PROTAC技术：小分子药物的“希望之光”

默克分析化学

2022.5.24

作者默克生命科学

TA的动态

当地时间5月4日，Amphista Therapeutics宣布，分别与百时美施贵宝（BMS）和德国默克集团（Merck KGaA）达成研发合作，基于其独有的蛋白降解剂发现平台，开发新一代蛋白降解疗法。

在与默克集团的合作中，两家公司将针对肿瘤学和免疫学领域的3个靶点开发小分子蛋白降解剂，Amphista将获得4400万美元的前期现金，并有可能获得10亿美元的里程碑付款。这是近年来默克在蛋白降解剂上的又一次投注，就在不久前（2月9日），默克与CelerisTx达成协议，利用其基于图形的AI技术平台，发现和设计新型小分子结合剂和双功能蛋白降解剂。

PROTAC技术为什么从刚开始的没人认同，到如今已获得多家国际制药巨头的青睐？

传统的药物研发主要集中在直接调控蛋白质或酶的活性来治疗疾病，目前临床使用的大多数药物，其治疗方法都是基于小分子的，并利用“占据驱动”作用模式抑制蛋白的功能，发挥治疗疾病的作用。

不同于传统的小分子抑制剂和拮抗剂，蛋白降解剂技术由于其能够诱导致病靶蛋白的降解，近年来迅速发展，为新药研发提供了一种新的思路，并不断成为新药研发中的一大利器。本文将带领大家简单了解下目前火热的蛋白降解技术。

PROTAC的应用：靶标蛋白降解

PROTAC技术利用了细胞内的“清洁工”——泛素-蛋白酶体系统。泛素-蛋白酶体系统正常生理功能负责清理细胞中变性、变异或者有害的蛋白。PROTAC利用细胞自身的蛋白质破坏机制来从细胞中去除特定致癌蛋白，是一种靶向治疗的替代方法。传统的小分子或抗体药物只能作用于20%的蛋白，而靶标蛋白降解技术则可能为通向另外80%打开了一扇大门1。

用于这类方法的分子通常是蛋白裂解靶向嵌合体（PROTAC），即能将细胞中靶标蛋白进行消除的双功能分子（图1）。1-5

图1：由蛋白裂解靶标嵌合体（PROTAC）诱导的靶标蛋白降解

PROTAC包含三种主要组分

在一端可靶向目标蛋白（POI）的配体

在另一端可连接E3连接酶的第二配体

位于中间并将两端进行连接的交联剂

PROTAC是一种异双功能分子，分子的一端连接结合靶蛋白的配体，一端连接E3连接酶的配体，中间通过合适的Linker相连。PROTAC降解靶蛋白是通过泛素蛋白酶体系统（UPS）实现的，其大致过程如下，PROTAC分子结合靶蛋白（POI）和E3连接酶，形成三元复合物，给靶蛋白打上泛素化的标签，泛素化的蛋白被细胞内的蛋白酶体识别并降解。

图2：PROTAC的组分

用于靶标降解的Partial PROTAC

由于配体和交联剂的微小变化会影响到其与POI或E3连接酶的结合，用于靶标降解的小分子设计至关重要。因此，许多类似物先后合成问世，结构相差不大，并在细胞中通过筛选来发现进行靶标降解的最佳PROTAC。

为了简化这类合成，Partial PROTAC作为一种交联剂-E3配体与侧基官能团偶合的聚合体，可用于与靶标配体的共价连接（图2）。此外，由于相同的官能团存在于同一系列中，只需一种靶标配体即可与多个Partial PROTAC进行偶联以简化文库的生成和后续的筛选（图3）。

图3：PROTAC合成和文库生成

小分子靶向降解剂的精确设计对于成功降解蛋白至关重要。配体和交联剂的微小变化也会影响与POI或E3连接酶的结合。因此，研究人员通过细微改变每种类似物的结构合成了许多类似物并在细胞中进行筛选，以确定可用于靶向降解的最佳降解剂。

默克作为一家拥有350多年历史的全球领先的科技公司，致力于以技术为驱动，为客户创造价值，为从事靶标蛋白降解研究的科学家提供的降解剂合成砌块是一组具有侧基官能团的交联剂-E3配体偶联物，可与目标配体进行共价连接，从而简化合成。由于一系列共轭中含有相同的官能团，因此可以将一个目标配体同时与多个降解剂合成砌块偶联，以方便文库构建和随后的筛选。

我们的蛋白降解剂合成砌块

是以下组分的组合：

靶向E3连接酶Cereblon（CRBN）或von Hippel–Lindau（VHL）的配体

各种长度和组成的交联剂

对常见官能团具有反应性的结合位点

默克蛋白降解剂合成砌块的优势

相容性：接头可与存在于目标配体上的常见官能团偶联。

分子设计：接头和配体组合的多样性有助于目标降解剂的设计。

节省合成时间：E3配体-交联剂偶联物形式可减少降解剂合成所花费的时间。

文库构建：通过使用具有相同偶联位点的降解剂合成砌块，可通过并行合成同时生成多种降解剂。

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