▎药明康德内容团队报道
根据《自然》子刊Nature Reviews Drug Discovery近日发布的一篇文章，到2021年年底，将有至少15款在研蛋白降解疗法进入临床阶段，既有PROTAC（蛋白靶向降解嵌合体），也有分子胶（molecular glue）。此外还有至少3款在研蛋白降解疗法将进入IND申报阶段。值得一提的是，2019年3月，PROTAC才首次进入临床试验，距今仅仅两年。
目前，蛋白降解疗法已成为备受医药企业青睐的研发方向之一。公开资料显示，包括百时美施贵宝（BMS）、赛诺菲（Sanofi）等在内的许多全球性药企，以及包括万春医药、亚盛医药等在内的许多中国公司都在进行这一创新疗法的开发。那么，蛋白降解疗法的原理和特点是什么？中国公司正在开发的蛋白降解疗法有哪些呢？
蛋白降解疗法的原理基于细胞里的“垃圾处理站”——泛素-蛋白酶体系统（UPS）。UPS于上世纪70年代末、80年代初被科学家发现，它是细胞内蛋白质降解的主要途径，参与了约80%以上的蛋白质降解。UPS由泛素、泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2）、泛素连接酶（E3）、蛋白酶体及其底物（蛋白质）构成。人体内的“泛素/E3泛素连接酶”系统是维持蛋白生成和降解平衡的天然系统，负责启动对调节功能异常、折叠或合成错误蛋白的销毁。
在泛素-蛋白酶体系统中，细胞会给需要降解掉的蛋白质添加上一些泛素分子，这就好像是给“垃圾”打上了“可回收”的标记。然后，这些被泛素标记的蛋白质会被送到细胞内的蛋白酶体处。后者就像是垃圾处理中心，能把蛋白质分解成短肽和氨基酸，供细胞合成其他蛋白质使用。2004年，诺贝尔化学奖授予给了发现这一机制的三名科学家，以表彰他们所做的贡献。实际上，降解蛋白质对于疾病治疗有着非常重要的意义，因为很多疾病正是蛋白质功能失调所致。蛋白降解疗法的原理是将特定蛋白与添加“标签”的泛素连接酶连接在一起，为这些蛋白打上“可回收”的标签，将它们运送到蛋白酶体系统中进行降解，从而达到治疗疾病的目的。在蛋白降解疗法领域，PROTAC技术和分子胶技术是两个主要的开发方向。PROTAC分子共由三部分组成：一端是结合靶蛋白的配体，另一端是结合泛素连接酶E3的配体，两个配体通过连接子（linker）相连。PROTAC分子进入细胞后，一端结合靶蛋白，另一端去结合泛素连接酶E3，帮助靶蛋白和E3连接酶“牵手”成功，形成靶蛋白-PROTAC-E3连接酶的三元复合物，随后通过一系列反应将致病靶蛋白泛素化，使其靶蛋白被酶体识别并降解。▲PROTAC分子结构（图片来源：参考资料[3]）“分子胶”，顾名思义，它就像一种粘合剂，通过特异性指引两种或多种大分子结合在一起，进而产生特定的生物学效应。分子胶技术也可以用来诱导细胞中普遍存在的蛋白降解机制，识别并降解通常不作为药物靶点的致病蛋白。简单来说，分子胶降解剂是一类可诱导E3泛素连接酶底物受体与靶蛋白之间新型相互作用，从而导致靶蛋白降解的小分子。与PROTAC一样，由于分子胶减轻了对靶蛋白上的活性相关口袋的需求，因此也有潜力极大扩展可成药的蛋白质靶点库。与抑制蛋白酶活性的小分子抑制剂相比，靶向蛋白降解剂具有以下潜在优势：①靶向蛋白降解剂理论上可以与蛋白上的任何角落结合来驱动对蛋白的降解，这有望解决小分子难以攻克的“不可成药”靶点难题；②靶向蛋白降解剂是靠完成蛋白降解的催化反应来达到抑制效果，在一个蛋白被降解后可以被释放出来继续靶向其它蛋白，从而迅速降低靶向蛋白的水平；③靶向蛋白降解剂可以用于靶向一些作为结构蛋白导致疾病的靶点，因为结构蛋白的功能通常不涉及到酶的活性，难以用小分子抑制剂靶向，而蛋白降解剂可以通过对靶点蛋白的降解来破坏它们的结构功能。根据近日发表在Nature Reviews Drug Discovery上的文章，截止2021年年底，将有至少15款在研蛋白降解疗法迈入临床试验阶段，包括至少10款异双功能蛋白降解剂（PROTAC，BiDAC等）和5款分子胶降解剂（详情见下表）。在异双功能蛋白降解剂中，研究进度较快的是来自Arvinas公司的ARV-110和ARV-471，目前已在2期临床研究阶段：在分子胶降解剂中，已有至少4款正处在1期临床试验中，分别来自诺华（Novartis）和BMS。诺华的DKY709是一款靶向Helios(IKZF2)的蛋白降解剂，正在被开发用于治疗实体瘤。BMS的CC-90009是一款靶向GSPT1的蛋白降解剂，正在被开发治疗急性髓性白血病(AML)。此外，BMS还有两款在研Ikaros/Aiolos(IKZF1/3)降解剂，拟开发治疗多发性骨髓瘤和淋巴瘤等适应症。
万春医药子公司Seed Therapeutics（下称：万春Seed）是一家致力于利用和改造“分子胶”类药物分子，通过蛋白降解技术攻克“不可成药”靶点的公司。值得一提的是，泛素化靶向蛋白质降解系统的发现者、2004年诺贝尔化学奖得主阿夫拉姆·赫什科（Avram Hershko）教授也是该公司的研发团队一员。
公开资料显示，万春Seed独立开创了一种名为“分子胶”的技术，用以诱导所有细胞中普遍存在的蛋白降解机制，目的是识别并降解通常不作为药物靶点的致病蛋白。据介绍，万春Seed的分子胶项目关注的是化学特性更接近于成药的新化学实体（NCE），这种开发策略的特点是将最大限度提高后续研究阶段成药的可能性。2020年11月，礼来公司（Eli Lilly and Company）已与万春Seed达成了一项潜在高达8亿美元的授权合作协议，双方将共同开发泛素化靶向蛋白质降解新药。睿跃生物致力于开发“first-in-class”的靶向蛋白降解剂药物，用于治疗癌症和其它缺乏有效疗法的严重疾病。睿跃生物开发的CG001419是一款TRK蛋白降解剂（神经营养因子受体酪氨酸激酶），拟用于治疗癌症和其他疾病，该公司预计将于2021年在中美同时提交CG001419临床试验申请。开拓药业采用PROTAC技术开发的GT20029是一款新型雄激素受体降解剂。2021年1月，该在研疗法的临床试验申请已经获得中国国家药监局受理，拟用于雄激素性脱发和痤疮的治疗。根据开拓药业早前发布的新闻稿，这是全球首个基于PROTAC技术开发的外用AR降解剂。
全身和局部雄激素受体通路过度活化是雄激素性脱发和痤疮发病过程中的重要环节。据介绍，GT20029通过降解AR蛋白可以有效阻断雄激素受体的信号通路和其生理功能。GT20029作用于外周皮肤局部组织中，既避免了药物的全身暴露，也降低局部毛囊皮脂腺中的雄激素受体本身对雄激素的敏感性。此外，开拓药业也在开发口服的靶向AR的PROTAC。海创药业开发的HC-X022是一种PROTAC分子，旨在通过降解全长雄激素受体和AR剪接突变体从而达到抑制癌细胞生长的目的。目前认为，现有的疗法（雄激素受体抑制剂或雄激素合成阻断剂）治疗失败后AR突变（点突变或C端缺失的剪接突变体）是前列腺癌产生耐药的主要机理。海创药业的研发目标是找到一种小分子，同时针对全长AR和剪接变体进行降解。根据海创药业官网信息，该PROTAC项目接近临床前候选化合物(PCC)阶段。2020年11月，亚盛医药宣布与密西根大学达成协议，将获得一项基于PROTAC技术开发的MDM2蛋白降解剂的全球独家权益。MDM2是肿瘤抑制因子p53的关键负调节因子，在肿瘤中高表达，对肿瘤的发生和发展起到重要的作用。
研究表明，PROTAC诱导MDM2降解不仅可以增强MDM2抑制剂活性和有效性，而且可以维持MDM2蛋白处于长期抑制的水平，此项技术为临床上治疗MDM2驱动的白血病及其他类型的肿瘤提供了新的研究策略。据介绍，亚盛医药引进的这款MDM2蛋白降解剂可以在小鼠异种移植的肿瘤模型中完全并持久地抑制肿瘤的生长。除了上述公司，还有一些中国生物医药公司也在开发蛋白降解疗法，包括海和药物、凌科药业、美志医药等等。限于篇幅，本文不再一一介绍。
根据2021年3月初发表在Nature Reviews Drug Discovery上的另一篇综述，目前，新一代的靶向蛋白降解疗法通过将靶向靶点蛋白的基团与E3泛素连接酶结合的基团连接起来，能够针对特定靶点进行“定制”的靶向蛋白降解剂的开发。未来，在癌症治疗领域，新一代靶向蛋白降解疗法的开发方面有以下几个机遇。
人体中有超过600种E3泛素连接酶，而目前大多数靶向蛋白降解剂主要使用的泛素连接酶仍然局限于CRBN或VHL等少数几种。虽然针对CRBN这一泛素连接酶设计的靶向蛋白降解剂的安全性较高，但这也可能造成癌症的耐药性更容易产生。因此，扩展蛋白降解剂开发的一大机遇是扩展使用的E3连接酶的种类，甚至开发不依赖特定E3泛素连接酶的蛋白降解方法。除了直接产生抗癌活性以外，基于蛋白降解的结构单元可以作为一种分子开关，用于调节细胞疗法的功能，一个例子就是CAR-T疗法的设计。众所周知，对CAR-T疗法疗效和安全性的精准控制非常关键。目前已经有多种CAR-T疗法的设计在抗原嵌合受体（CAR）结构中添加受到小分子药物控制的“控制开关”，其中包括利用蛋白降解原理的设计。比如在CAR的结构中加上与来那度胺结合的元件，使用来那度胺可以降解CAR蛋白，从而关闭CAR-T细胞的活性。目前蛋白降解疗法已取得许多进展，可谓蓄势待发，但离造福患者还有一定距离。希望随着科学的进步和技术的发展，蛋白降解疗法开发可以取得更多突破性的成就，早日造福广大病患！版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「医药观澜」微信公众号留言联系我们。
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参考资料
[1] Targeted protein degraders crowd intothe clinic. Retrieved Mar 26, 2021, from https://www.nature.com/articles/d41573-021-00052-4
[2]Jarome, Timothy J.; Devulapalli, Rishi K. (2018). The Ubiquitin-Proteasome System and Memory: Moving Beyond Protein Degradation. The Neuroscientist, doi:10.1177/1073858418762317
[3]PROTAC靶蛋白降解技术的“前世今生”. Retrieved Dec 18, 2021, from https://mp.weixin.qq.com/s/_WtKjEm1DDQtnK6qStn7HA
[4] Jan et al., (2021).Cancer therapies based on targeted protein degradation — lessons learned withlenalidomide. Nature Reviews Drug Discovery,https://doi.org/10.1038/s41571-021-00479-z.
[5]各公司官方公开资料