蛋白降解靶向嵌合体（proteolysistargetingchimeras，PROTAC）是目前非常火热的药物开发技术，被业界认为是小分子药物研发的大杀器。这类双功能小分子的一端是靶向目标靶蛋白的配体，另一端是结合E3泛素连接酶的配体，再通过一定长度的linker连接。这样在体内可以将靶蛋白和E3泛素连接酶拉近，使靶蛋白被泛素标记，然后通过泛素-蛋白酶体途径降解。其主要优点如下：1、靶向降解“不可成药靶点”如KRAS、STAT3等；2、克服肿瘤耐药性；3、延长作用时间；4、PROTAC既可影响蛋白的酶活功能又可调控非酶活功能。
该技术发展历程有20年之久，Proteinix公司的研究人员1999年递交了基于泛素机制使用小分子化合物降解特定蛋白的专利申请。两年之后，CraigCrews和 Raymond Deshaies博士基于多肽的化合物设计了系列的双功能小分子诱导甲硫氨酰氨肽酶2（MetAP-2）降解，并正式提出PROTAC概念。但由于这些基于大而笨重的肽而起连接作用的化合物很难以进入细胞，第一代PROTACs宣告失败。直到2008年，Crews团队基于E3的泛素蛋白连接酶MDM2设计出了可用于降解雄激素受体(AR)的第二代PROTACs。2015年Crews团队则基于新型E3泛素连接酶VHL和CRBN配体设计出使多种蛋白的水平降低超过90%的新一代PROTACs。也是这一年，诺华的研发负责人James Bradner在《Science》上发表新一代基于沙利度胺类似物的PROTAC分子，从而引爆了整个领域。Crews在2013年则已成立了全球首家以PROTAC技术进行药物研发的公司Arvinas。令人对此项技术看好的是，该公司开发的全球首个PROTAC药物ARV-110，拟用于治疗去势抵抗性前列腺癌，已经进入临床I期研究阶段，临床I期的初始数据表明ARV-110具有良好的口服利用度和良好的安全性和耐受性[1]。
图1：蛋白降解靶向嵌合体作用机制。来源于参考资料1ARV-110是Arvinas在蛋白降解靶向嵌合体领域的全球首个进入临床试验的口服生物可利用的PRAOTC小分子药物，选择性靶向降解雄性激素受体（AR）。在2019年5月ARV-110获得FDA快速通道批准，主要用于治疗患有转移性趋势抵抗性前列腺癌（mCRPC）。
在发达的欧美地区，mCRPC是男性中第二高发的恶性肿瘤，也一直是前列腺癌领域的治疗难点和临床研究的热点。目前主要针对雄性激素受体靶点（AR）的一线治疗药物有阿比特龙和恩杂鲁胺。此外，经2020年3月份的美国临床肿瘤学会泌尿生殖系统癌症研讨会（ASCO-GU2020）讨论，对于携带DNA损伤修复突变（DDM）的mCRPC患者，在一线治疗中使用阿比特龙比使用杂鲁胺有更优治疗效果的趋势。将雄激素受体靶向（ARAT）药物（阿比特龙或恩杂鲁胺）用于mCRPC患者的一线治疗会使患者得到更多的生存获益，尤其对于前列腺导管内癌（IDC-P）亚型的患者。然而，针对AR基因或基因增强子扩增或者AR点突变的患者，目前一线的治疗药物效果较差，15-25%的患者对阿比特龙和恩杂鲁胺等第二代激素治疗没有反应，大多数产生反应性的患者最终会产生严重的耐药性，导致预后不良。靶向降解雄激素受体的PRAOTC分子ARV-110目前在AR突变和过表达的临床模型中显示出极好的活性[2, 5]。
为了克服这些挑战并改善当前的治疗选择，ARV-110通过利用泛素-蛋白酶系统降解在前列腺癌发展中起关键作用的AR蛋白，区别于传统的抑制剂，无需通过“占据”受体来抑制其功能。另外，该PROTAC药物还可以反复工作，降解新转录的靶蛋白，因此可以克服靶蛋白表达的增加和靶蛋白中的突变。具体的分子结构目前暂时还未公布[2]。在临床前研究中，ARV-110已显示出有希望的活性作为AR的靶向降解剂。在对恩杂鲁胺敏感的模型中，ARV-110表现出与恩杂鲁胺类似的前列腺特异性抗原（PSA）减少，且用药剂量更低。在恩杂鲁胺抗性模型中，ARV-110能明显抑制肿瘤生长 [2]。
图2：ARV-110的临床前数据。来源于参考资料22019年5月29日FDA批准开展一项阶段性、开放标签、剂量递增的临床I期试验，用于评估在先前至少接受过两种全身性疗法中转移性去势抵抗性前列腺癌患者中ARV-110的安全性、耐受性、药代动力学和药效学。该试验预计入组患者36人，年龄 18周岁以上且至少接受过2种已批准的CRPC全身疗法（至少一种必须是阿比特龙或恩杂鲁胺）。进行性mCRPC患者必须接受促性腺激素释放激素类似物或抑制剂进行的ADT（前列腺癌雄激素剥夺治疗）或睾丸切除术 [3]。2020年5月13日，I期临床试验（NCT03888612）的最新安全性相关数据和早期疗效数据在美国临床肿瘤学年会（ASCO）的摘要中公布[7]。为确定ARV-110的最大耐受剂量（MTD）和2期推荐剂量（RP2D），对先前接受过至少2种治疗方案（包括恩杂鲁胺和/或阿比特龙）的mCRPC患者每天口服一次ARV-110。终点包括剂量限制毒性（DLT），不良事件（AEs），药代动力学（PK），生物标志物（例如AR突变分析），RECIST（实体瘤疗效评价标准）和PSA（前列腺特异性抗原）反应。截止于2020年1月，有18例患者参与试验，给药剂量分为4组，分别为35mg（3例），70mg（4例），140mg（8例），280mg（3例）。其中有12例患者此前同时获得恩杂鲁胺和阿比特龙的治疗；有14例则曾接受过化疗治疗。18例患者中有1例在服用胆固醇药物瑞舒伐他汀（Rosuvastatin）时出现了4级（Gr）剂量限制毒性（DLT，280 mg）而且肝转氨酶AST / ALT升高，随后出现急性肾衰竭。第二名患者在服用胆固醇药物瑞舒伐他汀时出现了3级（Gr）剂量限制毒性而且肝转氨酶AST/ALT也升高，停止使用瑞舒伐他汀后，可继续进行ARV-110治疗。在这两个患者中，鉴于瑞舒伐他汀血浆浓度与AST/ALT同时显着增加，需同时禁止使用瑞舒伐他汀和ARV-110。此外，没有其他相关的3/4 级不良事件（AE）的报道。有15例患者接受了PSA反应评估（不包括1例患者因疾病进展停止治疗和2例患者刚刚开始接受治疗）。其中有8位患者初始服用剂量为140 mg。2例140 mg剂量组的患者经证实PSA下降大于50％，这两组患者此前接受过恩杂鲁胺和阿比特龙，化疗，比卡鲁胺和镭223以及其他治疗方案。其中有1例患者出现了2种已知导致恩杂鲁胺抗性的AR突变。另外1例患者患者也获得了未确认的RECIST部分反应（确认试验待定）。在数据截止时，患者接受更长周期（8周和21周以上）的治疗试验仍在进行中。目前最新临床试验数据表明ARV-110具有可接受的安全性。最大耐受剂量（MTD）尚未建立以及2期推荐剂量（RP2D）的确定仍在继续试验中。此外，对于接受过恩杂鲁胺/阿比特龙治疗的患者，ARV-110已显示出抗肿瘤活性，其中2例患者的PSA应答已得到证实，其中1例与肿瘤的减少有关。
Arvinas是一家临床阶段的生物制药公司，致力于通过发现、开发和商业化降解致病蛋白质的疗法来改善患有使人衰弱和威胁生命的疾病的患者的生活。Arvinas利用其专有的技术平台设计针对嵌合体或PROTAC靶向蛋白降解剂工程，旨在利用人体自身的天然蛋白处理系统选择性，高效地降解和去除引起疾病的蛋白[2]。
目前Arvinas在肿瘤领域有两个临床试验正在开展：ARV-110用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌患者和ARV-471用于治疗ER+ / HER2-局部晚期或转移性乳腺癌的患者。
此外，该公司新一代的雄激素受体和雌激素受体降解剂正在研发之中。当然，他们选择肿瘤学之外的神经科学领域作为其第二大专注方向，目前有两个在研靶点，分别是tau蛋白（治疗阿尔茨海默病）和α-突触核蛋白（治疗帕金森）。他们也已经证实那些比传统小分子药物稍大一点的PROTAC药物更易穿透血脑屏障[2]。
Arvinas在2018年度研发费用为4520万美元，到2019年，年度研发费用则增至6720万美元，2020年第一季度研发费用为2170万美元，主要用于雄激素受体（AR）降解剂ARV-110和雌激素受体(ER）降解剂ARV-827的临床开发。
图4：Arvinas公司研发管线。来源于参考资料2
2013年至2018年4月，Arvinas完成总计达1亿多美元的融资，获得众多医药投资方的支持。2018年09月29日，Arvinas在纳斯达克上市，共募集资金1.2亿美元。此外，默克4.3亿，基因泰克6.5亿，辉瑞8.3以及拜耳1.1亿美元—四大巨头也巨款助力Arvinas，合作开发蛋白降解疗法。对于其他PROTAC初创企业（KymeraTherapeutics Kymera，C4 Therapeutics，Vividion，Nurix等），国内的红杉资本、民和资本、弘晖资本、通和毓承也有参投。
图5：Arvinas公司融资历程。来源于参考资料6国内布局PROTAC的第一梯队公司主要有凌科药业、分迪科技、苏州开拓药业及五元生物。
凌科药业是由前强生亚太区研发化学及相关科学负责人万昭奎博士、国际知名生物医药公司前生物部副总裁汪俊、国际知名制药公司前药物化学总监Michael Vazquez、长江资本生物医药基金前投资合伙人陈龑等人创立。公司聚焦肿瘤、免疫、炎症等疾病领域。2020年4月17日，凌科药业获得数千万人民币的A轮融资。2018年11月15日，凌科药业(杭州)在第七届中国创新创业大赛生物医药行业总决赛上的泛素蛋白酶靶向降解技术（PROTAC）挑战“不可成药”的蛋白靶点项目荣获一等奖。目前该公司PROTAC研发管线仍处于药物发现阶段，暂未申报。成都分迪科技主要致力于蛋白降解新药开发领域，创立于2014年，位于中国成都。目前，分迪科技已建立了一个专有蛋白降解新药开发平台，开发了独特的PRODED（Protein Degradation Drug）技术。现主要与中山大学附属肿瘤医院合作开发靶向降解Smad3蛋白的PROTAC新药以及利用PRODED平台开发基于蛋白降解机制的抗冠状病毒苗头化合物，结构暂时未公布。此外，暂时未有临床申报的PROTAC药物，正处于早期筛选阶段。苏州开拓药业股份有限公司由曾任美国Angion药研公司任副总裁的童友之博士于2009年创立。主要布局了包含小分子创新药、生物创新药及联合疗法的多元化产品管线，包括5款正在开展临床研究的新药项目雄激素受体(AR)拮抗剂、ALK-1单抗、mTOR激酶靶向抑制剂和Hedgehog/SMO抑制剂，以及正在进行临床前研究的AR-Degrader、c-Myc抑制剂和IDO抑制剂等。五元生物成立于2015年，位于南昌市高新技术产业开发区中兴科技园内。其主要研发方向有抗肿瘤新药研发、人工智能类器官大数据样本库的建立运营、精准医疗和仿生医学、生物医药产业的知识产权交易和资本运作。目前构建了具有自主知识产权的PROTAC平台，主要应用于新一代抗非小细胞肺癌新药研发，并用类器官技术为 PROTAC分子的提供有效性和安全性评估目前，布局PROTAC技术的初创公司还有嘉兴优博、上海睿因、和径医药、海创药业、科伦药业等，但都处于研究的早期阶段。
随着全球首个PROTAC药物ARV-110临床试验的进展，PROTAC技术的持续而显着的改进，各大制药公司的布局以及投资公司的加入，将会有更多的PROTAC新药走向临床、科学界和工业界。然而，如何降低PROTAC的分子量、毒性、生产成本以及改善药代动力学、生物利用度和组织分布值得进一步的研究。总而言之，未来可期，让我们一起翘首以待。
参考资料：
[1] GeorgeM. Burslemand Craig M. Crews. Proteolysis-Targeting Chimeras as Therapeutics and Tools for Biological Discovery. Cell.
[2] Arvinas公司官网. https://www.arvinas.com/
[3] 成都分迪科技有限公司官网. http://www.moldesigner.com/.
[4] U.S.临床试验官网. https://clinicaltrials.gov/.
[5] 2nd Annual Targeted Protein Degradation Summit.
[6] crunchbase和天眼通官网. http://www.crunchbase.com/; https://www.tianyancha.com/.
[7] 56th Annual Meeting of the AmericanSociety of Clinical Oncology (2020 Annual Meeting Proceedings，a supplement to Journal of Clinical Oncology).
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