今日之星：PROTAC技术及全球研发进展深度梳理

导读

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。过去十年，药物靶标领域的格局发生了重大变化。尽管传统靶标依然是主方向，但是目前风向也慢慢从传统药物靶标转向更具挑战性的“不可成药”靶标。这些靶标通常包括无酶功能的蛋白质，而这些蛋白占据人体蛋白的80%左右。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。

Eur J Med Chem 2020, 208, 112781.

PROTAC概述及优势

靶向蛋白降解嵌合体 (PROTAC)分子是一个双功能杂合化合物，由三部分构成，一头靶向靶蛋白，另一头招募泛素E3连接酶，中间通过合适的连接体（linker）连接，目的是将具有蛋白降解作用的泛素E3连接酶募集至靶蛋白表面，利用人体自身的天然蛋白处理系统(泛素-蛋白酶体系统)选择性、有效地降解和清除致病蛋白。

来源：Arvinas

PROTAC技术结合了基因疗法能够降解致病蛋白质、靶向不可成药蛋白、潜在的组织特异性靶向优点和小分子药物可多途径给药（口服、注射、输注）、广泛组织渗透性（能够透过血脑屏障）、易于制备的优点。

PROTAC优势：

（1）作用范围更广、活性更高、可靶向“不可成药”靶点

（2）提高选择性、活性和安全性

（3）克服药物的耐药性

蛋白降解和蛋白抑制相比的优势体现

来源：C4 Therapeutics官网

PROTAC 与其他类型药物对比

来源：Arvinas官网

PROTAC明星分子结构首次公布

4月11日，在美国癌症研究协会2021年年会上，由PROTAC先驱Craig Crews教授创办的Arvinas公司首次公布了基于PROTAC技术开发的两款处于临床阶段的蛋白降解剂ARV-110和ARV-471的分子结构。

ARV-110是Arvinas公司开发的一种first in class每日口服1次PROTAC蛋白降解剂，选择性靶向和降解雄激素受体(AR)蛋白，拟开发用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)。

ARV-110结构（来源：AACR）

2020年12月14日，Arvinas公布了ARV-110针对转移性去势抵抗前列腺癌（mCRPC）患者进行的剂量递增I/II期最新临床结果。通过对患者的分子生物学分析发现，ARV-110对携带AR T878或H875突变亚群患者具有较强治疗反应，5例患者中，4例患者的PSA水平降低30%以上，2例患者的PSA水平降低50%以上，其中1例经RECIST证实为PR，肿瘤缩小80%。

ARV-471是一款潜在best-in-class靶向雌激素受体（ER）的蛋白降解剂，拟开发用于治疗ER阳性HER2阴性晚期或转移性乳腺癌。

ARV-471结构（来源：AACR）

最近Molecular Cancer 杂志以“ Proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) in cancer therapy” 为题发表论文，综述了PROTAC降解剂在肿瘤治疗中的研究进展，总结了已经成功开发的169个PROTAC分子结构、80个靶点等信息。点击文末原文链接查看

PROTAC技术的最新研究情况

经过10多年的积累，科学界和产业界已经开发出上千种PROTAC分子。来自浙江大学的一个研究团队在发表于Nucleic Acids Research上的一篇文章中提出了一个基于Web的开放式数据库PROTAC-DB。截止到2021年4月17日，该库收录了200多个靶点共2258个PROTAC、275个Warhead，68个E3 ligand以及1099个linker。截至去年，全球约40种PROTAC药物已进入临床开发阶段。

海外布局PROTAC赛道的公司除了初创的Biotech外，诺华、辉瑞、BMS、安进等制药巨头也纷纷加入其中。国内已布局PROTAC技术的药企已超过20家，不仅有Biotech，还有Big pharma。海思科作为第一家国内开启临床试验的公司，位列PROTAC技术第一梯队。其他药企还有凌科药业、分迪科技、美志医药、江苏恒瑞、开拓药业、成都先导、海创药业、海和药物、领泰生物、和径医药、标新生物、诺诚健华、五元生物、美志医药、亚盛医药、科伦药业、石药集团、嘉兴优博、上海睿因、苏州德亘生物、分迪科技、多域生物、鲁南制药等。具有PROTAC开发平台的CRO公司有药明康德、康龙化成、美迪西等。

Arvinas 研发的ARV-110，2019年5月获得FDA快速通道批准，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）。主要用于治疗患有转移性趋势抵抗性前列腺癌（mCRPC）。该计划目前处于II期临床研究阶段。

Arvinas和pfizer联合开发的ARV-471是一种研究性口服生物可利用PROTAC®蛋白质降解剂，旨在专门靶向和降解雌激素受体（ER），用于治疗局部晚期或转移性ER+/HER2乳腺癌患者。目前正在进行II期剂量扩展临床试验。

C4 Therapeutics2021年4月10日公布了CFT7455的临床前数据，显示CFT7455在imd耐药模型在内的多个骨髓瘤细胞系中，与cereblon具有高亲和力，并能够快速、深度地降解IKZF1/3。2021年6月，一项1/2期试验（NCT04756726）启动，旨在评估CFT7455对多发性骨髓瘤患者的安全性、耐受性和抗肿瘤活性。

Kymera Therapeutics研发的KT-474针对的是血液癌症。在1期临床试验中获得积极中期结果。试验结果显示，最高3种剂量的KT-474能将外周血单核细胞（PBMC）中的IRAK水平降低93-96%。而且，试验结果首次显示，降低IRAK水平显著减少这些细胞多种促炎症细胞因子的表达，意味着这种疗法可能具有广泛的抗炎症潜力。

Accutar Biotechnology研发的AC0682于2021 年 9 月 20 日获得美国食品和药物管理局 (FDA)的临床准许，用于治疗雌激素受体 (ER) 阳性乳腺癌。这是首个人工智能研发的乳腺癌新药。

Dialectic Therapeutics研发的BCL-XL降解剂DT2216于2021年10月宣布进入I期临床研究。DT2216的主要适应症是T细胞淋巴瘤和小细胞肺癌。

Nurix Therapeutics公司研发的NX-2127是一种口服生物利用的BTK降解剂，具有免疫调节药物（IMiD）活性，用于治疗复发性或难治性B细胞恶性肿瘤。目前处于临床1期研究阶段。

百济神州的BTK蛋白降解剂BGB-16673薄膜包衣片2021年10月获批临床，适应症包括B细胞淋巴瘤、边缘区淋巴瘤滤泡性淋巴瘤等。BGB-16673是一款靶向BTK的蛋白降解剂，目前正在澳大利亚开展针对B细胞恶性肿瘤患者的1期、开放标签、剂量递增和扩展研究。

开拓药业研发的GT20029于2021年4月获得国家药品监督管理局开展临床试验准许，用于雄激素性脱发和痤疮的治疗。这是全球首个外用AR-PROTAC，同时也是首款进入临床的外用PROTAC化合物。

海思科研发的HSK29116于2021年1月获得国家药品监督管理局批准正式进入临床研究。用于复发/难治B细胞淋巴瘤。

PROTAC的设计

PROTAC因为其独特的优势和作用机制，受到广泛关注。如何设计并通过高效的评价体系来发现高效的PROTAC是新药开发的重中之重。尽管目前PROTAC被研究的很多，涉及的靶点也很多，但是构效关系仍然不是很明确。从PROTAC的结构特点出发，其设计的考虑因素主要有以下几点。

（1）POI配体的选择

POI配体一般选择上市或者文献报道的具有一定活性的抑制剂，按照抑制剂能否形成共价键，可分为可逆抑制剂、共价不可逆抑制剂和共价可逆抑制剂。根据结合口袋的不同，又可分为ATP竞争性抑制剂和变构抑制剂。为了获得具有知识产权的PROTAC，常常先对抑制剂做一定的结构衍生，使用优化后的抑制剂作为POI的配体。

（2）E3连接酶及其配体的选择

目前文献报道的应用到PROTAC中的E3连接酶主要有CRBN、VHL、cIAP和MDM2。效果较好、使用频次最高的E3连接酶主要是CRBN和VHL两种。其中，CRBN的配体主要是来那度胺、泊马度胺及其类似物，VHL的配体主要是VHL-L。

连接酶配体分子

（3）Linker的选择

根据Linker构成的不同，可分为烷基链和PEG链，也有文献使用刚性更强的炔基双哌啶环、含氮原子的螺环或桥环等作为Linker，以限制PROTAC分子的柔性和自由度。已有的文献报道表明，Linker的长短也会影响PROTAC的降解活性，常用的Linker长度一般在4~15个碳原子（或杂原子）。根据作用靶点的不同，Linker的长短对降解活性的影响也不同。此外，Click chemistry（点击化学）由于反应条件较温和、效率较高，常常被应用到PROTAC分子的Linker当中，用于连接两端的分子。

PROTAC中常用的Linker

（4）连接位点的选择和连接点的构成
PROTAC结构上是通过Linker连接两个配体，除了Linker的构成和长短会影响降解活性外，Linker连接的位点也会影响降解活性，甚至影响选择性。POI配体和E3连接酶配体的连接位点一般是在配体暴露在溶剂的区域（图中红色标记，以EGFR为例）。连接位点一般是通过酰胺键、碳原子或杂原子（如O、N等）等连接，通过缩合反应或亲核取代反应等来实现连接。最近，Michael D. Burkart等人发表在J Med Chem的文章，阐述了接头设计在PROTAC中的作用。

PROTAC连接位点的选择（左图，以EGFR为例说明POI配体连接点的选择；右图，E3连接酶配体连接位点的选择）

PROTAC技术的新概念：

1）PhotoPROTAC：分子中的某些部分（例如偶氮苯）在光刺激下可以可逆或不可逆地改变，PhotoPROTAC利用光开关或光图像来实现PROTAC功能的时空控制；

2）CLIPTAC：PROTAC通常具有较大的分子量，限制了其溶解性、药代动力学和生物利用度，因此如何降低PROTAC的分子量至关重要。受点击化学概念的启发，Lebraud等人制备了四嗪标记的E3配体和反式环辛烯标记的POI配体作为前体。通过四嗪和反式环辛烯之间的点击反应，生成共价六元环部分，这两种前体在细胞中形成CLIPTAC，已被证明可以成功降解致癌基因BRD4或ERK1/2；

3）Tag-based PROTAC：PROTAC的从头算开发是一个耗时且多步骤的过程。选择合适的E3连接酶/E3配体体系对PROTAC研究的进展至关重要。研究人员已经建立了基于标签的PROTAC系统，其中tag-POI融合蛋白在细胞中表达，以检测标签标记的POI蛋白是否能够启动降解。

总结

自2001年PROTAC概念确立以来，PROTAC已成为一种有吸引力的癌症治疗技术。到目前为止，已经开发出许多PROTAC来控制癌症的进展，在癌症治疗中显示出临床潜力。非蛋白酶体的蛋白质降解系统也已被开发出来，如溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）、自噬靶向嵌合体（AUTAC）和自噬体栓系化合物（ATTEC）等，PROTAC是新药研发的一个革命性、颠覆性的技术，尤其是针对耐药和不可成药的靶点方面，PROTAC相对于小分子药物更加具有优势。解决PROTAC分子的成药性的不足后，PROTAC技术必将在新药研发中发挥重要作用。

文章部分内容摘自：医药速览、BIG生物创新社、凯莱英、医药魔方Pro、Molecular Cancer.

*本微信公众号对所有原创、转载的内容、陈述、观点判断均保持中立，推送内容仅供公益性分享，部分转载作品、图片如有作者来源标记有误或涉及侵权，请原创者友情提醒并联系小编删除。