靶向蛋白降解系列（三）：分子胶，挑战不可成药

靶向蛋白质降解（targeted protein degradation，TPD）是一种快速发展的药物发现策略，使用小分子招募E3泛素连接酶并促进蛋白水解。在治疗肿瘤、传染病、炎症及神经退行性疾病等领域具有巨大的潜力，突破“不可成药”问题。随着分子胶降解剂的兴起，分子胶降解剂可诱导或稳定泛素连接酶和目标蛋白（底物）之间的蛋白-蛋白相互作用（PPI）,导致蛋白质泛素化和随后的蛋白酶体降解。目前多家药企在布局此领域，用于开发新的疗法来满足未满足的临床需求。

靶向蛋白降解剂的发展历程^[1]

分子胶概述

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发生相互作用，经泛素化被蛋白酶体降解的小分子。分子胶可以增强和稳定蛋白质相互作用；还能修复因突变而减弱的蛋白质相互作用；且诱导 E3 泛素连接酶与蛋白质靶标的相互作用，进而触发了靶蛋白的多聚泛素化，通过蛋白酶体降解；分子胶还可以调节蛋白质功能，例如PKM2 是一种与癌症相关的丙酮酸激酶，在同二聚体形式中活性较低，分子胶可以稳定二聚体并将两个二聚体“粘合”在一起形成 PKM2 同四聚体，从而增加酶活性。

分子胶和分子胶降解剂及其作用机制^[2]

分子胶 VS PROTAC

PROTAC和分子胶都是基于泛素蛋白酶体系统的靶向蛋白质降解技术。其中，PROTAC是通过招募E3泛素连接酶，诱导靶蛋白靠近E3泛素连接酶，导致靶蛋白泛素化和降解。而分子胶是通过修饰泛素连接酶表面，促进或诱导E3泛素连接酶与靶蛋白之间发生蛋白-蛋白相互作用（PPI），使靶蛋白泛素化进而降解。

与PROTAC不同的是，分子胶对E3泛素连接酶和靶蛋白具有双配体结构特征，兼具同两个蛋白结合的功能，促进两个蛋白发生泛素化, 对那些非可药性靶标以及蛋白-蛋白相互作用也可因之而降解。分子胶化学结构简单、分子量小，细胞通透性高，口服吸收较好，符合用药五原则，具有较好的成药性。分子胶策略为靶向蛋白降解领域的药物开发提供了新的研究思路。

通过泛素 (Ub)-蛋白酶体系统降解目标蛋白 (POI) 示意图：分子胶(A)；PROTAC (B) ^[1]

分子胶举例

❖ Cyclosporine A （环孢菌素 A）

环孢菌素最初是在抗生素筛中分离得到的。环孢菌素 A (CsA)是一种高度特异性的 T 细胞活化抑制剂。1984 年环孢菌素 A (CsA) 免疫抑制的生化机制首次被揭示。环孢菌素 A [Cyclosporin A, CsA] 可结合亲环蛋白 18 (Cyp18)形成Cyp18-CsA 复合物，Cyp18/CsA 复合物可以与钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸-苏氨酸蛋白磷酸酶钙调神经磷酸酶 (CaN) 结合，抑制活化T细胞核因子 （NFAT）的去磷酸化使其不能进入核内，从而抑制IL-2和 IL-4的转录，从而降低效应 T淋巴细胞的功能。

❖ Voclosporine （伏环孢素）

Voclosporin（沃环孢素）是一种钙调神经磷酸酶抑制剂。Voclosporin是环孢菌素A（cyclosporine A）的一种结构类似物。与 CsA 相比显示出更强的钙调神经磷酸酶 (CaN)  抑制作用和更好的代谢稳定性。与单独使用CsA 相比，Voclosporin提高了患者的生存率并预防了肾衰竭，Voclosporin已被FDA批准用于治疗活动性狼疮肾炎(LN)。

Cyclophilin A 和Voclosporine分子胶的结构^[3]

❖ Rapamycin（雷帕霉素）

Rapamycin是另一种免疫抑制性天然产物，可结合 FKBPs。Rapamycin的免疫抑制作用不是通过抑制钙调神经磷酸酶 (CaN)介导的。Rapamycin与 FKBPs 及mTOR形成三元复合物。mTOR 对细胞生长和增殖相关的信号通路具有重大影响。mTOR是细胞生长和增殖的重要因子，它的变异与肿瘤密切相关。由于Rapamycin及其衍生物介导非可药性靶蛋白mTOR生成FKBP-Rapa-mTOR三元复合物，所以其具有类似分子胶的作用，调节mTOR的多项功能。

❖ FK506（Tarcrolimus；他克莫司）

FK506用作器官排斥的口服药物或牛皮癣的局部用药，具有免疫抑制作用，FK506与“FK506 结合蛋白”(FKBP)结合，而不是亲环素。而其中与FK506和雷帕霉素结合的FKBP最先确定的是FKBP12。与 CsA 对钙调神经磷酸酶的非竞争性抑制类似， FK506/ FKBP复合物通过抑制钙调神经磷酸酶发挥其免疫抑制作用。

雷帕霉素、FK506 诱导的 FKBP-蛋白质相互作用^[3]

上述药物介导两个蛋白的相互作用，形成的三元复合物阻断了靶蛋白的功能，所以它们被称之为分子胶。

❖ 沙利度胺（Thalidomide）和类似物 (IMiD)

CRBN E3 连接酶被靶蛋白降解剂 (TPD) 招募，从而诱导泛素化和随后的靶蛋白蛋白酶体降解。而结合 E3 连接酶 CRBN 的小分子是研究最多的分子胶。沙利度胺及其衍生物 （IMiD）通过稳定 CRBN 而发挥分子胶的作用，并招募几种新底物进行泛素化，导致转录因子 (IKZF1) 和 Aiolos (IKZF3) 的蛋白酶体降解。IKZF1和IKZF3是淋巴细胞谱系转录因子，是多发性骨髓瘤恶性浆细胞存活的关键调节因子。IKZF1和IKZF3由于缺乏可成药的结合口袋，被认为是不可成药的靶蛋白。沙利度胺及其类似物来那度胺(Lenalidomide)和泊马度胺(Pomalidomide)可以诱导CUL4-DDB1-RBX1-CRBN E3连接酶复合物的形成。这种三元复合物促进IKZF1和IKZF3的泛素化和降解，抑制多发性骨髓瘤细胞增殖的和B细胞分化。这三种药物被美国FDA批准用于治疗多发性骨髓瘤。

❖ CC-885

CC-885作为是一种CRBN调节剂，在多种肿瘤细胞中具有抗增殖活性。CC-885 可以诱导 IKZF1 降解，还可以促进CRBN与新型底物GSPT1的结合，靶向其降解。CC-885 对患者来源的急性髓性白血病 (AML) 细胞显示出亚纳摩尔浓度的效力。

沙利度胺和类似物分子胶(IMiD)^[2]

❖ (R)-CR8（CR8）

前面的范例是在已知抗肿瘤活性的机制研究基础上揭示出的分子胶，可谓由偶然发现得来的，化合物CR8则是有目的筛选而发现的。Sabicki等将4518个药物或临床前小分子与578株肿瘤细胞温孵，测定了499株细胞中E3泛素连接酶的mRNA水平，从而发现了CR8。CR8作为分子胶，结合于CDK12-cyclin K，并与E3连接酶CUL4的衔接蛋白DDB1之间形成复合物DDB1-CR8-CDK12，从而使cyclin K发生泛素化，继之将其降解而杀伤肿瘤。在此，CR8参与的蛋白-蛋白相互作用绕过了对底物受体的互补性要求。

RBX1- CUL4-DDB1 (CRL4) 与R-CR8-CDK12-cycK复合物相结合^[4]

❖ GT919

GT919胶囊是一款分子胶降解剂，也是标新生物的首个分子胶降解剂产品，已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准进入临床试验，用于恶性血液肿瘤的治疗。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。据标新生物新闻稿介绍，GT919致力于解决目前临床上来那度胺类药物的耐药性及安全性问题。

对于GT919的研发，美迪西凭借扎实的研发实力，高效完成了其从药物发现到临床申报，包括药物发现、药学研究、临床前研究等一站式临床前研究服务，得到了标新生物的高度认可。新药获批离不开合作双方全力以赴的通力配合。美迪西在与标新生物的彼此信任、相互支持下，为GT919提供了一站式临床前研发服务，助力获批临床，展现了创新药企的原研创新实力，也再次体现了美迪西一站式生物医药临床前研发服务平台的能力及优势。

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总结

蛋白-蛋白相互作用 (PPI)对于许多细胞过程至关重要。如果发生蛋白质相互作用失调常常会导致多种疾病的发生，如肿瘤和阿尔茨海默病等。所以在蛋白相互作用失调并导致疾病发生时，开发调节这些蛋白相互作用的药物成了临床待解决的目标。目前绝大部分药物是蛋白抑制剂。然而很多导致疾病的蛋白难于被传统小分子药物靶向,这些蛋白被称为“不可成药”靶点。而分子胶可以针对一些不可成药的靶点进行药物开发。

分子胶可以增强和稳定蛋白-蛋白相互作用 (PPI)、修复 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)并促进新的 蛋白-蛋白相互作用 (PPI)。分子胶可以通过抑制或激活蛋白伴侣或通过招募E3 泛素连接酶靶向蛋白复合物进行降解，从而来调节蛋白功能。以合理的方式设计分子胶一直是并将继续是一个挑战。目前大多数分子胶及其作用机制一般是偶然发现的。而分子胶的筛选涉及小分子化合库的高通量筛选，这项工作有点类似大海捞针。展望未来，研究蛋白质-蛋白质相互作用和功能三元结构对于以高通量方式合理地设计分子胶至关重要。我们期待未来可以更高效地筛选甚至根据底物结构进行理性设计全新的分子胶，用于降解体内大量的“不可成药”的疾病靶点。

美迪西针对靶向蛋白降解系列（如PROTAC 、分子胶等）药物研发服务平台包含设计合成 、进行体外筛选、进行动物体内药效检测和 PK/PD 研究、药学分析、药物代谢动力学研究和安全性评价，并汇总实验结果和材料进行IND 申报，以助力客户加快靶向蛋白降解系列药物药物的研发进程。美迪西依托近20年积累形成的技术优势和研发平台优势，围绕新药研发需求不断拓展产业链上下游领域，成功打造了全方位一体化的临床前CRO服务模式，不仅可将传统研发环节无缝衔接地串联，还可整合成并联式的研发模式，呈现出严密计划、高效协同、有序推进的服务优势，可更多、更快、更好、更省地赋能新药研发。

❖ 靶向蛋白降解系列(一)：PROTAC技术开启研发新领域

❖ 靶向蛋白降解系列(二)：全流程DMPK服务鼎力相助PROTAC药物研发

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