PROTAC 技术靶向降解 BTK | MCE

作者：MedChemExpress
非霍奇金淋巴瘤（Non-Hodgkin’slymphoma,NHL）是一种B细胞恶性血液肿瘤。目前，利用药物（如Ibrutinib）抑制BTK[1]激酶活性是治疗NHL的重要方法。但是，由于抑制剂与BTK结合位点的突变，使得很多淋巴瘤病人对Ibrutinib的治疗方案产生耐受，这就对寻找新的治疗方案提出了迫切要求。
PROTAC（Proteolysis-targetingchimera）是新兴的利用化合物降解靶向蛋白的方法[2] 。 PROTAC技术利用细胞内天然存在的蛋白降解途径-泛素化蛋白酶体途径（Ubiquitinproteasomepathway）来清除需要被降解的特异蛋白。细胞内结构或功能异常的蛋白通过一系列酶（泛素化酶E1 ， E2 ， E3）的作用，被标记上多泛素化，随之被转移到蛋白酶体里进行降解[3] 。一个PROTAC分子包括两个关键的结构域：与需要降解的靶蛋白特异结合的结构域、与E3泛素化连接酶结合的结构域，二者通过特定的连接子相连（如图1）。 PROTAC分子通过上述两个关键结构域将需要降解的蛋白与E3泛素化连接酶连接起来，从而实现靶蛋白的多泛素化和蛋白酶体降解。

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图1.PROTAC技术示意图
近期，有两组科学家都利用PROTAC技术研制出了可以靶向降解BTK激酶的化合物，他们的研究成果分别发表在国际顶级期刊PANS[4]和CellResearch[5] 。他们设计的靶向降解BTK的PROTAC分子结构如图2所示，该PROTAC由结合BTK的配体、连接子（linker）和结合CRBN（cereblon ， E3连接酶的重要组分，介导E3与底物结合）的配体构成。

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图2.PROTAC靶向BTK分子示意图
AdelajdaZorba团队[4]设计了拥有不同长度的连接子的靶向降解BTK的PROTACs分子，并用WesternBlot检测了细胞水平PROTACs对BTK的降解效率，结果发现PROTACs分子在1h左右的时间即可开始对BTK有明显的降解作用，且BTK的降解作用对PROTACs分子有明显的剂量依赖作用（图3）。

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图3.PROTACs分子降解BTK
此外，他们还研究了连接子的长度对于PROTACs分子与靶蛋白及E3连接酶结合形成三元络合物的效率关系，发现在一定范围内，较长的连接子对于三元络合物的形成更有利（图4）。
图4.不同linker长度对BTK-PROTAC-E3三元络合物形成的影响
YonghuiSun团队[5]设计的BTK特异的PROTAC分子不仅可以靶向降解野生型的BTK蛋白，同时也可以高效的降解对Ibrutinib耐受的突变型BTK蛋白（图5），可以为ibrutinib耐受的NHL病人提供新的治疗思路。

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图5.PROTAC在多种细胞系中降解BTK[5]
PROTAC利用细胞自身的蛋白质降解机制-泛素化蛋白酶体途径来靶向降解特定的蛋白，除了上述两组科学家发表的成果，目前还在诸多其他蛋白（如BET、ER、AR等）的降解中取得了进展。此外， PROTAC技术可以很好地解决很多不可成药（undruggable）的靶点如转录因子等的靶向降解问题，在以后的靶向治疗中将会发挥重要作用。
参考文献
[1]Davis,R.E.etal.ChronicActiveB-cell-receptorSignallinginDiffuseLargeB-cellLymphoma.Nature463,88–92(2010).
[2]CarmonyKC,KimKB.PROTAC-InducedProteolyticTargeting
MethodsMolBiol.2012;832:627-38.
[3]RoetenMSF,etal.Positioningofproteasomeinhibitorsintherapyofsolidmalignancies.CancerChemotherPharmacol.2018Feb;81(2):227-243.
[4]ZorbaA,etal.DelineatingtheroleofcooperativityinthedesignofpotentPROTACsforBTK.ProcNatlAcadSciUSA.2018Jul31;115(31):E7285-E7292.
[5]SunY,etal.PROTAC-inducedBTKdegradationasanoveltherapyformutatedBTKC481Sinducedibrutinib-resistantB-cellmalignancies.