攻克“不可成药”，口服PROTAC疗法的进展与挑战
▎药明康德内容团队编辑
靶向蛋白降解嵌合体（Proteolysis-Targeting Chimeras，或PROTACs）是一类前景广阔的创新药物形式，它们利用人体自身的蛋白质降解机制来选择性地消除致病蛋白质，开创了一条新的疾病治疗途径。然而，由于这类药物的体积较大、药代动力学特性不佳等特性，使得开发口服、具有生物可利用性的PROTACs面临巨大的挑战。本文旨在深入探讨口服生物可利用PROTACs的进展和开发策略，并展望这类创新药物在治疗各种疾病方面的潜在应用。
什么是PROTACs？
PROTACs是一种创新的小分子药物形式，能够通过特殊的机制来选择性地降解致病蛋白质。这种机制涉及将目标蛋白质招募到E3泛素连接酶上进行泛素化修饰，进而使其通过细胞的蛋白酶体途径被降解。PROTACs由两个配体组成，它们通过一个连接子相连：一个配体专门与目标蛋白结合，而另一个配体则负责与E3连接酶结合。当目标蛋白和E3连接酶被招募到足够近的距离时，后者将催化目标蛋白的泛素化过程，进而导致其被蛋白酶体降解。
相较于传统的小分子药物，PROTACs药物发现策略具有几项显著优势，包括更高的选择性和对先前被认为“不可成药”的蛋白质靶点的攻击能力。它摒弃了传统小分子抑制剂依赖的“占位驱动（occupancy-driven）”方式，转而采用了一种创新的“事件驱动（event-driven）”药理学策略。这种策略的显著特点是它能够仅通过催化量的药物来有效地降解细胞内的目标蛋白质，从而为探索难以成药靶点提供了全新的路径。
尽管PROTACs在药物开发领域取得了显著进步，但其发展之路仍然面临着诸多挑战，其中的重大挑战之一便是开发具有口服生物可利用性的PROTACs。口服给药被视为最理想的药物递送方式，不仅因为它使用方便、剂量易于调整，而且还具有成本效益和灵活的给药频率调整能力。
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在药物化学的层面，口服PROTACs的开发之所以困难重重，主要是因为其分子由两个独立的配体被联结起来形成了分子量更大的PROTACs，这不仅增大了分子的体积，还导致了其物理化学性质变差，从而导致其渗透性和口服体内药代动力学性质不理想。从化学结构的角度来看，PROTACs往往违反了“eRo5”法则，表现为高分子量（MW）、增加的可旋转化学键数量（nRotBs）、扩大的极性表面积以及更多的氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）数量，这些特性导致其亲脂性增加。
上述不利的物理化学属性，无论是单独或是累积存在，都有可能对PROTACs的吸收（如溶解度和渗透性）、代谢稳定性和最终的口服生物可利用度产生负面影响。因此，在继续推进可口服的PROTACs的研究和开发过程中，如何解决这些关键问题至关重要。
当前的PROTACs开发策略是什么？
为了开发具有口服生物可利用性的PROTACs，目前已有几种策略正在探索之中，具体如下：
分子特性优化策略：这一策略致力于通过修饰现有的PROTACs配体和连接子来优化其药代动力学特性，包括改善溶解度、稳定性和渗透性。具体来说，研究者可以调整配体的结构，以增强其与目标蛋白或E3连接酶的亲和力，或调整连接子结构来优化两个配体间的相对距离。
细胞内自组装策略：细胞内自组装策略可以克服PROTACs分子渗透性差的缺点，甚至可以改善口服生物利用度。这种方法包括使用生物正交反应将两个前体分子在细胞内组装成PROTACs，而不是直接在体外合成PROTACs。生物正交反应是可以在活细胞中发生的化学反应，而不会干扰正常的细胞过程。
与直接合成的PROTACs相比，通过自组装策略产生的PROTACs有几个优点。例如，自组装中使用的前体分子具有更低的分子量和更好的理化性质，这可以促进它们进入细胞并提高其口服生物利用度。此外，自组装可以通过精确控制配体和连接子的化学计量和空间方向来提高PROTACs的选择性和效力。
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基于晶体结构的设计策略：药物发现领域中，受体-配体的晶体结构是理论基石，但三元化合物（如PROTACs）的结构比小分子更复杂。近年来，若干研究揭示了PROTACs三元化合物的晶体结构，为设计和优化提供了指导。未来，AI和机器学习将加速可口服生物利用的PROTACs的研发进程，推动药物研发进入新纪元。
综合来看，上述策略的目标都是为了优化PROTACs的药代动力学特性，如提升其溶解度、稳定性和生物可利用度，进而实现其口服给药的可能性并增强其治疗效果。
已经进入临床开发阶段的PROTACs有哪些？
据报道，在过去的五年里，至少有超过25种PROTACs已经开始临床试验，但是其中只有少数是口服生物可利用的。以下是目前正在进行临床试验的口服生物可利用PROTACs总结：
▲已进入临床开发阶段的口服PROTACs疗法（药明康德内容团队制图，数据来源：参考资料[1]）
疗法名称：ARV-110，ARV-766，ARV-471
研发企业：Arvinas
ARV-110和ARV-766都是由Arvinas公司开发的靶向雄激素受体（AR）的口服PROTAC蛋白降解剂，通过将E3泛素连接酶募集到AR附近，给AR加上泛素标签，引导它们被蛋白酶体降解。
在针对携带AR T878X/H875Y（T878X=T878A或T878S）突变的转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者的临床试验中，ARV-110展示出了强力抗癌活性。
试验结果显示，在1期和2期临床试验里所有携带AR T878X/H875Y突变的患者中，ARV-110使46%患者的前列腺特异性抗原水平降低≥50%（PSA50）。PSA水平是与疾病进展相关的重要生物标志物。这些接受治疗的患者都已经接受过多种前期治疗，包括创新激素疗法。ARV-110目前处于2期临床研究阶段。
ARV-766是Arvinas开发的第二代可口服的AR降解剂，与其前身ARV-110相比，它具有更广泛的基因型覆盖率和更好的立体化学稳定性。最新临床试验结果显示，ARV-766使42%带有AR配体结合域（LBD）突变患者的PSA水平降低≥50%。具有AR L702H突变的5名患者中有3名达到了PSA50，这3名缓解的AR L702H患者都有同时出现的T878/H875突变。在带有AR LBD突变肿瘤的4名RECIST可评估患者中，有两名观察到部分缓解（1名确认部分缓解，1名未确认部分缓解）。ARV-766目前也处于2期临床研究阶段。
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ARV-471是一款靶向雌激素受体（ER）的口服PROTAC蛋白降解剂。1期临床试验的中期数据显示，ARV-471表现出潜在“best-in-class”雌激素受体降解剂的潜力，在平均接受过5种前期疗法治疗的ER阳性、HER2阴性乳腺癌患者中，ARV-471能够显著降低患者肿瘤组织中的ER表达水平，平均将ER水平降低62%，最多降低接近90%。此外，ARV-471对野生型ER和ER突变体均表现出降解效果。
2021年7月，辉瑞公司与Arvinas达成了一项合作，以共同开发和推广ARV-471。此次合作的目标是将ARV-471打造为治疗ER阳性乳腺癌患者的支柱性内分泌疗法，覆盖从接受辅助治疗的乳腺癌患者到转移性乳腺癌患者的所有ER阳性乳腺癌患者群体。目前，ARV-471已进入3期临床研究。
疗法名称：AC682，AC176，AC0676
研发企业：冰洲石生物科技（Accutar Biotechnology）
AC0682是一款口服生物可利用的雌激素受体蛋白降解药物，用于治疗乳腺癌。2021年12月，冰洲石生物科技宣布AC0682在美国的1期临床试验研究完成首例患者给药。2022年4月，AC0682用于ER+/HER2-局部进展期或转移性乳腺癌的临床试验申请获得中国NMPA批准。
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AC0176是一款口服雄激素受体蛋白降解药物，具有高选择性和广泛的突变覆盖率，用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌。2021年12月，美国FDA批准了AC0176的IND申请；2022年4月，冰洲石生物科技宣布启动AC0176的1期临床试验（NCT05241613）。
AC0676也是冰洲石旗下的口服蛋白降解药物，其靶点是BTK。美国FDA已经批准了该疗法用于治疗复发/难治性B细胞恶性肿瘤的IND申请。目前，该试验已完成首位患者给药。
上市三款疗法目前都正在1期临床试验中进行测试。
疗法名称：CC-94676
研发企业：百时美施贵宝（Bristol Myers Squibb）
CC-94676是百时美施贵宝开发的一款雄激素受体降解剂，目前这一疗法已经启动1期临床试验，用于治疗去势抵抗性前列腺癌患者。
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疗法名称：NX-2127，NX-5948
研发企业：Nurix Therapeutics
这两款疗法都是Nurix Therapeutics旗下靶向BTK的口服蛋白降解剂，目前都正在1期临床试验中进行测试。
1期临床试验结果显示，NX-2127不但强力且持久地降解了B细胞血液恶性肿瘤患者体内的BTK，还让多名患者获得有意义的临床益处，在携带BTK耐药性突变的患者中也观察到部分缓解。
NX-5948是Nurix的第二代BTK降解剂，虽然这款疗法对大脑的渗透率不到5%，但在小胶质细胞中却具有活性。在临床前研究中，NX-5948能够显著降低动物大脑中的肿瘤负担，并且延长动物的生命。1a期试验的临床生物标志物数据证明了该疗法可以使BTK快速、稳健和持续地降解。
疗法名称：CFT8634，CFT1946
研发企业：C4 Therapeutics
CFT8634的靶点是BRD9蛋白，此蛋白是控制染色质重塑的SWI/SNF复合体的重要组分，这一复合体在多种癌症中经常出现突变。在滑膜肉瘤的临床前模型中，CFT8634表现出持续降低肿瘤体积的效果。
CFT1946是C4 Therapeutics公司开发的创新BRAF降解剂，它可以直接降解突变BRAF蛋白，消除其蛋白支架的功能，从而彻底规避RAF信号的异常激活。在临床前研究中，CFT1946导致BRAF-V600E突变体的降解，显著抑制MAPK信号传导，并且在降低BRAF-V600E细胞生存能力的同时并未影响野生型BRAF细胞。在BRAF-V600E小鼠肿瘤模型中，CFT1946也导致肿瘤显著缩小。
这种靶向BRAF突变体的蛋白降解策略有望更为有效地阻断BRAF突变体介导的信号传递，获得更为持久的疗效。
目前，上述两款疗法正在1/2期临床试验中接受测试。
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疗法名称：HP518
研发企业：海创药业（Hinova Pharmaceuticals）
HP518是一款高度选择性和口服生物可利用的靶向雄激素受体的蛋白降解药物，由海创药业开发。2022年1月，HP518在澳大利亚开展1期临床试验研究，首个转移性去势抵抗性前列腺癌患者已成功入组。1期开放标签研究将评估HP518在mCRPC患者中的安全性、药代动力学和抗肿瘤活性。
疗法名称：HSK29116
研发企业：海思科（Haisco Pharmaceutical）
HSK29116是一款口服的小分子蛋白降解抗肿瘤药物，由海思科研发。HSK29116可选择性的阻断BTK激酶活性、通过调节信号通路干预B细胞发育，从而控制各种B细胞恶性肿瘤的进展。目前，HSK29116针对复发/难治性B细胞恶性肿瘤患者的国际多中心1期临床试验正在推进中。
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疗法名称：BGB-16673
研发企业：百济神州（BeiGene）
BGB-16673是一款靶向BTK的蛋白降解药物，由百济神州开发，目前正在针对B细胞淋巴瘤患者的1期临床试验中进行测试。值得一提的是，BGB-16673也是百济神州首个基于其蛋白降解CDAC技术平台开发且进入临床阶段的在研产品。目前，中国国家药监局药品审评中心（CDE）已批准BGB-16673薄膜包衣片的临床试验申请，拟开发适应症为B细胞恶性肿瘤。
疗法名称：KT-474（SAR444656）
研发企业：Kymera
KT-474是Kymera公司开发的IRAK4口服蛋白降解剂。2022年年底，Kymera公司公布了KT-474在特应性皮炎（AD）和化脓性汗腺炎（HS）患者中的积极1期临床试验结果。药代动力学/药效学（PK/PD）结果显示，KT-474在血液和活动性皮肤病变中具有强大的IRAK4敲低效果，最多降解超过90%。此外，疾病负担和症状的临床终点结果显示，KT-474在给药4周后显示出具有高度竞争力的疗效，大多数HS和AD患者表现出了实质性的缓解。目前，这款药物正在2期临床试验中接受测试，以评估其与安慰剂相比，对18至70岁的中至重度HS成年患者的有效性、安全性、PK和生物学效应。
疗法名称：CG001419
研发企业：睿跃生物（Cullgen）
CG001419是睿跃生物开发的一款靶向TRK的口服蛋白降解剂。2022年8月，该疗法在中国获批临床，拟开发用于治疗携带NTRK基因异常（包括融合变异、点突变、基因扩增和过表达）的包括肺癌在内的泛癌种的成人实体瘤患者。目前该疗法仍处于1期临床开发阶段。
值得注意的是，口服生物可利用的PROTACs的开发仍处于早期阶段，需要更多的研究来优化其药代动力学特性并提高其治疗疗效。
结语
展望未来，口服PROTACs疗法为包括癌症、神经退行性疾病和自身免疫性疾病在内的多种疾病治疗开辟了新的希望。这种创新疗法可以直接降解致病蛋白，有望克服传统小分子抑制剂和单克隆抗体疗法的局限性。
然而，要实现这一愿景，我们首先需要克服一些关键的挑战，其中最为关键的一点是优化PROTACs的药代动力学特性，如提高其溶解度、稳定性和生物利用度。目前，研究人员正积极探索多种策略来应对这些挑战，包括配体和连接子的合理修饰、基于生物正交反应开发细胞内自组装策略、以及应用AI等手段加快解析PROTACs分子的晶体结构。
综合来看，口服生物可利用的PROTACs展现出了明朗的未来前景，预计其研究领域将在未来几年中持续扩大和深化。随着研究和开发的不断推进，我们期待见证更多新颖且效果更佳的口服生物可利用的PROTACs问世，为更多疾病提供新的治疗选择。
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参考资料：
[1] Shenxin Zeng, Yingqiao Ye, et al.,Current advances and development strategies of orally bioavailable PROTACs, European Journal of Medicinal Chemistry,(2023),115793,ISSN 0223-5234,https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2023.115793.
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