarbon receptor）

簡(jiǎn)介：AHR介導(dǎo)了環(huán)境致癌物質(zhì)的許多毒性和致癌作用。

代表性PROTACs分子：Api-Protac-II

靶點(diǎn)2：ALK（Anaplastic lymphoma kinase）

簡(jiǎn)介：ALK的致癌激活與多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展高度相關(guān),，包括彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤,、間變性大細(xì)胞非霍奇金淋巴瘤、食道鱗狀細(xì)胞癌,、炎性肌纖維母細(xì)胞瘤,、非小細(xì)胞肺癌、腎細(xì)胞癌,、神經(jīng)母細(xì)胞瘤,、甲狀腺癌,、卵巢癌、結(jié)腸癌,、乳腺癌。

代表性PROTACs分子：TL13–12,、TL13–112,、MS4077、MS4078,、TD-004

靶點(diǎn)3：AR（androgen receptor）

簡(jiǎn)介：AR紊亂是前列腺癌的主要驅(qū)動(dòng)因素,。

代表性PROTAC分子s：ARCC-4、ARV-110

靶點(diǎn)4：BCL2

簡(jiǎn)介：BCL2因其作為抗凋亡蛋白的重要作用而被歸類為致癌基因,。BCL2失調(diào)會(huì)導(dǎo)致不同的癌癥。

代表性PROTACs分子：C5

靶點(diǎn)5：BCL6（B-cell lymphoma 6）

簡(jiǎn)介：BCL6被發(fā)現(xiàn)通過(guò)多種基因改變參與彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤和濾泡性淋巴瘤的分化和增殖,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)6：BCR-ABL

簡(jiǎn)介：融合基因BCR-ABL是導(dǎo)致慢性骨髓性淋巴瘤的主要原因,。

代表性PROTACs分子：DAS-6-2-2-6-CRBN、DAS-IAP

靶點(diǎn)7：BET（bromodomain and extratermina）

簡(jiǎn)介：有研究證實(shí),，在去勢(shì)抵抗性前列腺癌臨床前模型中,，抑制BET家族蛋白可發(fā)揮抗癌作用。

代表性PROTACs分子：ARV-771,、dBET1,、BETd-246

靶點(diǎn)8：BRD9和BRD7

簡(jiǎn)介：包括宮頸癌在內(nèi)的多種癌癥表現(xiàn)出BRD9過(guò)表達(dá)。BRD7是BRD9的相近同源物,。

代表性PROTACs分子：dBRD9,、VZ185

靶點(diǎn)9：BTK

簡(jiǎn)介：B細(xì)胞受體(BCR)是B細(xì)胞黏附、生存和生長(zhǎng)信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子,，而在BCR通路中,，BTK是必不可少的。

代表性PROTACs分子：L18I,、MT-802,、DD-03-171等

靶點(diǎn)10：CDK4/6（Cyclin-dependent kinases 4 and 6）

簡(jiǎn)介：CDK4/6是細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,，在G1期到S期（G1-to-S-phase）的過(guò)渡中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。CDK4/6在許多癌癥中過(guò)度活躍,，導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控,。

代表性PROTACs分子：BSJ-03-204、BSJ-04-132,、BSJ-03-123,、CP-10等

靶點(diǎn)11：CDK8（Cyclin-dependent kinase 8）

簡(jiǎn)介：CDK8基因的過(guò)表達(dá)破壞了細(xì)胞增殖、分化和凋亡,，可以加速癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂,，如宮頸癌、結(jié)直腸癌,、胃癌,、惡性黑色素瘤等。

代表性PROTACs分子：JH-XI-10-02

靶點(diǎn)12：CDK 9（Cyclin-dependent kinase 9 ）

簡(jiǎn)介：CDK9在多種惡性腫瘤中廣泛表達(dá),。

代表性PROTACs分子：THAL-SNS-032等

靶點(diǎn)13：CK2（Casein kinase 2）

簡(jiǎn)介：CK2的過(guò)表達(dá)與癌癥的發(fā)生有關(guān),。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)14：c-Met

簡(jiǎn)介：c-Met與癌細(xì)胞存活、生長(zhǎng),、血管生成和轉(zhuǎn)移有關(guān),。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)15：DHODH（Dihydroorotate dehydrogenase ）

簡(jiǎn)介：DHODH為進(jìn)一步合成RNA、DNA,、糖蛋白和磷脂提供了基礎(chǔ),。抑制DHODH的活性已被認(rèn)為是一種有希望的治療策略，用于對(duì)抗病毒感染,、癌癥,、關(guān)節(jié)炎和免疫抑制。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)16：EGFR 和HER2

簡(jiǎn)介：EGFR（Epidermal growth factor receptor）過(guò)表達(dá)在惡性腫瘤的進(jìn)展中起重要作用,，如膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,、NSCLC、頭頸癌,、乳腺癌,、結(jié)直腸癌、卵巢癌,、前列腺癌,、胰腺癌等。HER2是EGFR家族的四個(gè)成員之一,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)17：eIF4E（Eukaryotic translation initiation factor 4E）

簡(jiǎn)介：eIF4E對(duì)細(xì)胞增殖,、分化和轉(zhuǎn)移有重要影響。研究表明,，eIF4E在動(dòng)物和人類的許多惡性細(xì)胞系和原發(fā)腫瘤中過(guò)表達(dá),。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)18：ER

簡(jiǎn)介：80%新確診的乳腺癌病例為ERα陽(yáng)性,。

代表性PROTACs分子：ARV-471等。 

靶點(diǎn)19：ERK1和ERK2

簡(jiǎn)介：ERK1和ERK2參與Ras-Raf-MEK-ERK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián),，而Ras-Raf-MEK-ERK信號(hào)通路與多種癌癥有關(guān),。

代表性PROTACs分子：ERK-CLIPTAC等

靶點(diǎn)20：ERRα（estrogen-related receptors）

簡(jiǎn)介：ERRs在維持體內(nèi)平衡中起著重要的作用，包括與ERRα和ERRγ相關(guān)的代謝平衡,。

代表性PROTACs分子：PROTAC_ERRα等

靶點(diǎn)21：FAK（Focal adhesion kinase）

簡(jiǎn)介：FAK具有激酶依賴性的酶功能和非激酶依賴性的支架功能,，這兩個(gè)功能在癌癥發(fā)展中起重要作用。

代表性PROTACs分子：BI-3663,、BI-0319、FC-11等

靶點(diǎn)22：FLT-3（FMS-like tyrosine kinase 3）

簡(jiǎn)介：FLT3在細(xì)胞增殖,、分化和凋亡中起重要作用,。約30%新診斷的急性髓系白血病患者出現(xiàn)FLT3突變。

代表性PROTACs分子：TL13-117,、TL13-149等

靶點(diǎn)23：HDAC6（Histone deacetylases）

簡(jiǎn)介：HDAC6屬于II型組蛋白去乙?；福℉DAC）家族，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性,。越來(lái)越多的研究表明,，HDAC6與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)24：MCL1（Myeloid cell leukemia 1）

簡(jiǎn)介：MCL1是一種在多種不同癌癥中過(guò)表達(dá)的促生存蛋白,，如淋巴瘤,、白血病、乳腺癌,。

代表性PROTACs分子：dMCL1-2 等

靶點(diǎn)25：MDM2（Murine double minute 2）

簡(jiǎn)介：MDM2是p53的負(fù)性內(nèi)源性細(xì)胞調(diào)節(jié)因子,。MDM2在某些人類p53野生型癌癥中過(guò)表達(dá)。

代表性PROTACs分子：MD-224等

靶點(diǎn)26：p38α和p38δ

簡(jiǎn)介：p38 MAPK激酶可被各種細(xì)胞壓力和炎癥細(xì)胞因子激活,，由p38α,、p38β、p38γ和p38δ四個(gè)成員組成,。

代表性PROTACs分子：SJFα ,、SJFδ

靶點(diǎn)27：PARP1（Poly (ADP-ribose) polymerases）

簡(jiǎn)介：由于PARP1在DNA損傷反應(yīng)中的關(guān)鍵作用，它被認(rèn)為是一個(gè)強(qiáng)有力的癌癥治療靶點(diǎn),。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)28：PI3K（Phosphoinositide 3-kinases ）

簡(jiǎn)介：P13K依賴性信號(hào)通路的過(guò)表達(dá)是腫瘤發(fā)生的主要特征之一,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)29：Pirin

簡(jiǎn)介：Pirin被報(bào)道為一種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)因子。有研究顯示,，通過(guò)siRNA敲除pirin能夠抑制癌細(xì)胞的遷移和增殖,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)30：PRC2（Polycomb repressive complex 2）或其核心亞基EED (embryonic ectoderm development)

簡(jiǎn)介：據(jù)報(bào)道，PRC2在多種癌癥類型中既可作為致癌基因,，又可作為腫瘤發(fā)生的抑制因子,。

代表性PROTACs分子：UNC6852

靶點(diǎn)31：RIPK2

簡(jiǎn)介：絲氨酸-蘇氨酸激酶RIPK2是NOD1和NOD2信號(hào)的重要先天免疫調(diào)節(jié)因子,。

代表性PROTACs分子：PROTAC_RIPK2

靶點(diǎn)32：Rpn13

簡(jiǎn)介：Rpn13在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中表達(dá)較高，且在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活中起重要作用,。

代表性PROTACs分子：WL40

靶點(diǎn)33：SGK3（Serum/glucocorticoid-inducible protein kinase）

簡(jiǎn)介：SGK是PI3K的關(guān)鍵下游信號(hào)分子,。SGK-3是SGK家族的一個(gè)亞型，在細(xì)胞增殖和生存中起重要作用,，尤其在乳腺癌,、肝癌、結(jié)直腸癌和前列腺癌中,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)34：Smad3

簡(jiǎn)介：Smad3的表達(dá)水平和功能狀態(tài)影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程,，涉及細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖,、發(fā)育,、分化、遷移和凋亡,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)35：STAT3

簡(jiǎn)介：作為一種轉(zhuǎn)錄因子,，STAT3通過(guò)調(diào)節(jié)與細(xì)胞存活、增殖,、侵襲,、轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因，在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用,。

代表性PROTACs分子：SD-36

靶點(diǎn)36：TBK1（TANK-binding kinase 1）

簡(jiǎn)介：TBK1是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,，在先天免疫、腫瘤發(fā)生和發(fā)展中具有多種細(xì)胞功能,。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)37：TRIM 24

簡(jiǎn)介：TRIM24被認(rèn)為是許多癌癥的依賴,。

代表性PROTACs分子：dTRIM24

②病毒感染相關(guān)靶點(diǎn)

靶點(diǎn)38：NS3

簡(jiǎn)介：丙型肝炎病毒NS3蛋白在病毒感染中起多種重要作用。

代表性PROTACs分子：DGY-08-097

③免疫疾病相關(guān)靶點(diǎn)

靶點(diǎn)39：IRAK4（Interleukin-1 receptor-associated kinase 4）

簡(jiǎn)介：參與先天免疫過(guò)程的關(guān)鍵分子

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

靶點(diǎn)40：PCAF（P300/CBP-associated factor ）/GCN5（general control nonderepressible 5）

簡(jiǎn)介：PCAF和GCN5被認(rèn)為是表觀遺傳蛋白,，具有乙酰轉(zhuǎn)移酶功能,，在DNA損傷修復(fù)、代謝調(diào)節(jié),、細(xì)胞增殖和分化等多種細(xì)胞通路中發(fā)揮重要作用,。

代表性PROTACs分子：GSK983

靶點(diǎn)41：Sirtuin2(Sirt2) 

簡(jiǎn)介：Sirtuin2 (Sirt2)的失衡與多種疾病的發(fā)生有關(guān)，如神經(jīng)退行性疾病,、癌癥,、2型糖尿病和細(xì)菌感染。

代表性PROTACs分子：見(jiàn)下圖

④神經(jīng)退行性疾病相關(guān)靶點(diǎn)

靶點(diǎn)42：Tau

簡(jiǎn)介：Tau失調(diào)是多種神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绨柎暮ＤY,、額顳葉癡呆）的重要特征，作為一種非酶蛋白,，目前沒(méi)有好的小分子來(lái)解決它的失衡,。

代表性PROTACs分子：QC-01-175

三,、優(yōu)勢(shì)

作為一種新興的、有前途的技術(shù),，PROTACs在以下幾個(gè)方面顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?下圖),。

首先，PROTACs對(duì)耐藥靶點(diǎn)表現(xiàn)出了特殊的敏感性,。傳統(tǒng)上,，化療是癌癥治療的主要手段，但化療藥物的獲得性耐藥阻礙了臨床應(yīng)用,，導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā),。之后發(fā)展出的激酶抑制劑、免疫療法也紛紛暴露出耐藥問(wèn)題,。由于PROTACs通過(guò)清除整個(gè)靶蛋白來(lái)影響蛋白功能,，包括酶活性功能和非酶功能，因此該技術(shù)有望解決當(dāng)前治療面臨的潛在耐藥性,。

其次，PROTACs具有靶向“無(wú)成藥性靶點(diǎn)（undruggable target）”的潛能,。大多數(shù)小分子藥物或大分子抗體需要結(jié)合酶或受體的活性位點(diǎn)來(lái)發(fā)揮作用,，然而，據(jù)估計(jì),，人類細(xì)胞中80%的蛋白缺乏這樣的位點(diǎn),。而PROTACs可以通過(guò)任何角落、縫隙抓住靶蛋白,。

第三,，PROTACs可影響非酶功能。傳統(tǒng)的小分子藥物一般通過(guò)消除其靶點(diǎn)的酶活性來(lái)發(fā)揮作用,。而不斷積累的研究顯示,，PROTACs具有擴(kuò)大靶點(diǎn)“成藥空間”（druggable space），控制蛋白酶和非酶功能的潛能,。

四,、總結(jié)

依賴于降解靶蛋白而不是抑制靶蛋白的特性，PROTACs引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注,，被寄予了開(kāi)發(fā)新型療法的厚望,。隨著PROTACs領(lǐng)域的迅速發(fā)展，大量研究進(jìn)展陸續(xù)發(fā)表,。到目前為止,，已有超過(guò)40個(gè)靶點(diǎn)被證實(shí)可被PROTACs降解。不過(guò),，盡管PROTACs展現(xiàn)出了令人期待的潛力,，但需要更多的努力來(lái)對(duì)該技術(shù)在臨床上的安全性和有效性進(jìn)行更深入的了解,。此外，探索更多的靶蛋白以及可用E3泛素連接酶（有分析稱,，超過(guò)600個(gè)人類E3泛素連接酶中,，約270個(gè)被認(rèn)為與泛素蛋白酶體系統(tǒng)有關(guān)。不過(guò),，目前只有不到10個(gè)被用于靶向蛋白質(zhì)降解）是未來(lái)的重要研究方向,。