臨床上使用的大多數(shù)藥物都是基于小分子的,。與傳統(tǒng)的小分子抑制劑和拮抗劑不同,，蛋白質(zhì)降解技術(shù)由于能夠誘導治療靶點蛋白質(zhì)的降解，近年來發(fā)展迅速,，為新藥的開發(fā)提供了新的思路,。
PROTACs（PROteothesis-Targeting Chimeras）的概念最早由Crews等人提出。 2001年,，PROTACs可以利用體內(nèi)天然的蛋白質(zhì)清潔系統(tǒng)來降低蛋白質(zhì)水平而不是抑制蛋白質(zhì)功能,，從而治愈疾病。 PROTAC是一種異雙功能分子,，看起來像啞鈴,，分子的一端連接到結(jié)合靶蛋白的配體，一端連接到E3泛素連接酶,，中間有合適的接頭,。 PROTAC對目標蛋白的降解是通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）實現(xiàn)的：PROTAC分子與目標蛋白（POI）和E3連接酶結(jié)合形成三元復合物，對目標蛋白進行泛素化標記,，泛素化蛋白被泛素化酶識別并降解,。細胞內(nèi)蛋白酶體26S。
2022年6月9日,，清華大學饒宇教授團隊在Nature旗下Signal Transduction and Targeted Therapy雜志上發(fā)表了題為“ PROTACs：學術(shù)界和工業(yè)界的巨大機遇（2020年至2021年更新） "的綜述文章,，詳細介紹了 近兩年PROTAC技術(shù)的研究進展,，總結(jié)了PROTAC針對癌癥,、病毒感染、免疫疾病,、神經(jīng)退行性疾病的代表性新靶點,。
近20年來，PROTAC領(lǐng)域進入了快速發(fā)展期,，特別是2015年以Pomalidomide為E3連接酶配體的dBET1 PROTAC成功降解BET蛋白以來,，近兩年P(guān)ROTAC相關(guān)研究論文不斷涌現(xiàn)。經(jīng)歷了爆發(fā)式增長,。 2019年,，饒宇團隊總結(jié)了40多個據(jù)報道被PROTAC降解的蛋白質(zhì)靶點。近兩年新增了約90個可被PROTAC降解的蛋白靶點,，涵蓋癌癥,、免疫紊亂、病毒感染,、神經(jīng)退行性疾病等疾病領(lǐng)域,，其中癌癥是主要應(yīng)用領(lǐng)域,。
圖2.近兩年P(guān)ROTAC相關(guān)研究的快速發(fā)展
（Signal Transduct Target Ther, 7(1): 181.）
據(jù)統(tǒng)計，基于PROTAC技術(shù)的不同降解劑可降解約54種激酶,，占總靶點的45%,。激酶已被優(yōu)選作為蛋白質(zhì)降解的靶標，主要是因為大多數(shù)激酶具有已知且有效的抑制劑或配體,，可以輕松修飾以連接接頭并保持足夠的結(jié)合親和力,。此外，激酶具有深層結(jié)合袋,，可促進 PROTAC 的結(jié)合,，從而誘導激酶與 E3 連接酶的相互作用，進而泛素化并最終降解激酶,。此外,，盡管激酶蛋白具有高度同源性，PROTAC 仍可以選擇性降解不同激酶亞型,。
迄今為止,，已發(fā)現(xiàn)518種激酶，參與細胞生存,、增殖,、分化、凋亡,、代謝等多種生理調(diào)節(jié)過程,。如下圖所示，這些激酶根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可以分為九類,，即受體酪氨酸激酶（RTKs）,、TKL激酶（TKLs）、STE激酶（STEs）,、CAMK激酶（CAMKs）,、AGC激酶(AGC)、CMGC 激酶 (CMGC),、非典型蛋白激酶,、CK1 激酶 (CK1) 等。其中,，紅色標記的是人類可降解激酶,，具有現(xiàn)有的PROTAC降解劑。受體酪氨酸激酶（RTK）和CMGC激酶（CMGC）的PROTAC降解劑最為發(fā)達,，分別有19個和14個,，占總數(shù)的一半以上。相比之下,，CK1 激酶 (CK1) 和 CAMK 激酶 (CAMK) 尚未開發(fā)出 PROTAC 降解劑,。
圖 3. 基于 PROTAC 技術(shù)的可降解人類激酶及其分類
（Signal Transduct Target Ther, 7(1): 181.）
由于PROTACs是在POI抑制劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，因此仍然存在一定程度的脫靶效應(yīng)。由于PROTAC的分子量較大,，其細胞膜通透性差和藥代動力學（PK）特性大大降低了其生物學和治療效果,。此外，有些PROTAC雖然能有效誘導靶蛋白降解,，但其生物學作用較弱,，對疾病沒有有效作用。最后,，大多數(shù)蛋白質(zhì)沒有相應(yīng)的小分子綴合物來設(shè)計PROTAC,，例如在疾病發(fā)展中發(fā)揮重要作用的轉(zhuǎn)錄因子。由于轉(zhuǎn)錄因子的抑制劑很少,，因此在設(shè)計靶向轉(zhuǎn)錄因子的PROTAC時沒有可用的粘合劑,。這極大地限制了PROTAC技術(shù)的應(yīng)用。 為了解決上述問題,，近年來出現(xiàn)了不同類型的PROTAC技術(shù),，例如抗體-PROTAC、適體-PROTAC綴合物,、雙靶點PROTAC,、葉酸籠式PROTAC和TF-PROTAC。
Antibody-PROTAC是一種探索新型抗體-PROTAC綴合物與抗體組裝的新策略,。該技術(shù)能夠?qū)Σ煌毎徒M織中的蛋白質(zhì)進行特異性降解,，從而優(yōu)化治療窗口，減少廣譜 PROTAC 的副作用,，并增加其作為藥物或化學工具的潛力,。
適配體是具有復雜三維結(jié)構(gòu)的單鏈核酸，主要包括莖,、環(huán),、發(fā)夾和G4聚合物,。它們通過氫鍵,、范德華力、堿基堆積力,、靜電效應(yīng)等特殊作用與靶蛋白結(jié)合,，具有較高的特異性和親和力，可提高傳統(tǒng)PROTAC的水溶性,、膜通透性和腫瘤靶向性,。
在癌癥的發(fā)生和發(fā)展過程中，通常有多種因素共同作用,，包括不同種類的激酶和生長因子,，它們可以獨立作用,，也可以通過信號網(wǎng)絡(luò)相互干擾。該方法主要是設(shè)計一個結(jié)合兩個或多個藥效團的單一分子,，同時靶向兩個或多個抗腫瘤靶點,。
葉酸受體 α (FOLR1) 在正常組織中表達較低，但在許多人類癌癥中表達較高,。葉酸籠式 PROTAC 是另一種提高 PROTAC 靶向特異性的技術(shù),。基本原理是將葉酸基團引入PROTAC分子中,，實現(xiàn)在靶細胞和組織中的釋放,。該技術(shù)中，葉酸通過細胞內(nèi)源性水解酶的作用釋放出活性PROTAC,，然后降解劑誘導目標蛋白的降解,。
轉(zhuǎn)錄因子（TF）是一類參與基因表達和調(diào)控的蛋白質(zhì)，也是癌癥治療的潛在靶點,。與傳統(tǒng)激酶不同,，轉(zhuǎn)錄因子不具有激酶或其他酶中常見的活性口袋或變構(gòu)調(diào)節(jié)位點，這使得它們難以被小分子抑制劑靶向,。由于TF可以結(jié)合特定的DNA序列并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程,，因此理論上可以靶向具有不同DNA序列的TF而不是小分子抑制劑。因此,，TF-PROTAC將靶向蛋白的小分子配體替換為相應(yīng)的DNA序列,，從而形成TF-PROTAC，靶向特異性TF,，并誘導其降解,，從而調(diào)節(jié)特異性TF的水平和生物學功能。
與其他藥物和療法相比,， PROTACs具有許多潛在的優(yōu)勢,，例如廣泛的組織分布和口服給藥。與其他療法（如細胞療法,、抗體藥物等）相比,，PROTAC的生產(chǎn)工藝更為簡單。與小分子藥物相比,，PROTAC可以靶向更多小分子藥物無法靶向的靶點,，從而產(chǎn)生更好的療效。因此,，PROTAC技術(shù)受到業(yè)界高度關(guān)注,，并開始應(yīng)用于癌癥、免疫紊亂,、病毒感染,、神經(jīng)退行性疾病等藥物研發(fā),，其中以癌癥領(lǐng)域的應(yīng)用為主一。
PROTACs作為一項新興且有前景的技術(shù),，在以下方面顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
首先,，PROTAC 對耐藥靶點表現(xiàn)出異常的敏感性。傳統(tǒng)上,，化療一直是癌癥治療的主要手段,，但化療藥物的獲得性耐藥性阻礙了臨床應(yīng)用并導致疾病復發(fā)。后來開發(fā)出激酶抑制劑,，免疫療法也暴露了耐藥性的問題,。由于PROTAC通過清除整個靶蛋白來影響蛋白功能，包括酶促活性功能和非酶促功能,，因此該技術(shù)有望解決當前治療面臨的潛在耐藥性,。
其次，PROTACs有潛力瞄準“不可成藥的目標",。大多數(shù)小分子藥物或大分子抗體需要與酶或受體的活性位點結(jié)合才能發(fā)揮作用,；然而，據(jù)估計,，人體細胞中 80% 的蛋白質(zhì)都缺乏這樣的位點,。 PROTAC 可以通過任何角落和縫隙抓住目標蛋白質(zhì)。
第三,，PROTACs可以影響非酶功能,。傳統(tǒng)的小分子藥物通常通過消除其靶標的酶活性來發(fā)揮作用。越來越多的研究表明,，PROTACs具有擴大靶點“可成藥空間"并控制蛋白酶和非酶功能的潛力,。
PROTAC 與其他治療技術(shù)的比較
（來源：信號轉(zhuǎn)導和靶向治療）
Arivinas由Craig Crews創(chuàng)立，進行 PROTAC技術(shù)的藥物開發(fā),。 近兩年,， Arivinas公司開發(fā)的針對雄激素受體（AR）的PROTAC抑制劑ARV-110和針對雌激素受體（ER）的PROTAC抑制劑ARV-471在前列腺癌和乳腺癌中得到了臨床驗證，分別是PROTAC技術(shù)應(yīng)用的里程碑,。
除了作為研究工具外,，PROTAC 在疾病治療方面也具有巨大的應(yīng)用潛力。它已成為一種新的藥物發(fā)現(xiàn)模式,，有潛力將傳統(tǒng)藥物發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌闹匕醑煼?。截?022年3月，如下表所示,，全球已有十余種PROTAC藥物進入臨床開發(fā)階段。其中Arvinas的ARV-110和ARV-471已進入臨床II期,，是PROTAC藥物中臨床進展最快的,。
表1. 全球臨床和IND階段基于PROTAC技術(shù)的蛋白降解候選藥物匯總
（Signal Transduct Target Ther, 7(1): 181.）
與其他藥物和療法相比,，PROTACs具有許多潛在的優(yōu)勢，例如廣泛的組織分布和口服給藥,。與其他療法（如細胞療法,、抗體藥物等）相比，PROTAC的生產(chǎn)工藝更為簡單,。與小分子藥物相比,，PROTAC可以靶向更多小分子藥物無法靶向的靶點，從而產(chǎn)生更好的療效,。因此,，PROTAC技術(shù)受到業(yè)界高度關(guān)注，并開始應(yīng)用于癌癥,、免疫紊亂,、病毒感染、神經(jīng)退行性疾病等藥物研發(fā),，其中以癌癥領(lǐng)域的應(yīng)用為主一,。由克雷格·克魯斯 (Craig Crews) 創(chuàng)立的阿里維納斯 (Arivinas) 是第一個推出該藥物的公司PROTAC技術(shù)的發(fā)展。近兩年,，Arivinas公司開發(fā)的針對雄激素受體（AR）的PROTAC抑制劑ARV-110和針對雌激素受體（ER）的PROTAC抑制劑ARV-471在前列腺癌和乳腺癌中得到了臨床驗證,，分別是PROTAC技術(shù)應(yīng)用的里程碑。
盡管PROTAC在過去20年中發(fā)展迅速,，但仍有許多挑戰(zhàn)需要解決,。這些挑戰(zhàn)主要來自兩個方面，即PROTAC分子設(shè)計和成藥性的優(yōu)化,，以及生物活性的綜合評價,。第一個是關(guān)于 PROTAC 的分子設(shè)計和成藥性，涉及靶蛋白配體,、新的 E3 連接酶配體和新的接頭,。二是生物活性評價，涉及PROTAC分子的篩選,、成藥性評價和藥理評價,。這些問題目前還沒有現(xiàn)成的答案，但相信隨著更多生物學,、藥理學和臨床研究的發(fā)展,，新的評價方法和體系將逐步建立來解決這些問題。相信未來會有越來越多的PROTAC進入臨床前和臨床研究,，這將進一步測試PROTACs的治療效果,。預(yù)計未來PROTAC技術(shù)將為人類疾病治療和生命健康帶來裨益。
PROTAC 開發(fā)中常用的接頭是 PEG。Biopharma PEG是一家專業(yè)的PEG衍生物供應(yīng)商,，提供多功能PEG衍生物作為PROTAC連接體,。我們擁有 3000 多種高純度PEG 連接體庫存，為客戶的制藥和生物技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的聚乙二醇化,、生物共軛,、ADC 藥物開發(fā)提供支持。
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