靶向蛋白降解係列（三）：分子膠，挑戰不可成藥

靶向蛋白質降解（targeted protein degradation，TPD）是一種快速發展的藥物發現策略，使用小分子招募E3泛素連接酶並促進蛋白水解。在治療腫瘤、傳染病、炎症及神經退行性疾病等領域具有巨大的潛力，突破“不可成藥”問題。隨著分子膠降解劑的興起，分子膠降解劑可誘導或穩定泛素連接酶和目標蛋白（底物）之間的蛋白-蛋白相互作用（PPI）,導致蛋白質泛素化和隨後的蛋白酶體降解。目前多家藥企在布局此領域，用於開發新的療法來滿足未滿足的臨床需求。

靶向蛋白降解劑的發展曆程^[1]

分子膠概述

分子膠降解劑是一類可誘導E3泛素連接酶底物受體與靶蛋白之間發生相互作用，經泛素化被蛋白酶體降解的小分子。分子膠可以增強和穩定蛋白質相互作用；還能修複因突變而減弱的蛋白質相互作用；且誘導 E3 泛素連接酶與蛋白質靶標的相互作用，進而觸發了靶蛋白的多聚泛素化，通過蛋白酶體降解；分子膠還可以調節蛋白質功能，例如PKM2 是一種與癌症相關的丙酮酸激酶，在同二聚體形式中活性較低，分子膠可以穩定二聚體並將兩個二聚體“粘合”在一起形成 PKM2 同四聚體，從而增加酶活性。

分子膠和分子膠降解劑及其作用機製^[2]

分子膠 VS PROTAC

PROTAC和分子膠都是基於泛素蛋白酶體係統的靶向蛋白質降解技術。其中，PROTAC是通過招募E3泛素連接酶，誘導靶蛋白靠近E3泛素連接酶，導致靶蛋白泛素化和降解。而分子膠是通過修飾泛素連接酶表麵，促進或誘導E3泛素連接酶與靶蛋白之間發生蛋白-蛋白相互作用（PPI），使靶蛋白泛素化進而降解。

與PROTAC不同的是，分子膠對E3泛素連接酶和靶蛋白具有雙配體結構特征，兼具同兩個蛋白結合的功能，促進兩個蛋白發生泛素化, 對那些非可藥性靶標以及蛋白-蛋白相互作用也可因之而降解。分子膠化學結構簡單、分子量小，細胞通透性高，口服吸收較好，符合用藥五原則，具有較好的成藥性。分子膠策略為靶向蛋白降解領域的藥物開發提供了新的研究思路。

通過泛素 (Ub)-蛋白酶體係統降解目標蛋白 (POI) 示意圖：分子膠(A)；PROTAC (B) ^[1]

分子膠舉例

❖ Cyclosporine A （環孢菌素 A）

環孢菌素最初是在抗生素篩中分離得到的。環孢菌素 A (CsA)是一種高度特異性的 T 細胞活化抑製劑。1984 年環孢菌素 A (CsA) 免疫抑製的生化機製首次被揭示。環孢菌素 A [Cyclosporin A, CsA] 可結合親環蛋白 18 (Cyp18)形成Cyp18-CsA 複合物，Cyp18/CsA 複合物可以與鈣/鈣調蛋白依賴性絲氨酸-蘇氨酸蛋白磷酸酶鈣調神經磷酸酶 (CaN) 結合，抑製活化T細胞核因子 （NFAT）的去磷酸化使其不能進入核內，從而抑製IL-2和 IL-4的轉錄，從而降低效應 T淋巴細胞的功能。

❖ Voclosporine （伏環孢素）

Voclosporin（沃環孢素）是一種鈣調神經磷酸酶抑製劑。Voclosporin是環孢菌素A（cyclosporine A）的一種結構類似物。與 CsA 相比顯示出更強的鈣調神經磷酸酶 (CaN)  抑製作用和更好的代謝穩定性。與單獨使用CsA 相比，Voclosporin提高了患者的生存率並預防了腎衰竭，Voclosporin已被FDA批準用於治療活動性狼瘡腎炎(LN)。

Cyclophilin A 和Voclosporine分子膠的結構^[3]

❖ Rapamycin（雷帕黴素）

Rapamycin是另一種免疫抑製性天然產物，可結合 FKBPs。Rapamycin的免疫抑製作用不是通過抑製鈣調神經磷酸酶 (CaN)介導的。Rapamycin與 FKBPs 及mTOR形成三元複合物。mTOR 對細胞生長和增殖相關的信號通路具有重大影響。mTOR是細胞生長和增殖的重要因子，它的變異與腫瘤密切相關。由於Rapamycin及其衍生物介導非可藥性靶蛋白mTOR生成FKBP-Rapa-mTOR三元複合物，所以其具有類似分子膠的作用，調節mTOR的多項功能。

❖ FK506（Tarcrolimus；他克莫司）

FK506用作器官排斥的口服藥物或牛皮癬的局部用藥，具有免疫抑製作用，FK506與“FK506 結合蛋白”(FKBP)結合，而不是親環素。而其中與FK506和雷帕黴素結合的FKBP最先確定的是FKBP12。與 CsA 對鈣調神經磷酸酶的非競爭性抑製類似， FK506/ FKBP複合物通過抑製鈣調神經磷酸酶發揮其免疫抑製作用。

雷帕黴素、FK506 誘導的 FKBP-蛋白質相互作用^[3]

上述藥物介導兩個蛋白的相互作用，形成的三元複合物阻斷了靶蛋白的功能，所以它們被稱之為分子膠。

❖ 沙利度胺（Thalidomide）和類似物 (IMiD)

CRBN E3 連接酶被靶蛋白降解劑 (TPD) 招募，從而誘導泛素化和隨後的靶蛋白蛋白酶體降解。而結合 E3 連接酶 CRBN 的小分子是研究最多的分子膠。沙利度胺及其衍生物 （IMiD）通過穩定 CRBN 而發揮分子膠的作用，並招募幾種新底物進行泛素化，導致轉錄因子 (IKZF1) 和 Aiolos (IKZF3) 的蛋白酶體降解。IKZF1和IKZF3是淋巴細胞譜係轉錄因子，是多發性骨髓瘤惡性漿細胞存活的關鍵調節因子。IKZF1和IKZF3由於缺乏可成藥的結合口袋，被認為是不可成藥的靶蛋白。沙利度胺及其類似物來那度胺(Lenalidomide)和泊馬度胺(Pomalidomide)可以誘導CUL4-DDB1-RBX1-CRBN E3連接酶複合物的形成。這種三元複合物促進IKZF1和IKZF3的泛素化和降解，抑製多發性骨髓瘤細胞增殖的和B細胞分化。這三種藥物被美國FDA批準用於治療多發性骨髓瘤。

❖ CC-885

CC-885作為是一種CRBN調節劑，在多種腫瘤細胞中具有抗增殖活性。CC-885 可以誘導 IKZF1 降解，還可以促進CRBN與新型底物GSPT1的結合，靶向其降解。CC-885 對患者來源的急性髓性白血病 (AML) 細胞顯示出亞納摩爾濃度的效力。

沙利度胺和類似物分子膠(IMiD)^[2]

❖ (R)-CR8（CR8）

前麵的範例是在已知抗腫瘤活性的機製研究基礎上揭示出的分子膠，可謂由偶然發現得來的，化合物CR8則是有目的篩選而發現的。Sabicki等將4518個藥物或臨床前小分子與578株腫瘤細胞溫孵，測定了499株細胞中E3泛素連接酶的mRNA水平，從而發現了CR8。CR8作為分子膠，結合於CDK12-cyclin K，並與E3連接酶CUL4的銜接蛋白DDB1之間形成複合物DDB1-CR8-CDK12，從而使cyclin K發生泛素化，繼之將其降解而殺傷腫瘤。在此，CR8參與的蛋白-蛋白相互作用繞過了對底物受體的互補性要求。

RBX1- CUL4-DDB1 (CRL4) 與R-CR8-CDK12-cycK複合物相結合^[4]

❖ GT919

GT919膠囊是一款分子膠降解劑，也是標新生物的首個分子膠降解劑產品，已獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）批準進入臨床試驗，用於惡性血液腫瘤的治療。分子膠降解劑是一類可誘導E3泛素連接酶底物受體與靶蛋白之間新型相互作用，從而導致靶蛋白降解的小分子。據標新生物新聞稿介紹，GT919致力於解決目前臨床上來那度胺類藥物的耐藥性及安全性問題。

對於GT919的研發，hjc黄金城憑借紮實的研發實力，高效完成了其從藥物發現到臨床申報，包括藥物發現、藥學研究、臨床前研究等一站式臨床前研究服務，得到了標新生物的高度認可。新藥獲批離不開合作雙方全力以赴的通力配合。hjc黄金城在與標新生物的彼此信任、相互支持下，為GT919提供了一站式臨床前研發服務，助力獲批臨床，展現了創新藥企的原研創新實力，也再次體現了hjc黄金城一站式生物醫藥臨床前研發服務平台的能力及優勢。

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總結

蛋白-蛋白相互作用 (PPI)對於許多細胞過程至關重要。如果發生蛋白質相互作用失調常常會導致多種疾病的發生，如腫瘤和阿爾茨海默病等。所以在蛋白相互作用失調並導致疾病發生時，開發調節這些蛋白相互作用的藥物成了臨床待解決的目標。目前絕大部分藥物是蛋白抑製劑。然而很多導致疾病的蛋白難於被傳統小分子藥物靶向,這些蛋白被稱為“不可成藥”靶點。而分子膠可以針對一些不可成藥的靶點進行藥物開發。

分子膠可以增強和穩定蛋白-蛋白相互作用 (PPI)、修複 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)並促進新的 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)。分子膠可以通過抑製或激活蛋白伴侶或通過招募E3 泛素連接酶靶向蛋白複合物進行降解，從而來調節蛋白功能。以合理的方式設計分子膠一直是並將繼續是一個挑戰。目前大多數分子膠及其作用機製一般是偶然發現的。而分子膠的篩選涉及小分子化合庫的高通量篩選，這項工作有點類似大海撈針。展望未來，研究蛋白質-蛋白質相互作用和功能三元結構對於以高通量方式合理地設計分子膠至關重要。我們期待未來可以更高效地篩選甚至根據底物結構進行理性設計全新的分子膠，用於降解體內大量的“不可成藥”的疾病靶點。

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❖ 靶向蛋白降解係列(一)：PROTAC技術開啟研發新領域

❖ 靶向蛋白降解係列(二)：全流程DMPK服務鼎力相助PROTAC藥物研發

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