藥物多是通過抑制或者增強(qiáng)靶標(biāo)蛋白的活性來達(dá)到治療疾病的目的。然而,這些藥物要與靶點(diǎn)蛋白的活性位點(diǎn)結(jié)合才能發(fā)揮作用。在已知的藥物靶點(diǎn)蛋白中,含有可結(jié)合活性位點(diǎn)的靶點(diǎn)蛋白只占20%左右,80%的靶點(diǎn)蛋白為不可成藥靶點(diǎn)。于是,如何通過作用于絕大多數(shù)的不可成藥靶點(diǎn)來開發(fā)藥物成為許多公司的研發(fā)重點(diǎn)。當(dāng)前,開展最多的研究是利用核酸藥物或基因治療手段對這些靶點(diǎn)的基因水平進(jìn)行控制,以達(dá)到控制靶點(diǎn)蛋白水平的目的。
近幾年,基于細(xì)胞內(nèi)蛋白降解途徑進(jìn)行蛋白降解來開發(fā)蛋白靶向降解技術(shù)成為藥物研發(fā)新的熱門方向。蛋白降解技術(shù)的研究使許多已知的不可成藥靶點(diǎn)成為可成藥靶點(diǎn),并有望克服耐藥性問題。蛋白靶向降解技術(shù)的研究主要用于去除特定腫瘤蛋白,在自身免疫疾病等治療方面的研究也取得了較大突破。
細(xì)胞內(nèi)蛋白降解途徑主要有溶酶體途徑和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)。其中,泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是體內(nèi)蛋白降解的主要途徑,體內(nèi)80%的蛋白通過該途徑降解。因此,蛋白降解技術(shù)相關(guān)的研究也主要圍繞此途徑開展,相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)展也更快。
基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)技術(shù):多個產(chǎn)品進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段
PROTAC,即蛋白降解靶向嵌合體,是當(dāng)前最被熟知、被研究最多的一種基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的蛋白降解技術(shù)。PROTAC一般由三部分組成:靶點(diǎn)蛋白結(jié)合配體、E3連接酶結(jié)合配體,以及鏈接兩者的連接體(Linker)。PROTAC通過自身的兩個配體分別與靶點(diǎn)蛋白和E3連接酶結(jié)合,將兩者連接到一起,從而啟動泛素化過程來降解蛋白,釋放的PROTAC會繼續(xù)重復(fù)下一個蛋白的降解過程。
PROTAC技術(shù)的發(fā)現(xiàn),吸引了眾多科研機(jī)構(gòu)開展相關(guān)研究,一批開展研究較早并已取得一定成果的研究人員正在創(chuàng)業(yè),各大龍頭藥企也通過各種方式加緊布局。
分子膠是除PROTAC技術(shù)以外、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)另一種研究比較多的技術(shù)。這類技術(shù)是通過特異性的介導(dǎo)蛋白與蛋白相互作用,來拉近E3泛素連接酶與靶點(diǎn)蛋白之間的距離,實(shí)現(xiàn)蛋白泛素化降解的小分子。分子膠的研究要早于PROTAC技術(shù),與后者不同的是,分子膠是單分子,分子量較PROTAC要小,不需要Linker將兩個分子連接以發(fā)揮作用,但分子膠的設(shè)計難度較高。
根據(jù)相關(guān)報道,目前PROTAC和分子膠領(lǐng)域都有多個產(chǎn)品進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。
其他基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的技術(shù)還有分子伴侶介導(dǎo)的蛋白降解劑(CHAMP)、抗體偶聯(lián)新降解劑(AnDC)技術(shù)等。
基于溶酶體途徑研究技術(shù):多處于高校、研究院所研究階段
由于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的降解靶點(diǎn)蛋白主要是胞內(nèi)蛋白,而膜蛋白、胞吞的胞外蛋白、細(xì)胞器和蛋白多聚體的降解通常是經(jīng)由溶酶體途徑完成,因此,基于溶酶體途徑的相關(guān)技術(shù)的研究是對泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的補(bǔ)充。溶酶體途徑包括內(nèi)體/溶酶體途徑和自噬途徑,都已經(jīng)有相關(guān)的技術(shù)開始研發(fā)。
內(nèi)體/溶酶體途徑是通過內(nèi)吞作用將靶點(diǎn)蛋白運(yùn)送到溶酶體進(jìn)行降解,目前主要技術(shù)有溶酶體靶向嵌合體系統(tǒng)(LYTAC)。該系統(tǒng)是一種利用細(xì)胞表面溶酶體靶向受體(LTRs)介導(dǎo)的蛋白質(zhì)向溶酶體運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng),由兩部分組成:一部分是與靶點(diǎn)蛋白結(jié)合的特異性抗體或小分子,另一部分是能與LTRs結(jié)合的長鏈(如含寡聚甘露糖6-磷酸的長鏈),可以保證靶點(diǎn)蛋白能夠被LTR介導(dǎo)進(jìn)入溶酶體降解。
自噬途徑是通過自噬體將靶點(diǎn)蛋白運(yùn)送到溶酶體進(jìn)行降解,主要有自噬靶向嵌合體(AUTAC)、自噬連接化合物(ATTEC)。
AUTAC與PROTAC技術(shù)設(shè)計類似,但其是基于自噬途徑的K63多泛素化修飾研究的技術(shù),由靶點(diǎn)蛋白識別配體和K63泛素化修飾信號標(biāo)簽兩部分組成,能夠?qū)Π悬c(diǎn)蛋白和受損的線粒體等細(xì)胞器進(jìn)行降解,但該技術(shù)過程復(fù)雜,穩(wěn)定性較差,當(dāng)前的研究較少。
ATTEC是基于自噬體表面的特異性標(biāo)記蛋白——微管相關(guān)蛋白1A/1B-輕鏈3(LC3)來運(yùn)輸和降解靶點(diǎn)蛋白。ATTEC分子的設(shè)計與分子膠類似,不需要Linker,分子直接與LC3和靶點(diǎn)蛋白結(jié)合,然后通過自噬體進(jìn)行蛋白降解。此外,ATTEC對降解核酸和受損的細(xì)胞器也有一定作用。
此外,還有伴侶蛋白介導(dǎo)的自噬 (CMA)等技術(shù)。CMA是基于靶點(diǎn)蛋白依賴分子伴侶與溶酶體表面的受體蛋白LAMP2A結(jié)合,將其運(yùn)輸?shù)饺苊阁w進(jìn)行降解,這個過程的效率與LAMP2A的數(shù)量有關(guān)。因此,通過設(shè)計能夠增加LAMP2A數(shù)量分子來介導(dǎo)靶點(diǎn)蛋白的降解過程。
相比泛素-蛋白酶體系統(tǒng)有諸多企業(yè)和資本進(jìn)入,溶酶體途徑則由于研究較晚,多處于高校、科研院所研究階段,開展商業(yè)合作的項(xiàng)目很少。
可以看出,蛋白降解技術(shù)具有諸多優(yōu)勢,其研究應(yīng)用為藥物開發(fā)提供了新的方向,有助于破解當(dāng)前藥物研究面臨的諸多難題。隨著相關(guān)研究的逐步深入,蛋白降解技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)新突破。
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