幾種基於核酸的PROTAC簡介

近年來，核酸藥物發展迅猛，市場需求不斷增加，上市審批迅速，涵蓋心血管與(yu) 代謝疾病、肝病、腫瘤等多個(ge) 領域。截至目前，全球已有10餘(yu) 種核酸藥物獲批上市，不少核酸藥物正處於(yu) 臨(lin) 床試驗階段。核酸藥物有望成為(wei) 繼小分子藥物、抗體(ti) 藥物之後的第三類藥物（圖1）。

越來越多經批準的核酸療法證明了通過靶向體(ti) 內(nei) 致病基因來治療疾病的潛力。通常，常規治療隻產(chan) 生短期治療效果，因為(wei) 它們(men) 針對的是蛋白質而不是疾病的根源，而核酸藥物則直接作用於(yu) 致病的靶基因或靶mRNA，在基因水平上發揮治療疾病的作用。核酸藥物包括ASO、siRNA、Aptamer、miRNA、mRNA、saRNA、sgRNA、U1 snRNA等。核酸藥物具有治療效率高、毒性低、特異性強、應用領域廣泛等優(you) 點，顯示出其重要的醫學價(jia) 值、生物科學等領域。

PROTAC（蛋白水解靶向嵌合體(ti) ）是一種利用泛素-蛋白酶體(ti) 係統（UPS）降解靶蛋白的藥物開發技術。從(cong) 結構上看， PROTAC由三部分組成：E3泛素連接酶配體(ti) 和靶蛋白配體(ti) ，兩(liang) 個(ge) 活性配體(ti) 通過專(zhuan) 門設計的“Linker"結構連接在一起，形成三元複合物。 PROTAC的靶蛋白配體(ti) 與(yu) 靶蛋白結合，E3泛素連接酶配體(ti) 與(yu) 胞內(nei) E3泛素連接酶的底物結合區結合，從(cong) 而通過泛素化靶蛋白，將靶蛋白“拉"到E3泛素連接酶上，使 UPS 係統能夠降解目標蛋白（圖 2）。

過去20年來，研究人員基於(yu) 肽和小分子設計了各種形式的PROTAC。然而，基於(yu) 肽的PROTAC存在活性低和免疫原性等問題，極大地限製了其臨(lin) 床醫學應用。與(yu) 多肽PROTAC相比，小分子PROTAC體(ti) 積更小，更容易被人體(ti) 吸收，成藥性更好，因此小分子PROTAC仍然是主流。隨著科學技術的發展和進步，一些新型的PROTAC不斷出現，基於(yu) 核酸的PROTAC應運而生。

RNA-PROTAC

RNA 結合蛋白 (RBP) 的功能缺陷是許多疾病的根源，而用常規藥物靶向 RBP 已被證明是困難的。 RBP 以動態、協調和序列選擇性的方式與(yu) RNA 結合，形成核糖核蛋白 (RNP) 複合物，在 RNA 依賴性中發揮關(guan) 鍵作用。某些疾病是由 RBP 的基因變化引起的，影響了 RBP 與(yu) RNA 的結合。

RNA-PROTAC 的新型嵌合結構來靶向 RBP。 2021年，Jonathan Hall研究小組提出基於(yu) RNA的PROTACs的設計理念，作者成功構建了靶向 RBP（RNA 結合蛋白）的 RNA-PROTAC。使用小 RNA 模擬物作為(wei) 靶向基團，它們(men) 可以特異性結合 RBP RNA 結合位點。 PROTAC 泛素化 RBP，然後通過泛素蛋白酶體(ti) 係統降解它們(men) 。作者對兩(liang) 種 RBP（幹細胞因子 LIN28 和剪接因子 RBFOX1）的降解進行了概念驗證，並展示了它們(men) 在癌細胞係中的用途。 RNA-PROTACs靶向Lin28蛋白，這是一種幹細胞因子和癌蛋白，是多種疾病的潛在藥物靶點，具有很高的研究價(jia) 值。

TF-PROTAC

轉錄因子（TF）是治療包括癌症在內(nei) 的疾病的一類重要治療靶點。由於(yu) TFS缺乏激酶或其他酶中常見的活性或變構位點，傳(chuan) 統的小分子抑製劑很難與(yu) 其結合。因此，轉錄因子一度被認為(wei) 是“不可成藥"的靶點，存在難以逾越的技術瓶頸。哈佛大學Wenyi Wei教授和西奈山伊坎醫學院Jian Jin教授報道了一種基於(yu) 寡核苷酸鏈的“ TF-PROTAC "，它由DNA寡核苷酸和E3配體(ti) 通過點擊反應連接而成（圖4），並能選擇性地降解致病性TF。 TF-PROTAC 的選擇性取決(jue) 於(yu) 所使用的 DNA 寡核苷酸。

作者成功開發了兩(liang) 個(ge) 係列的基於(yu) VHL的TF-PROTAC：NF-κB-PROTAC（dNF-κB）和E2F-PROTAC（dE2F），分別有效降解細胞內(nei) 的內(nei) 源性p65和E2F1蛋白，並表現出優(you) 異的抗-細胞增殖作用（圖5）。

2021 年，Crews 團隊還報道了靶向轉錄因子 (TF) 的寡核苷酸 PROTAC：oligoTRAFTAC（圖 6）。OligoTRAFTAC由與(yu) TF 和 E3 泛素連接酶配體(ti) 結合的寡核苷酸鏈組成。

蛋白質印跡實驗表明，oligoTRAFTAC 成功降解了兩(liang) 種致癌轉錄因子：c-Myc 和 brachyury。此外，作者發現oligoTRAFTACs可以成功降解脊索瘤細胞係的brachyury，並且在隨後的體(ti) 內(nei) 斑馬魚模型實驗中也表現出良好的降解活性（圖7）。

基於適配體的PROTAC 

適體(ti) 是寡核苷酸（DNA 或 RNA）序列。寡核苷酸片段通常通過指數富集配體(ti) 係統進化（SELEX）體(ti) 外篩選從(cong) 核酸文庫中獲得。核酸接頭因其可以與(yu) 多種目標物質以高特異性和選擇性結合而被廣泛應用。 2021年，譚衛紅課題組基於(yu) 核酸適配體(ti) AS1411：ZL216設計了PROTAC（圖8）。

AS1411可以特異性靶向腫瘤細胞中高表達的核仁素受體(ti) ，核仁素受體(ti) 與(yu) 其配體(ti) 結合後被內(nei) 化。作者通過體(ti) 外實驗證明PROTAC具有較高的水溶性和血清穩定性。此外，作者發現ZL216促進乳腺癌細胞中核仁素受體(ti) -ZL216-VHL三元複合物的形成，並在體(ti) 外和體(ti) 內(nei) 有效誘導核仁素受體(ti) 降解。隨後的細胞增殖和遷移實驗表明，ZL216還抑製乳腺癌細胞的增殖和遷移（圖9）。

適體-PROTAC 綴合物 (APC)

PROTAC是一種很有前景的靶向蛋白質降解策略。作為(wei) 一種有效的靶向蛋白質降解方法，PROTACs在催化性能、高選擇性、克服耐藥性、有效阻斷非成藥靶點等方麵顯著優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統小分子藥物。但PROTAC一般具有高分子量和高疏水性，其理化性質很大程度上超過了“五法則"（RO5）。因此，傳(chuan) 統PROTAC的藥物開發往往受到其細胞膜通透性差、藥代動力學（PK）特性差以及缺乏腫瘤特異性靶向的限製。

為(wei) 此，盛春泉課題組提出了Aptamer-PROTAC Conjugates（APCs）的設計理念。 APC 是通過可裂解的連接鏈將 PROTAC 靶向 BET 蛋白與(yu) 適體(ti) AS1411 (AS) 偶聯而獲得的（圖 10）。其中，核酸適體(ti) AS1411可以選擇性靶向腫瘤細胞表麵高表達的核仁素受體(ti) 。 AS本身對核仁素受體(ti) 過表達的腫瘤具有良好的抑製活性，目前正在II期臨(lin) 床試驗中進行評估。腫瘤細胞中穀胱甘肽含量豐(feng) 富，因此連接鏈選擇可被穀胱甘肽（GSH）裂解的二硫鍵，可選擇性響應腫瘤微環境，在連接鏈裂解後釋放活性BET降解劑。

圖 10. APC 的設計策略

與(yu) 未修飾的BET PROTAC（PRO）相比，APC綴合物（APR）在McF-7細胞的小鼠異種移植模型中表現出改善的腫瘤靶向能力，從(cong) 而增強BET蛋白的體(ti) 內(nei) 降解和抗腫瘤效力。因此，APC策略為(wei) 腫瘤特異性靶向PROTAC的開發提供了新的設計思路。

圖11 蛋白質降解實驗及體(ti) 內(nei) 成像、抗腫瘤實驗

適配體(ti) PROTACs Conjugates (APCs)的發展自提出以來可謂“驚天動地"。與(yu) 傳(chuan) 統PROTAC相比，基於(yu) 核酸的PROTAC提高了傳(chuan) 統小分子PROTAC的靶向性，在提高水溶性、膜通透性、腫瘤靶向性等方麵發揮著重要作用。由於(yu) 核酸藥物在體(ti) 內(nei) 易被核酸酶水解，半衰期短，極大限製了其在生物醫學中的應用。未來的研究方向應集中於(yu) 提高核酸藥物的穩定性、延長半衰期、改善藥代動力學性質、解決(jue) 核酸藥物遞送問題。 

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