前沿进展 | 如何突破 "不可成药" 困境? PROTACs 引领治疗领域革新! | MCE

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近年来，蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）作为一种革命性技术崭露头角。本期将深入解析 PROTACs 技术的核心原理与作用机制，梳理其在分子设计优化与临床转化中的最新突破与挑战！

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靶向蛋白降解 (TPD) 的

细胞机制

靶向蛋白降解 (Targeted Protein Degradation, TPD) 是一类革命性治疗策略，其核心在于利用细胞自身的蛋白降解系统精准清除致病蛋白。这一快速发展的领域涵盖多种创新策略：如分子胶，PROTACs，溶酶体靶向嵌合体 (LYTACs)，抗体-PROTAC (AbTACs)。

这些技术共同拓宽了疾病治疗的边界，为攻克传统药物难以靶向的 "不可成药" 蛋白提供了全新思路，在癌症、神经退行性疾病等领域展现出巨大潜力[1][2]。

图 1. 常见的靶蛋白降解技术[1]。

在哺乳动物细胞中，蛋白质质量监控主要依赖两大 "清道夫" 系统：泛素-蛋白酶体系统和溶酶体系统。

泛素-蛋白酶体系统：精准"打标签"

• 错误蛋白标记：通过 E1 泛素激活酶（消耗 ATP）→ E2 结合酶 → E3 连接酶的级联反应，给错误折叠或损伤蛋白贴上 "泛素标签"。
  
  

• 定向降解：带有泛素标记的蛋白被 26S 蛋白酶体识别，像碎纸机般将其分解为短肽片段，实现资源循环利用。（适用于短寿命蛋白的快速清除，如细胞周期调控因子）
  
  

溶酶体系统：细胞自噬的消化中心

溶酶体通过两大途径 "大显神通"：

• 内吞-溶酶体途径：细胞膜包裹细胞外物质形成内吞体，与溶酶体融合后，在酸性环境和 60+ 水解酶作用下彻底降解 (如清除病原体)。
  
  

• 自噬-溶酶体途径：细胞自建 "回收袋"(自噬体)，包裹受损细胞器或长寿命蛋白，与溶酶体融合后启动降解程序 (饥饿时提供能量)。
  
  

图 2. 泛素-蛋白酶体系统和溶酶体系[1]。

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PROTACs:

如何精准"爆破"致病蛋白？

蛋白降解靶向嵌合体 (PROTACs) 是 PDT 的众多策略中最受瞩目的技术之一。与传统小分子抑制剂不同，PROTACs 通过巧妙利用细胞固有的蛋白降解系统——泛素-蛋白酶体通路，实现致病蛋白的精准清除。这种 "借力打力" 的策略不仅为攻克传统 "不可成药" 靶点开辟全新路径，更为肿瘤、神经退行性疾病等疑难病症的治疗带来曙光[1]。

结构三要素：靶向、连接、降解

• 靶蛋白配体：锁定致病蛋白 (如癌症驱动蛋白 BRD4) 的 "指纹识别区"；
  
  

• E3 连接酶配体：招募细胞内的 "粉碎机工人" (如 VHL 或 CRBN 蛋白)；
  
  

• 连接子：精密调控的 "分子尺子"，优化三元复合物空间构象。
  
  

作用机制：单个分子可循环降解多个靶蛋白

• 三体结合：PROTAC 通过化学连接子，将靶蛋白与 E3 连接酶拉近形成 "三明治结构"；
  
  

• 泛素标记：E3 连接酶激活 E2-泛素复合物，给靶蛋白贴上 "死亡标签" (多聚泛素链)；
  
  

• 定向清除：蛋白酶体识别标签，将靶蛋白分解为短肽片段；
  
  

• 循环再生：完成任务的 PROTAC 分子脱离，开启下一轮降解 (1 个分子可摧毁数百个靶蛋白)[3]。
  
  

图 3. PROTAC 的组成以及作用机制[3]。

PROTACs 与其他治疗模式的比较[3]。

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PROTAC 组分的优化策略

靶点选择与配体设计

PROTAC 的降解效能并非依赖其与靶蛋白的 "强力绑定"，而是取决于其促成靶蛋白-E3 连接酶三元复合物形成的效率。

研究表明，以 Foretinib 为配体的 PROTAC 虽与靶激酶结合紧密，却因三元复合物组装效率低下导至降解范围受限。此外，过高的结合亲和力或共价作用可能导至 PROTAC 与靶蛋白形成 "分子级死锁"，阻碍其从降解复合物中解离并参与下一轮催化循环，这种不可逆结合模式反而削弱了 PROTAC 的核心优势，使其退化为类似传统抑制剂的 "单次作用剂"。

目前虽无类似“类药五原则"的普适标准，但理想靶蛋白应具备[4]：

① 致病性功能获得 (如过表达、突变或定位异常，如致癌蛋白BRD4)；

② 存在配体结合口袋 (即使亲和力较低，如 KRAS G12D 突变体)；

③ 表面存在可泛素化位点 (便于 E3 连接酶标记降解)；

④ 含蛋白酶体易处理的柔性区域 (如无序结构域)。

E3 泛素连接酶选择

E3 连接酶可以说是 PROTAC 疗效的隐形操盘手，比如靶向 KRAS (G12C) 突变体的 PROTAC，使用 CRBN 的配体完全无效，而改用 VHL 的 PROTAC 却能高效降解！

综合来说，E3 类型、配体结构、连接链设计、靶蛋白大小及亚细胞定位等共同决定成败。

• 结构互补性：E3 连接酶与靶蛋白的 "分子握手"契合度；
  
  

• 三元复合物协同性：PROTAC 能否稳定 "夹住" 两者形成高效降解复合体；
  
  

• 时空匹配度：E3 与靶蛋白的亚细胞定位及组织表达特异性 (如肿瘤中高表达的 E3)。
  
  

除了 CRBN、VHL 等经典角色之外，E3 连接酶家族正迎来一批潜力新秀——RNF4、RNF114、KEAP1、FEM1B，它们如同细胞内的 "蛋白清洁工"，可被 PROTAC 激活后精准标记并清除致病蛋白。

得益于 AlphaFold 的 AI 技术，科学家们正以极高的效率破解 E3 的 3D 结构，将靶点库从个位数扩容至 200+，甚至为特定肿瘤定制导航武器：例如利用肝癌中高表达的 KEAP1 设计 "肿瘤定位导弹"。然而，挑战依然艰巨——部分 E3 像加密保险箱 (如 VHL 需特定信号激活)，解锁难度拉满。

图 4. 用于潜在 PROTAC 应用的专用 E3 连接酶[6]。

连接子的选择[7][8]

连接子长度通常设计在 10-20 个原子的 "黄金区间" ——最新研究揭示其与降解活性呈特征性 L 型关系：过短时，靶蛋白与 E3 连接酶如同 "拥挤电梯" 般发生空间碰撞；过长时，分子链的熵效应又会让两者 "形同陌路"，二者皆导至降解效力断崖式下降。因此，PROTAC 开发常以稍长连接子为起点，通过 "毫米级" 原子增减进行精细校准。这段纳米尺度的 "分子铰链" 不仅调控着靶蛋白结合口袋的精准对接，更通过疏水性、电荷分布等参数，暗中支配整个分子的溶解性、膜穿透性等关键性质，堪称降解剂设计中 "牵一发而动全身" 的核心变量。不同连接子的结构和特征可参考过往推文“PROTAC——模块化构建药物分子的未来”。

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PROTACs 的临床现状

PROTACs 的治疗潜力正迅速转化为临床应用，目前已有多个候选药物进入临床试验阶段，用于靶向治疗癌症、自身免疫性疾病和神经退行性疾病。其中大多数采用口服给药方式，并利用基于 CRBN 的 E3 连接酶招募策略。

处于临床试验阶段的代表性 PROTACs[9][10]。  

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PROTAC 技术挑战：钩状效应

在超过其最大活性浓度时，两种化合物都表现出一种靶标降解减弱的现象，这种现象被称为“钩状效应”。

PROTAC 介导的三元复合物形成遵循钟形浓度响应曲线：高浓度时 (1-10 μM)，非功能性二元复合物 (PROTAC-靶蛋白或 PROTAC-E3 连接酶) 竞争性抑制功能性三元复合物 (靶蛋白-PROTAC-E3 连接酶)，导至降解效率下降。

研究表明，增强蛋白互作 (PPI) 正协同性可缓解此现象：BTK 靶向 PROTAC MT-802 通过稳定三元复合物，在 2.5 μM 以下浓度未观测到钩状效应。大环化策略创新性利用构象限制强化协同结合，使三元复合物能量上更占优——相较于线性类似物 MZ1，大环 PROTAC 展现出更强的降解效力与靶标选择性。这说明三元复合物的识别机制对 PROTAC 设计非常重要，需要结合结构生物学等方法进一步研究[13][14]。

图 5. 降解剂 4 与 5 对 hCAII 的剂量依赖性降解作用[14]。

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