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经纬行研 | 病树前头万木春:PROTAC研究进展及产业现状

生物经纬 生物经纬 2022-06-21

前言

2020年12月14日,PROTAC先驱——Arvinas公司公布了PROTAC新药ARV-471和ARV-110的Ⅰ期临床试验结果。ARV-471在接受过多种前期疗法的ER+/HER2-晚期或转移性乳腺癌患者中表现出“best-in-class”疗效。ARV-110在治疗转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)患者的1/2期临床试验中,在携带特定基因突变的患者群中,40%患者的前列腺特异性抗原(PSA)水平降低50%以上,出色的疗效引起国内外医药圈的广泛关注。

PROTAC具有靶向“不可成药” 靶点、靶向突变的过表达蛋白,以及出色的药代动力学效果等特点,本文将就PROTAC的作用机理、发展历程、PROTAC分子、E3 ligase的选择、PROTAC技术优缺点以及产业化情况进行讨论。


一、PROTAC降解蛋白机理


PROTAC全称叫做proteolysis-targeting chimeras(靶向蛋白水解的嵌合体),一般具有三个主要组成部分:
1、一端靶向目标蛋白(POI)的配体;
2、在另一端与E3连接酶结合的第二个配体;
3、中间是连接两个配体的linker,linker大多数是由12-20个碳原子的PEG、烷基链或烷基醚等构成。

图1展示了PROTAC降解靶蛋白的机制:在靶向POI的配体结合POI的同时,另一个可以与E3连接酶结合的配体招募E3连接酶,使得E3连接酶接近POI,从而将POI泛素化,最终导致POI被内源性的S蛋白酶复合体降解。一项研究中得到的POI-PROTAC-E3三元复合物的X射线结构也为这一机制提供了强有力的证据。


图1. PROTAC作用机制

   

基于PROTAC技术扩展出同源PROTAC与光诱导的PROTAC等技术。同源PROTAC将一个E3连接酶分子(如CRBN或VHL)招募到另一个E3连接酶分子中,诱导E3连接酶分子的双向泛素化,随后被蛋白酶体降解。在光诱导PROTAC中,可移动光基团附着在POI配体或E3配体或linker上。当用外部光照射时,可移除光基团从光-PROTAC分离,将其转化为用于POI降解的活性PROTAC(图2)。


图2.同源PROTAC与光诱导PROTAC原理图


二、PROTAC发展历程


2001年是PROTAC技术诞生的元年,Craig Crews和Raymond Deshaies的团队在实验室中实现了利用E3降解甲硫氨酰氨肽酶2(MetAP-2),首次提出了PROTAC概念。

2008年是发展的分水岭,之前的PROTAC分子被称为第一代PROTAC,成功验证了概念,但是不足之处也很明显:使用多肽链得PROTAC需要在相对浓度比较高的情况下发挥作用,细胞穿透力比较差。

2008年,基于MDM2 E3连接酶的全新小分子PROTAC药物出现,它们对细胞的穿透性很高,被称为第二代PROTAC。

2010年,开发出基于IAP1 E3连接酶的PROTAC;2015年,基于VHL和CRBN的小分子PROTAC问世。

2019年,PROTAC领域的先驱Arvinas公司推动分别靶向ER、AR的PROTAC药物ARV-471、ARV-110 进入Ⅰ期临床试验研究。

2020年,Arvinas宣布这上述两款药物在临床早期中均取得了积极的结果,展示光明前景。


图3.PROTAC发展历程


三、PROTAC分子结构


3.1 靶向目标蛋白的配体


理论上来讲,靶向目标蛋白的配体只需要与目标蛋白有一定的亲和力即可,最早的配体使用的是特定E3的天然底物——特定序列的多肽,但是这会导致PROTAC分子量过大,造成给药方式单一,透过细胞膜的能力差等问题。所以后续的配体基本都换为小分子,大多数是目标蛋白的小分子抑制剂,包括已上市药物中属于靶向小分子抑制剂的理论上都可以用来作为配体使用。

一些研究发现,一些与POI有较弱结合力的配体形成的RROTAC分子仍然可以对POI有很高的降解效率,目前可能的机制是,由于某些E3连接酶与POI之间本身会有一定的蛋白-蛋白相互作用,使得与PROTAC结合力弱的POI仍然可以形成稳定的POI-PROTAC-E3连接酶三元复合物,导致POI的高效降解。这一发现减少了设计PROTAC分子时对高亲和力配体的需求,并扩大了潜在的PROTAC靶标空间。


3.2 募集E3连接酶的配体(E3 recruiting element,E3RE)


E3连接酶有几种不同的类型,不同的类型可以通过不同的机制特异性的识别并将蛋白质泛素化。目前E3连接酶主要分为3大类:RING/U-box结构域家族、HECT结构域家族、RBR (RING-in-Between-RING)结构域家族。

其中一些E3连接酶是通过目标蛋白上一种叫降解决定子的特殊氨基酸序列来识别并泛素化目标蛋白,例如:UBR E3连接酶通过N-end规则途径发挥作用,即识别目标蛋白中“不稳定的”N端氨基酸残基来促进UBR介导的泛素化;VHL(von Hippel Lindau)E3连接酶可以特异性地识别并泛素化HIF1-α(Hypoxia-Inducible Factor 1 α,缺氧诱导因子1-α),HIF1-α的降解决定子序列上的关键脯氨酸残基羟基化则是VHL招募的必要条件,同时这个降解决定子也是PROTAC分子上最为广泛使用的E3RE之一,更多的E3RE和详细信息见表1。


表1.常用E3连接酶及招募配体列表


3.3 连接两个配体的linker


Linker的功能就是连接1、2中提到的两个配体,一般PROTAC分子在设计时会考虑到在两个配体上分别保留一个特定位点便于linker与之结合。除此之外,linker的特征(类型、长度、附着位置)会影响E3连接酶:PROTAC:POI三元复合物的稳定性,从而影响POI的有效泛素化及其最终降解。

研究表明,PROTAC的linker最佳长度从12碳到20碳以上不等,常用的linker有PEG、烷基链和烷基/醚链。最初的探索通常是从柔性连接体开始,如聚乙二醇(PEG)或聚亚甲基链。

亲水性PEG的引入可以提高水溶性。如果linker太短,它可能会导致空间位阻,破坏三元复合物的形成,降低PROTAC降解能力;如果linker过长,则会增加PROTAC两端的相对运动性,降低E3与POI的结合常数,从而降低三元复合物稳定性。其他含氧链可能进一步改变蛋白质的降解范围,氧原子可能与三元结合界面上的残基相互作用,从而增加正协同效应。

此外,引入杂环可以减小构象阻力,最佳的linker的确定离不开晶体结构分析。


四、E3 ligase的分类与选择


在人类基因组中已经发现了600多个E3连接酶,其中只有少数被用于设计PROTAC。CRBN、VHL、MDM2、IAPs、DCAF15、DCAF16、RNF4以及RNF114 E3连接酶的主要配体已用于针对各种癌症靶点的PROTAC开发(表2),基于这些E3连接酶的PROTACs各有其优点和局限性。

如上文所述,第一代PROTACs利用多肽对接E3连接酶,随后开发了基于小分子的PROTACs。在这里,我们将讨论小分子为基础的PROTACs以及一些广泛使用的E3配体。


表2.小分子PROTACs成功靶向的关键癌症靶点


4.1 基于MDM2的PROTACs


第一个基于MDM2连接酶的PROTAC使用的是Nutlin-3a作为配体,以及非甾体选择性雄激素受体调节剂(SARM)作为AR配体被开发出来降解AR。基于MDM2的PROTACs具备一定优势,因为MDM2作为癌基因通过抑制抑癌基因p53的活性发挥作用。PROTAC与MDM2的结合可以稳定p53野生型肿瘤中的p53蛋白,同时诱导靶蛋白的降解。

最近,Crews的研究小组已经证明了一种基于MDM2的PROTAC靶向含溴多糖的蛋白4(BRD4),命名为A1874,与相应的基于VHL的PROTAC相比,在野生型p53的结肠癌HCT116细胞系中使用相同的POI配体,显示出更高的疗效。这是因为A1874同时稳定了p53蛋白并以BRD4为降解靶点。

另一种基于niraparib衍生物(PARP1配体)和nutlin-3衍生物的MDM2靶向PROTAC已被报道,其诱导PARP1降解导致MDA-MB-231人乳腺癌细胞凋亡诱导细胞。


4.2 基于IAP的PROTACs


IAP家族是细胞凋亡的负调节因子,由八个不同的成员组成,其中cIAP1、cIAP2和XIAP是已知最多的。基于IAP蛋白的E3连接酶活性,人们利用它的抑制作用来开发蛋白质降解剂。Hashimoto和Naito的研究小组发现了第一个基于IAP的蛋白质降解剂,使用甲基贝司他丁(MeBS)作为IAP配体靶向CRABP-1/2。然而,除了降解其靶蛋白外,这些降解剂还诱导自身泛素化和随后的cIAP1降解。


为了克服这种自我泛素化,他们在MEB的连接位点用酰胺基取代酯基,从而产生仅降解CRABP-2而对cIAP1没有任何影响的降解剂。随后,Naito的小组报告了其他几种降解剂针对不同的目标,如ERα、BCR-ABL、AR、BRD4以及TACC3等。基于SNIPERs/IAP的PROTACs可以通过同时降解IAPs和靶蛋白发挥更有效的抗肿瘤作用,因为一些肿瘤细胞上调IAPs以逃避凋亡。


4.3 基于VHL的PROTACs


2012年,Crews团队发现了VHL配体后,所有基于VHL的小分子蛋白质相继出现。此后,Crews小组报告了第一个基于小分子VHL的PROTACs,靶向雌激素受体相关受体α(ERRα)和受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶2(RIPK2)。

由Ciulli的团队开发的基于VHL的BRD4蛋白(命名为MZ1),利用JQ1作为BRD4配体。尽管JQ1抑制BRD2、3和4,但MZ1在转化为PROTAC后,成为选择性BRD4降解剂。后来,Ciulli的小组报告了一种更有效的基于VHL的BRD4降解剂,命名为AT1。随后,基于VHL配体设计了靶向肿瘤细胞中各种蛋白质的PROTACs。Ciulli的研究小组报告了第一个证明同源PROTACs概念的证据,这种同源PROTACs使VHL分子二聚,导致其自我降解。

最近,将BCL-XL和BCL-2的双重抑制剂ABT263(或navitoclax)转化为选择性的基于VHL的BCL-XL PROTACs,进一步证明混杂抑制剂可以转化为靶向性PROTACs。基于VHL的PROTACs的一个主要优点是它们的靶特异性。


此外,对于某些靶点,基于VHL的PROTACs可能比基于其他E3连接酶(如IAP)的PROTACs具有更好的肿瘤选择性。例如,已经证明了VHL在肿瘤细胞和血小板之间的差异表达,这有助于设计出保留血小板的BCL-XL蛋白。利用弱亲和力VHL配体(微摩尔范围内的结合亲和力)可以有效降解AR(前列腺癌细胞中的DC50=0.2–1 nM)。这项研究表明,VHL配体的结合亲和力不需要很高,就可以开发出有效的PROTACs。这是因为采用弱结合配体与VHL蛋白和高结合配体与靶蛋白的PROTAC能够与靶蛋白和vhle3连接酶形成三元复合物。

另一方面,基于VHL的PROTACs也有一些缺点。例如,VHL是一种肿瘤抑制蛋白,它经常在一些肿瘤细胞中发生突变,如肾透明细胞癌或肾癌。因此,基于VHL的PROTACs不能用于治疗VHL基因突变或缺失的肾癌。此外,当使用基于VHL的PROTACs时,需要仔细优化剂量以避免VHL的肿瘤抑制功能。

另一个与基于VHL的PROTACs相关的缺点是它们的高分子量,这使得开发口服生物利用度高的PROTACs具有一定挑战性。


4.4 基于CRBN的PROTACs


自从发现CRBN是IMiD药物即沙利度胺、来那度胺和泊马利度胺的靶点以来,已经开发出许多基于CRBN的针对多种靶点的蛋白。

Bradner的研究小组于2015年报告了第一个基于CRBN的针对溴代结构域和额外末端(BET)蛋白质或FKBP12的PROTACs。BET靶向蛋白dBET1利用JQ1作为BRD配体,诱导BRD2、BRD3和BRD4的降解。

同年,Crews的研究小组制备了另一种以CRBN为基础的靶向PROTAC的BET,命名为ARV-825,选择性地诱导Burkitt淋巴瘤细胞中的BRD4降解。随后,一些以CRBN为基础的PROTAC靶向细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK),BTK,SIRT2/HDAC6,PCAF/GCN5,BCL6以及STAT3已被陆续报道。此外,通过连接pomalidomide的两个分子(CRBN同时作为E3连接酶和靶点)和CRBN-VHL异源二聚化针对CRBN的PROTACs设计的同源PROTACs已经被证实,这些异二聚体蛋白优先降解CRBN,只能诱导VHL的轻度降解。

一般来说,与基于VHL的PROTACs相比,基于CRBN的PROTACs可以降低更大范围的目标。例如,使用相同的BCR-ABL配体,基于CRBN的PROTACs降解BCR-ABL和c-ABL,而基于VHL的PROTACs只能降解c-ABL。

同样,使用相同的混杂激酶抑制剂作为弹头,基于CRBN的PROTAC比基于VHL的PROTAC降解更多的激酶。这可能是因为CRBN的蛋白质结合面比VHL大得多,因此CRBN在形成三元复合物方面的贡献要大于触发泛素化所起的作用,这导致CRBN与VHL相比具有更广泛的靶向适应性,且CRBN在肿瘤细胞和正常细胞中广泛表达。

因此,基于CRBN的PROTACs具有组织选择性的可能性相对较小。基于CRBN的PROTACs的优点是较VHL有相对较低的分子量,因此使用CRBN配体开发口服生物利用度高的PROTACs更为可行。


4.5 E3连接酶的组织表达谱分析


组学数据使鉴定组织选择性E3连接酶成为可能,可用于设计以组织选择性方式特异性靶向POI的PROTAC。

Sajid Khan和Yonghan He团队分析自1000个个体的50多个非疾病组织,提取组织表达产生的RNA数据(RNA seq),并分析各种正常组织中E3连接酶基因的表达谱。成功地提取到611个E3连接酶的数据。如图3所示,发现一些E3连接酶在一些组织中根据其表达水平表现出显著的聚类,例如在脑、肌肉和睾丸中。此外,发现3%的E3连接酶无法检测到,9%的E3连接酶低表达,4%在几乎所有正常组织中高表达,约9%的E3连接酶在一个组织中特异表达,12%的E3连接酶在2-7种组织类型中富集(图5)。

许多组织中的E3连接酶表达模式可通过来自人类蛋白质图谱(THPA)的免疫组织化学(IHC)数据或人类组织蛋白质组数据进行验证。例如,PRPF19在大多数正常组织中高表达,而KCTD21在大多数正常组织中低表达;KLHL41在骨骼肌中特异表达;RNF112主要在脑组织中表达,TRIM69在睾丸中特异表达。Crews的研究小组最近还报道了其他组织选择性E3连接酶,包括ASB9、FBXL16、HERC5、RAPSN和TRIM46。

这些发现表明一些E3连接酶在正常人体组织中表现出组织选择性表达模式。这些E3连接酶有可能用于设计组织特异性或选择性的pROTAC。


图4.正常组织中E3连接酶的表达谱


图5. E3连接酶组织整体分布情况


五、PROTAC药物的优劣势与应用前景


PROTAC在很大程度上是结合了小分子化合物和小分子核酸的优点。相较其他类型药物,具有靶向“不可成药” 靶点、靶向突变的过表达蛋白,以及出色的药代动力学效果等特点,如表3所示。


表3.  PROTAC和其他类型药物特点比较


5.1 PROTAC技术优势


01

可以针对传统抑制剂中的不可成药靶点和难成药靶点开发药物。原因在于PROTAC并不需要像传统药物一样只有结合在靶点的活性位置或发生特定的蛋白-蛋白相互作用才能发挥作用,而是直接降解靶点,并且并不需要与靶点有很高的亲和力也可以发挥降解作用。

02

可以避免靶蛋白累积。因为PORTAC可以高效降解蛋白质,同时这种特点也可避免靶蛋白过表达而导致的药物耐药。

03

可以避免因靶蛋白突变导致的药物耐药。传统药物对于这种情况只能重新开发下一代新药物来解决,导致很大的人力物力和时间的浪费,并且不能避免靶点的再次突变导致重新耐药。但是,PROTAC仅仅需要结合甚至是靠近靶点的某个位置即可发挥降解作用,所以靶蛋白的某些氨基酸突变很少会影响其与PROTAC结合或靠近从而被降解的结局。

04

PROTAC有更好的靶向性。PROTAC的靶向性不仅可以依靠精心设计的POI配体部分,还可以通过使用某些在细胞或组织中特异性表达的E3连接酶的配体部分来得到。这相当于比传统药物多了一种靶向机制。

05

可以在低剂量下发挥作用。由于PROTAC发挥作用的机制类似于化学反应中的催化剂,降解靶点的同时自身不会被消耗掉,所以较少的剂量即可发挥作用,这也避免了高剂量药物导致的脱靶毒性。

06

拥有事件驱动的药理学机制和更长的有效时间。这使得PROTAC的量并不需要一直保持在所谓的有效水平之上,并且即使靶点在体内有亲和力更高的配体也不影响PROTAC对靶点的降解作用。


5.2 PROTAC技术劣势


01

正如再高强的武功也有其命门,PROTAC 技术当然也有其硬伤,这类药物是双靶点药物所以分子量、分子刚性、水溶性都不甚理想,所以口服吸收和过膜性都会较差,PROTAC 分子通常很大,PK是一个主要障碍。虽然现在已有体内活性PROTAC化合物的报道,甚至今年就会进入人体临床研究。但总体而言,PK仍旧是多数PROTAC小分子成药的主要障碍。

02

PROTAC化学合成也要困难得多,三元复合物的活性难以调控,在PROTAC诱导靶蛋白降解的过程中,“靶蛋白-PROTAC-E3泛素连接酶”三元复合物的形成作为一个核心生物学事件,是PROTAC对靶蛋白进行多泛素化修饰中必经的步骤。对于PROTAC诱导降解效率而言,形成三元复合物的稳定性远比PROTAC分子与靶蛋白或是E3泛素酶结合的牢固程度重。

03

脱靶毒性应该也是大家最为担心的问题之一。传统靶向蛋白活性的小分子、大分子药物,甚至小核苷酸,一般来讲对蛋白活性的抑制不会太彻底,也多不影响骨架蛋白的表达,这样固然增加了耐药性发生的概率,但同时残留的活性也可能保障了正常细胞、组织器官基本的生理活性,降低了潜在毒性。而PROTAC作为更为彻底靶标蛋白降解剂,可能会误伤到其它脱靶蛋白,即使是以前验证过的靶点,会不会带来更为严重的毒性,需要在未来的临床实验中密切监测。

04

另一个隐患是降解的脱靶效应在临床前毒性筛选中不易检测、跟踪,增加了药物后期开发中的风险。另外PROTAC技术显然只对需要抑制的蛋白有效,对于发现激动剂则无用武之地。

05

由于小分子降解剂的研发与试验需要耗费一定的人力物力,现在能用靶向蛋白质降解技术敲除的靶蛋白仍然是非常小的一部分,无法满足干扰特定蛋白表达领域的需求。

06

现有的靶向蛋白质降解技术多基于细胞内的泛素-蛋白酶体途径,而泛素-蛋白酶体途径主要作用于胞内蛋白,因此膜蛋白及分泌蛋白的降解仍然是目前的难点。

07

PROTAC与靶蛋白和E3连接酶的结合仍然以经验为主,缺乏相应的理论基础。

08

靶蛋白被降解到何种程度才能触发表型反应以及PROTAC治疗导致机体的免疫抵抗等问题依然有待进一步研究。


5.3 产业化面临的挑战与机遇


当应用高浓度PROTACs时常会出现“HOOK效应”。由于过饱和,二元复合物PROTAC:E3和PROTAC: POI抑制POI:PROTAC:E3三元复合物的形成。此外,由于有两种蛋白质参与三元复合物的形成,PROTAC与一个蛋白质的结合亲和力可能因第二种蛋白质的存在而增强或降低。正协同性时三元配合物的结合亲和力比二元配合物强,而负协同性时三元配合物失稳,中性协同性时第二种蛋白的存在没有变化。


图5.HOOK效应示意图


PROTACs通常被设计成具有一个已知的、有效的蛋白质配体作为起始点,并对其进行适当的修饰,以便与连接体结合,同时保持结合所必需的特征,在这种情况下,可能缺乏已知的小分子抑制剂或缺乏精确的结构数据来指导结构的修饰。


目前研究与PROTACs相互作用的E3连接酶主要为E3连接酶家族的4个成员。然而,在人类有超过600个E3连接酶。到目前为止,只使用了非常有限的一部分,选择的E3连接酶并不总是合理的。探索适合PROTACs的不同E3连接酶的研究还不成熟。这需要对酶的结构、识别要求和耐药能力进行详细的分析。


与其他有前景的技术如用于癌症治疗的CRISPR和RNAi相比, PROTACs具有催化作用机制和与靶标可逆结合的优势。这种效应不是永久性的,因此与CRISPR等疗法相比,预计会有更少的脱靶效应。


六、PROTAC产业现状


目前进入临床阶段的PROTAC产品有4个(E3连接酶调节剂除外),除了Arvinas公司的2款产品外,BMS的CC-94676(面向去势抵抗性前列腺癌)、Nurix靶向BTK的NX2127也已进入Ⅰ期临床试验阶段。在2020 ASCO上,Arvinas公布了ARV-110的最新临床数据,也是目前唯一一个PROTAC产品的临床数据。


6.1 知名PROTAC企业介绍


01


Arvinas公司由PROTAC技术的主要发明人耶鲁大学Craig Crews教授等创立于2013年,公司于2018年上市,是首个上市的protac技术研发企业。研发管线主要覆盖肿瘤和神经科学领域,ARV-110和ARV-471两个重点研发项目已经完成临床Ⅰ期试验,Ⅰ期临床试验的初步数据显示,ARV-110和ARV-471均已到达接触剂量与抑制肿瘤生长呈现正相关关系,每一种剂量都具有良好的耐受性,没有观察到剂量限制的毒性以及2、3或4级与治疗相关的不良反应。

ARV-471在接受过多种前期疗法的ER+/HER2-晚期或转移性乳腺癌患者中表现出“best-in-class”疗效。公司已启动ARV-110 Ⅱ期剂量扩展研究,探索两种开发策略,包括评估其作为特定类型晚期mCRPC患者(携带T878/H875突变)末线疗法获得加速批准的潜力,以及在未经多重治疗的mCRPC患者中作为更早期疗法的潜力。Arvinas产品管线见图6。


图6.  ARVINAS产品管线


02


   

C4 Therapeutics由哈佛大学Dana-Farber癌症研究所的理事Marc A. Cohen和Dana-Farber的三位教授Ken、Nathanael、James Bradner在2015年共同创立,2020年10月正式登陆纳斯达克

该公司正在利用哈佛大学Dana-Farber癌症研究中心独家授权的Degronimid技术平台加紧研发治疗癌症的癌蛋白降解药。C4开发的分子胶MonoDAC通过与E3连接酶结合,在E3连接酶形成新的表位,从而结合靶蛋白使其降解,进一步拓宽PROTAC的实际靶点范围。C4产品研发管线见图7。


图7. C4 Therapeutics产品管线


03


Kymera创立于2015年,总部位于美国马萨诸塞州Watertown,公司于2020年8月20日在纳斯达克上市。公司已建立独特的Pegasus平台,该平台可利用生物信息学驱动靶标的发现,已建立E3 ligase库、E3 ligase ligand库、完善的结构生物学模型,以及药理模型等,来发现具备高度选择性的PROTACs。

Kymera正在利用其自主知识产权和临床前数据包迅速将多种候选药物应用于临床,研发管线由炎症和肿瘤两部分组成,主要针对IRAK4蛋白,IRAK4在先天免疫中起重要作用,目前三款药物均处于IND阶段。Kymera研发产品管线见图8。


图8. Kymera研发产品管线


04


Nurix成立于2009,公司位于美国加利福尼亚旧金山,三位创始人均是研究E3连接酶的知名学者。Nurix利用DNA编码化合物库技术建立了DELigaseTM平台,旨在识别和推进针对E3泛素连接酶复合物的新型药物。目前共有4个产品,均处于临床前研究阶段。

Nurix同时开发小分子药物,抑制E3连接酶,阻止泛素化和随后的目标蛋白降解,导致目标蛋白水平的增加。Nurix产品管线见图9。


图9.Nurix研发产品管线


国内方面,布局PROTAC的新兴Biotech公司越来越多,多家初创公司陆续完成融资。除此之外,还有恒瑞、开拓药业、杭州多域、五元生物、分迪科技,以及上海睿因(Cullgen子公司)也进入PROTAC领域。

海思科的HSK29116 是基于海思科的PROTAC研发平台筛选出的全球首个申报临床的口服BTK-PROTAC小分子抗肿瘤药物。截至目前,国内外尚无同靶点同机制产品进入临床试验,有望成为 first-in-class药物。

杭州多域生物目前共有4个在研项目,包括3个PROTAC项目以及1个小分子抑制剂项目,预计2021年可申报临床,PROTAC项目计划2022年递交临床批文申请。

2020年2月2日开拓药业有限公司宣布,其采用靶向蛋白降解嵌合体技术开发的新型雄激素受体(AR)降解剂GT20029临床试验申请(IND)已获国家药品监督管理局正式受理,用于雄激素性脱发和痤疮的治疗,是全球首个基于PROTAC技术开发的外用AR降解剂。

根据公开信息,美志医药、嘉兴优博、和径医药,以及科伦药业等也在布局PROTAC。


6.2 产业化融资进展


近两年,PROTAC公司融资事件不断涌现,千万级美元以上融资案例亦不胜枚举,侧面也反应出风险资本对PROTAC赛道的重视与认可。目前海外已有4家PROTAC公司完成IPO,且多与世界500强药企展开密切合作,包括产品技术平台层面,也有具体里程碑方式等。近几年重要融资事件详见表4。


表4. PROTAC重要融资事件


综上,PROTAC的最大特点是可以靶向“不可成药” 靶点、可靶向突变蛋白、具有催化特性,以及较好的PD效果等。基于PROTAC技术衍生出:Home-PROTAC,光诱导PROTAC,以及分子胶等技术。

PROTAC分子设计的关键离不开ligand的选择与优化、linker的设计与优化,以及E3 ligase的选择与鉴定,其中,组织特异性/肿瘤选择性E3 ligase是PROTAC分子开发的重要考量。组织特异性/肿瘤选择性PROTAC的发展依赖组织特异性/肿瘤选择性E3 ligase的发现与鉴定。DNA Encoded Library(DEL)技术应用在PROTAC开发中可以发挥更大优势,Nurix公司的产品开发策略充分证明了这一点。

PROTAC的毒性包括靶向毒性和脱靶毒性,在临床前较难预测,以及Hook effect效应使得有效药物浓度的确定比小分子要困难。国内外一些别具特色的PROTAC技术平台和创新思路层出不穷,建立各家自身的特色优势。国内整体研发进展与海外相比差距较小,融资事件风生水起,产业发展前景乐观。


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[16]Clinical Update from:ir.arvinas.com/static-files/ae52b7dd-e872-483a-bd26-070bae7d56b8.

[17]ARVINAScompany website: www.arvinas.com.
[18]C4 Therapeutics company website: c4therapeutics.com.
[19]Kymera company website:www.kymeratx.com.
[20]Nurix company website: www.nurixtx.com.


END


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图文编辑 | 彭庶文

文章撰写 | 高超、吴昊、刘啸波、焦瑞、程遥、王盼、魏欣、马晴晴


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