近日，美国印第安纳大学教授团队和合作者，针对 1000 多个泛素连接酶进行表征，借此确定 76 种最具潜力的泛素连接酶。这不仅让靶向蛋白降解嵌合体泛素连接酶的版图得以扩张，也有望加速靶向蛋白降解嵌合体药物的开发。预计本次成果将对蛋白降解领域带来关键性影响，尤其是针对泛素连接酶的多角度、全面化的分析，为更精确地筛选泛素连接酶、以及实现目标蛋白的精准降解，带来显著的指导价值。未来，当研究某一个关键蛋白质分子的时候，就能通过设计一个或多个新型蛋白降解靶向嵌合体分子，实现对于目标功能的精确调控。比如，可以设计一种新型蛋白降解靶向嵌合体，来针对某种癌症类型的关键靶标，进行特异性的消除。对于人类来说，某些疾病的发生是由于蛋白质过量产生或基因突变导致的蛋白质异常。这些异常蛋白质可能会扰乱正常的生物学过程，从而引发各种病理状态。要想有效治疗这些疾病，关键在于阻断这些蛋白质的正常功能或异常功能。此前，一种常见的治疗方法便是使用小分子阻断剂，这些化合物能够以特异性的方式，结合到目标蛋白质之上，从而阻止它们与其他蛋白的相互作用，进而抑制目标蛋白质的功能。
（来源：Nature Communications）近年来，目标蛋白降解技术作为一种新兴的治疗策略，已经引起广泛的关注。这种方法并非只是简单地阻断蛋白质的功能，而是利用细胞内自然存在的蛋白质降解机制，比如泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System, UPS），来有针对性地消除不必要的蛋白分子、或出现异常的蛋白分子。通过这种方式，可以更加有效地降低与疾病相关的蛋白的水平，从而有效阻止它们发挥功能。在目标蛋白降解领域之中，蛋白降解靶向嵌合体是一种重要的技术。对于蛋白降解靶向嵌合体分子来说，它可以通过与目标蛋白质、以及 E3 泛素连接酶，形成一种三元复合物，进而对目标蛋白质进行泛素化，这时蛋白酶体就会识别、以及降解目标蛋白质。这种方法的独特之处，在于能够产生催化作用。即一个蛋白降解靶向嵌合体分子，可以反复促进多个目标蛋白质的降解，这意味着它可能比传统小分子阻断剂的效率更高。此外，蛋白降解靶向嵌合体技术还具有一些其他优势。例如，它能靶向那些对传统小分子阻断剂不敏感的蛋白质，还能靶向没有明确活性位点的蛋白质。由于目标蛋白质不是被抑制，而是被完全降解。因此，这种方法可能会遏制耐药性的发展。然而，这种策略也面临着一些挑战，例如如何精确控制蛋白质的降解、如何避免对正常蛋白质的非特异性影响、以及如何优化这些分子的药代动力学和毒理学特性等。但是，对于由异常蛋白分子引起的疾病来说，目标蛋白降解技术特别是蛋白降解靶向嵌合体技术，为治疗上述疾病提供了一种新视角。它不仅拓展了人们对于疾病治疗策略的理解，也为许多难以治疗的疾病注入新的希望。在医药研究和临床应用中，这一技术无疑将扮演愈发重要的角色。蛋白降解靶向嵌合体技术的核心之一在于招募 E3 泛素连接酶，以便对目标蛋白进行泛素化标记。标记过程的本质在于向蛋白酶体发出信号，以此表明某个蛋白质分子已经做好被分解和被清除的准备。由此可见，标记步骤是整个蛋白降解中最关键的环节之一。因此，选择合适的 E3 泛素连接酶，不仅能促进蛋白质的降解，还能降低潜在的毒性风险。
（来源：Nature Communications）尽管人体体内存在数百种 E3 泛素连接酶，但真正被用于蛋白降解靶向嵌合体技术中的仅有不到 2% 的比例。尽管蛋白降解靶向嵌合体的概念早在 2001 年就已经被提出，但针对它的大规模研究从 2017 年左右才真正开始。目前，针对蛋白降解靶向嵌合体的研究，多数集中于探索能被蛋白降解靶向嵌合体清除的蛋白质分子。很少有人研究如何招募新的 E3 泛素连接酶。不过，随着目标蛋白降解研究范围的逐渐丰富，对于新型 E3 泛素连接酶的关注度也开始“水涨船高”。假如说蛋白降解靶向嵌合体是一种“武器”，不同的 E3 泛素连接酶则代表着不同类型的“武器”，目标蛋白则是被攻击的目标。之前，人们主要关注谁才是可以被摧毁的目标。后来，人们希望拥有更多类型的“武器”来应对不同的情况，比如如何应对小范围目标或大范围目标。在这种背景之下，该团队希望拓展更多的 E3 泛素连接酶，以期在蛋白降解靶向嵌合体之中更好地发挥作用。多年来，该课题组致力于利用大规模的数据，来优化一些新型癌症治疗方法比如免疫疗法、RNA 疗法等。最近两年，他们开始关注目标蛋白降解技术。后来，他们发现针对蛋白降解靶向嵌合体中泛素连接酶的研究相对有限，因此非常好奇为何在蛋白降解靶向嵌合体技术之中，仅仅使用了少数的泛素连接酶。再后来，他们了解到把新的泛素连接酶纳入蛋白降解靶向嵌合体之中，是一项会受到多重因素影响的复杂任务。同时，他们也意识到自己在大规模数据分析上的专长，或许能找到新的泛素连接酶。基于此，他们决定利用在生物大数据上的优势，尝试拓展可被用于蛋白降解靶向嵌合体的泛素连接酶。随后，他们结合设计蛋白降解靶向嵌合体的经验，以及现有的泛素连接酶数据，开展了一项全面的分析。借此梳理了人体体内的几百种泛素连接酶。对于这些泛素连接酶到底在哪种情况下，才能被纳入蛋白降解靶向嵌合体的设计之中的问题，他们也找到了明确答案。
（来源：Nature Communications）具体来说，课题组先是梳理了人体体内所有可用的泛素连接酶，并开始整理泛素连接酶与开发蛋白降解靶向嵌合体之间的关联。最终，他们遴选出 7 个关键点，并从 30 个生物数据库中提取相关信息。针对 7 个关键点的每一个泛素连接酶，该团队都进行了单独的评估，并将不同因素结合起来进行多维度的评估。同时考虑到，在不同情况之下对于泛素连接酶的使用，存在十分明显的差异。例如，在癌症或神经类疾病中，需要考虑的因素并不相同。为了满足不同受众群体的需求，除了完成既定的泛素连接酶评估之后，他们又开发了一个用户度更加友好的网站。在这个网站里，使用者可以根据自身需求，来筛选合适的连接酶。研究人员表示：“我们坚信只有容易使用、容易理解的生物大数据，才是真正有价值的大数据。”日前，相关论文以《扩展靶向蛋白降解嵌合体中 E3 连接酶的可用范围》（）为题发在 Nature Communications[1]。刘源是第一作者，美国国立卫生研究院艾坦·鲁平（）教授和美国印第安纳大学教授担任共同通讯作者。图 | 相关论文（来源：Nature Communications）如前所述，该团队的专长在于数据挖掘，此前鲜少接触蛋白降解靶向嵌合体。因此，本次方法能否收获领域内的认可？对于这一问题他们一开始并没有确定的答案。然而，无论是审稿人的评价、还是论文发表之后各领域专家的反馈，都让他们吃了一粒“定心丸”。同时，这也说明在实验生物学领域的研究中，学界已经积累了大量有价值的信息。但是，在这些信息未经整理、以及未被深入挖掘之前，它们并未得以完全施展拳脚。而通过该团队的一系列分析，让一些有用的信息得以从庞杂的数据中汇聚出来，从而能够推动生物学研究的进步。随着大数据应用的愈加深入，课题组相信生物信息学上的新突破，将在生物医学研究中扮演分量更重的角色。目前，他们也正在和合作者进行初步接触，尝试设计更多新的蛋白降解靶向嵌合体。1.Liu, Y., Yang, J., Wang, T.et al. Expanding 靶向蛋白降解嵌合体table genome universe of E3 ligases. Nat Commun 14, 6509 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42233-2