文丨曼话

来源丨医药魔方Pro

PROTAC是一种不同于抗体和传统小分子抑制剂的新药物类型，由3部分组成：靶蛋白binder、linker以及E3泛素连接酶binder。也就是说，PROTAC分子的一端与靶蛋白结合，另一端与E3泛素连接酶结合。而E3泛素连接酶可通过将一种叫做泛素的小蛋白贴在靶蛋白上将其标记为缺陷或受损蛋白。之后，细胞的蛋白粉碎机（即，蛋白酶体）会识别和降解被标记的靶蛋白。基于这种作用机制，基于PROTAC技术研发的药物也被称为蛋白降解剂。

PROTAC的发现始于2001年，当时加州理工学院的Raymond Deshaies博士与耶鲁大学的Craig Crews教授在一篇PNAS论文中描述了一款基于肽的PROTAC。不过，这种基于大而笨重的肽起连接作用的一代PROTAC在人类细胞中活性较低，之后Crews教授及其同事一直在改进这一技术。2008年，PROTAC领域取得了至关重要的进展，Crews教授团队报道了首个小分子PROTAC，他们设计出了基于E3连接酶MDM2、可用于降解雄激素受体(AR)的小分子降解剂。这一发现是该领域发展的一个重要转折，从那以后，PROTAC技术所能靶向的疾病靶点以惊人的速度增加。

为了将小分子PROTAC技术推向临床，2013年，Crews教授成立了Arvinas。在Arvinas成立之后，C4 Therapeutics、Kymera Therapeutics等新贵公司相继成立，均致力于探索小分子蛋白降解剂的治疗潜力。2019年，Arvinas靶向AR的口服小分子PROTAC ARV-110成为首个进入临床试验的蛋白降解剂。这是该领域的又一里程碑事件，代表着PROTAC技术往可成药的方向迈出了关键一步。不久后，Arvinas靶向ER的小分子PRORAC（ARV-471）也进入临床。

而随着ARV-110和ARV-471公布积极的I期临床结果，PROTAC领域的热度不断攀升，除了越来越多的初创公司加入这一赛道的竞争，制药巨头（如罗氏、辉瑞、拜耳、Biogen、默沙东、GSK、诺华、阿斯利康等）也毫不掩饰对PRORAC技术的热情。在国内，已有数十家企业布局PROTAC技术，其中海思科的口服BTK-PROTAC（HSK29116）、开拓药业的外用AR-PROTAC（GT20029）均已申报临床。

100多个PROTAC靶点

事实上经过10多年的积累，科学界和产业界已经开发出上千种PROTAC分子。不久前，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。该库收录了1600多个PROTAC、100多个靶点（如下图）、超过200个靶蛋白binder、超过60个E3连接酶配体以及超过800个linker。

表1 100多个在研PROTAC靶点

来源：Nucleic Acids Research、PROTAC-DB；制图：医药魔方

走在最前列的PROTAC分子

C4 Therapeutics的联合创始人Jay Bradner表示，近几年，PROTAC之所以受到了大量关注，是因为这类新型药物有它独特的优势，包括：1）选择性更强，因为这类蛋白降解剂依赖于靶点-PROTAC-E3酶之间的三重作用（在人类蛋白质组中估计有600个E3连接酶，每一种E3连接酶都有不同的细胞表达谱）；2）可靶向的靶点更广，因为PROTAC只需要与目标蛋白弱结合就可以特异性地“标记”它（act via transient binding events），不需要像传统的小分子抑制剂一样需要与目标蛋白有很强的结合（occupancy-based，通常是与活性位点结合），也正因为如此，PROTAC有望靶向先前被认为“不可成药”的靶点；3）作用更多面，因为传统的小分子只会阻断靶蛋白的活性部位，但基于PROTAC技术的蛋白降解剂会破坏靶蛋白的所有功能，包括支架功能。

目前，PROTAC药物的开发已经进入新的阶段，临床管线迅速扩展，很多公司正将候选分子推向临床开发。据Nature最新报告显示，到今年年底，至少15款蛋白降解剂（PROTAC和分子胶）会在患者中进行测试。这些项目主要针对癌症适应证，涉及的靶点有经过验证的，也有先前被认为难成药的（下表）。

表2 部分已经进临床或者即将进临床的PROTAC

补充：国内海思科（HSK29116）和开拓药物（GT20029）均有项目申报临床（来源：Nature Reviews Drug Discovery）

最热门靶点：AR、BTK

AR是蛋白降解领域最热门的靶点之一，也是首个进入临床的PROTAC分子（ARV-110）的靶点。之所以很多公司和机构选择AR作为靶点，是因为首先AR是一个经过验证的靶点，有多款药物获批上市（包括最早在1989年就获批上市的氟他胺，以及后来上市的恩扎卢胺）。其次是因为，患者对现有的AR抑制剂会产生耐药性，而AR降解剂有可能会克服这种耐药性。PROTAC-DB收录的1600多个PROTAC分子，有107个是靶向AR。

BTK是蛋白降解领域另一热门靶点。这也是一款经过验证的靶点。FDA在2013年批准了首个BTK抑制剂（伊布替尼）上市，去年该药的销售额达近百亿美元。与传统的小分子抑制剂相比，BTK-PROTAC也有望解决耐药问题。PROTAC-DB收录的1600多个PROTAC分子，有84个是靶向AR。

挑战难成药靶点：IRAK4、BRD9

一些针对难成药靶点的蛋白降解剂也在开发中，比如IRAK4。IRAK4是一种激活IL-1家族受体和Toll样受体(TLR)炎症信号的激酶。尽管IRAK4与关节炎、动脉粥样硬化、阿尔茨海默症、痛风、系统性红斑狼疮、银屑病等有关，但药物开发人员直到最近才在靶向IRAK4的小分子药物研发方面取得进展。

阻断IRAK4抑制剂研发的一个原因是，该蛋白除了激酶活性，还提供了支架功能。在利用IRAK4抑制剂阻断其激酶功能后，IRAK4依然能够依靠支架功能“保护“myddosome复合体，促进下游炎症信号传导。尽管包括辉瑞在内的一些公司仍在开发IRAK4抑制剂，但开发IRAK4-PROTAC（KT-474，主要适应症包括特应性皮炎和化脓性汗腺炎）的Kymera认为，IRAK4降解剂会提供更好的出路。PROTAC-DB收录的1600多个PROTAC分子，有24个是靶向IRAK4。

C4 Therapeutics正在攻克的难成药靶点是BRD9。BRD9是蛋白质溴域家族成员。含溴结构域的蛋白质能够识别组蛋白和其他蛋白质上乙酰化的赖氨酸。在过去的10年里，它们引起了业界相当大的关注，因为它们具有可成药的口袋和一系列的生物学功能，包括作为表观遗传“阅读器“（readers）。一些新发现揭示，BRD9在一种罕见的肉瘤中具有关键作用，这种作用可能是由其支架功能驱动的，确切的生物学原理还在研究中。虽然小分子能够高选择性地结合和抑制BRD9的溴域，但利用BRD9抑制剂杀伤癌细胞并没有获得好结果。而2018年发表的一篇论文显示，BRD9降解剂可阻止滑膜肉瘤小鼠模型的肿瘤进展。PROTAC-DB收录的1600多个PROTAC分子，有50多个是靶向BRD9。

C4 Therapeutics计划在今年晚些时候提交BRD9降解剂CFT8634的IND申请，开启该候选分子的I期临床试验。据悉，目前还没有公司或机构公布已将BRD9抑制剂推向临床。

分子胶新靶点：IKZF2、GSPT1

除PROTAC外，科学家们还发现，一类被称为分子胶（glue degrader）的小分子也可成功诱导靶蛋白的降解。简单来说，分子胶降解剂是一类可诱导E3泛素连接酶底物受体与靶蛋白之间新型相互作用，从而导致靶蛋白降解的小分子。沙利度胺类抗癌药物（包括来那度胺，2020年销售额超120亿美元）是分子胶的一个显著例子，这类药物可重定向E3泛素连接酶CRBN，从而使转录因子IKZF1和IKZF3多聚泛素化，导致IKZF1和IKZF3被蛋白酶体降解。类似地，抗癌磺胺类药物indisulam可引导E3泛素连接酶DCAF15降解剪接因子RBM23和RBM39。

有业内人士称，最理想的PROTAC其实就是做成“分子胶“。因为，分子胶在分子量、药理学活性方面比PROTAC更有成药前景。

分子胶领域近两年融资案例也很多，代表性公司Monte Rosa Therapeutics成立于2020年，目前已完成3轮融资，A轮融资3250万美元，B轮融资9600万美元，C轮融资9500万美元（上周）。其他布局分子胶的初创公司包括Neomorph、C4 Therapeutics、Seed Therapeutics、Coho Therapeutics等。布局分子胶的巨头包括诺华、BMS、礼来等。

如下图所示，目前已有一些分子胶候选产品进入临床开发阶段。其中，C4 Therapeutics将在即将到来的AACR上展示其靶向IKZF1/3的分子胶CFT7455的临床前数据。该公司计划在几个月内让CFT7455进入临床开发阶段。

表3 部分已经进临床或者即将进临床的分子胶

来源：Nature Reviews Drug Discovery

除了针对已经被证实的靶点（如IKZF1/3），业界也在开发靶向新靶点的分子胶，比如Helios (IKZF2)、GSPT1。Helios (IKZF2)是一种锌指转录因子，在immuno-oncology信号传导中起着作用，是一个有吸引力的癌症靶点。诺华开发的Helios (IKZF2)分子胶降解剂DKY709作为单药以及联合诺华的PD-1抗体DR001治疗晚期实体瘤的I期临床试验正在进行中。

BMS正在开发的CC-90009是一款靶向GSPT1的分子胶降解剂。GTP酶很难靶向，因为细胞内的GTP浓度很高，而且GTP结合袋与GTP酶结合强烈，因此很难开发出化合物来与GTP竞争。2016年，Celgene（已被BMS收购）的研究人员在Nature杂志上报道，他们可以使用重定向CRBN的分子胶降解剂来降解GTP酶GSPT1，并且患者来源的急性髓系白血病细胞对这种药物高度敏感。然后，他们优化了一种后续化合物CC-90009，以最大化GSPT1的降解，并使Ikaros、Aiolos和其他与毒性相关的新底物（neosubstrates）降解最小化。CC-90009在2016年进入I期临床。

“我们不仅成功降解了不可成药的靶点，还给患者带来了临床获益。这太令人兴奋了。“BMS肿瘤发生高级副总裁Mark Rolfe说道。

C4 Therapeutics的CSO Stewart Fisher表示，对于PROTAC和分子胶来说，未来两年是验证能否成药的关键年。

参考资料：

1# Targeted protein degraders crowd into the clinic（来源：Nature）

2# Gaoqi Weng et al. PROTAC-DB: an online database of PROTACs. Nucleic Acids Research(2020).