分子膠降解劑：PROTACs的補(bǔ)充策略演講人CONTENTS分子膠降解劑：PROTACs的補(bǔ)充策略引言：靶向蛋白降解的時(shí)代背景與PROTACs的崛起PROTACs技術(shù)原理與局限性深度剖析分子膠降解劑：概念、發(fā)現(xiàn)與作用機(jī)制分子膠降解劑相對(duì)于PROTACs的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用潛力分子膠降解劑的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向目錄01分子膠降解劑：PROTACs的補(bǔ)充策略02引言：靶向蛋白降解的時(shí)代背景與PROTACs的崛起傳統(tǒng)小分子抑制劑的局限性：“不可成藥”靶點(diǎn)的困境在靶向治療的發(fā)展歷程中，傳統(tǒng)小分子抑制劑始終占據(jù)核心地位。通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合靶蛋白的活性口袋，抑制劑阻斷其下游信號(hào)通路，在腫瘤、自身免疫性疾病等領(lǐng)域取得了顯著療效。然而，這種“占位式”抑制模式存在固有局限：全球約80%的人類蛋白因缺乏明確的催化活性口袋或疏水結(jié)合區(qū)域，被歸類為“不可成藥”靶點(diǎn)；即使對(duì)于可成藥靶點(diǎn)，抑制劑也常因靶蛋白的過表達(dá)、突變或代償性通路激活而產(chǎn)生耐藥性。這些瓶頸促使科研人員跳出“抑制”的思維定式，探索“清除”致病蛋白的新策略——靶向蛋白降解技術(shù)（TargetedProteinDegradation,TPD）應(yīng)運(yùn)而生。靶向蛋白降解技術(shù)的興起：從抑制到清除的范式轉(zhuǎn)變靶向蛋白降解的核心邏輯是通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（Ubiquitin-ProteasomeSystem,UPS）或溶酶體途徑，特異性清除致病蛋白，而非暫時(shí)抑制其功能。這種“催化性”作用具有多重優(yōu)勢(shì)：僅需較低濃度即可實(shí)現(xiàn)持續(xù)降解，可靶向無活性口袋的蛋白，且不易因靶蛋白再表達(dá)而產(chǎn)生耐藥性。其中，PROTACs（ProteolysisTargetingChimeras，蛋白水解嵌合體）作為TPD技術(shù)的先驅(qū)，憑借其模塊化設(shè)計(jì)和廣譜的靶點(diǎn)覆蓋能力，迅速成為藥物研發(fā)的熱點(diǎn)。PROTACs技術(shù)的核心價(jià)值與臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)展PROTACs由三部分組成：靶蛋白配體、E3連接酶配體以及連接兩者的linker。其通過同時(shí)結(jié)合靶蛋白和E3連接酶，形成“靶蛋白-PROTAC-E3連接酶”三元復(fù)合物，誘導(dǎo)靶蛋白泛素化修飾，最終被蛋白酶體降解。自2001年首次報(bào)道以來，PROTACs技術(shù)已取得突破性進(jìn)展：截至2023年，全球已有超過50個(gè)PROTACs分子進(jìn)入臨床研究，其中ARV-471（雌激素受體降解劑）和ARV-110（雄激素受體降解劑）在乳腺癌、前列腺癌治療中顯示出良好療效，標(biāo)志著TPD技術(shù)正式從實(shí)驗(yàn)室走向臨床。PROTACs的固有局限：呼喚補(bǔ)充策略的出現(xiàn)盡管PROTACs展現(xiàn)出巨大潛力，但其臨床轉(zhuǎn)化過程中仍暴露出若干瓶頸：分子量通常>800Da，導(dǎo)致細(xì)胞滲透性差、口服生物利用度低；靶點(diǎn)依賴特定E3連接酶（如VHL、CRBN），而部分組織或疾病中E3連接酶表達(dá)不足；連接鏈設(shè)計(jì)復(fù)雜，需優(yōu)化長(zhǎng)度、柔性及親疏水性，耗時(shí)耗力；此外，三元復(fù)合物的動(dòng)態(tài)平衡可能引發(fā)“鉤子效應(yīng)”（HookEffect），高濃度PROTACs反而抑制降解。這些問題促使我們將目光轉(zhuǎn)向更簡(jiǎn)潔、更高效的降解策略——分子膠降解劑（MolecularGlueDegraders），作為PROTACs的重要補(bǔ)充。03PROTACs技術(shù)原理與局限性深度剖析PROTACs的作用機(jī)制：三元復(fù)合物介導(dǎo)的泛素化降解雙分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：E3連接酶配體、連接鏈、靶蛋白配體PROTACs的“三明治”結(jié)構(gòu)是其功能基礎(chǔ)。靶蛋白配體（如雌激素受體配體Fulvestrant）與E3連接酶配體（如CRBN配體泊馬度胺）通過化學(xué)連接鏈（通常為PEG或烷基鏈）偶聯(lián)，形成分子量為700-1200Da的嵌合分子。連接鏈的長(zhǎng)度（通常10-20?）和柔性直接影響三元復(fù)合物的穩(wěn)定性，需通過理性設(shè)計(jì)或篩選優(yōu)化。PROTACs的作用機(jī)制：三元復(fù)合物介導(dǎo)的泛素化降解泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）的招募與激活三元復(fù)合物形成后，E3連接酶（如CRBN）通過其RING結(jié)構(gòu)域激活泛素結(jié)合酶E2，催化泛素分子從E2轉(zhuǎn)移到靶蛋白的賴氨酸殘基上。經(jīng)過多輪泛素化修飾，靶蛋白被標(biāo)記為“待降解”信號(hào)，被26S蛋白酶體識(shí)別并分解為小肽片段。PROTACs的作用機(jī)制：三元復(fù)合物介導(dǎo)的泛素化降解催化性降解與劑量依賴效應(yīng)的獨(dú)特性與抑制劑不同，PROTACs在降解過程中不被消耗，理論上可催化多個(gè)靶蛋白降解，呈現(xiàn)“催化性”特征。其活性與濃度呈“鐘形曲線”：低濃度時(shí)，三元復(fù)合物形成效率隨濃度上升而增加；高濃度時(shí)，過量的PROTACs與靶蛋白或E3連接酶結(jié)合，阻礙三元復(fù)合物形成，反而抑制降解（即“鉤子效應(yīng)”）。PROTACs的局限性：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的鴻溝靶點(diǎn)依賴性瓶頸：E3連接酶表達(dá)的時(shí)空限制人類基因組僅編碼約600種E3連接酶，其中可用于PROTACs設(shè)計(jì)的不足10種（如CRBN、VHL、IAPs）。這些E3連接酶的表達(dá)具有組織特異性：例如，VHL在腎臟中高表達(dá)，而在腦組織中表達(dá)極低；CRBN在骨髓中豐富，但在肝臟中較少。這導(dǎo)致PROTACs在靶向腦部或肝臟疾病時(shí)效率受限。此外，部分腫瘤細(xì)胞中E3連接酶基因發(fā)生突變或表觀遺傳沉默，進(jìn)一步削弱PROTACs的降解效果。PROTACs的局限性：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的鴻溝成藥性挑戰(zhàn)：大分子量與理化性質(zhì)的制約PROTACs的大分子量（通常為傳統(tǒng)抑制劑的2-3倍）和高分子極表面積（PSA>140?2）導(dǎo)致其細(xì)胞膜滲透性差，難以被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞；同時(shí)，其較高的脂水分配系數(shù)（LogP）可能引發(fā)脫靶效應(yīng)和代謝毒性。臨床前研究中，約70%的PROTACs口服生物利用度低于10%，多數(shù)需靜脈給藥，增加了臨床應(yīng)用難度。PROTACs的局限性：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的鴻溝脫靶效應(yīng)與安全性問題：降解非預(yù)期蛋白的風(fēng)險(xiǎn)E3連接酶具有廣譜的底物識(shí)別能力，PROTACs可能誘導(dǎo)非靶蛋白降解。例如，CRBN結(jié)合劑泊馬度胺在無PROTACs時(shí)即可降解IKZF1/3，而PROTACs可能放大這一效應(yīng)，導(dǎo)致漿細(xì)胞減少、免疫抑制等不良反應(yīng)。此外，三元復(fù)合物的動(dòng)態(tài)平衡易受細(xì)胞內(nèi)環(huán)境（如pH值、蛋白濃度）影響，難以預(yù)測(cè)降解特異性。PROTACs的局限性：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的鴻溝臨床轉(zhuǎn)化障礙：生產(chǎn)成本與給藥途徑的限制PROTACs的合成步驟復(fù)雜（通常需8-12步反應(yīng)），收率低（<30%），導(dǎo)致生產(chǎn)成本高昂；其穩(wěn)定性差（易被血漿酯酶降解），需頻繁給藥（每日1-2次），降低患者依從性。盡管ARV-471等臨床候選分子通過優(yōu)化連接鏈改善了藥代動(dòng)力學(xué)，但PROTACs的“類生物大分子”特性仍使其成為口服小分子藥物開發(fā)的“硬骨頭”。04分子膠降解劑：概念、發(fā)現(xiàn)與作用機(jī)制分子膠降解劑的定義與核心特征分子膠降解劑是一類小分子化合物（分子量通常<500Da），通過誘導(dǎo)或穩(wěn)定靶蛋白與E3連接酶之間的蛋白-蛋白相互作用（PPI），形成三元復(fù)合物，促進(jìn)靶蛋白泛素化降解。與PROTACs的“雙功能嵌合”設(shè)計(jì)不同，分子膠無需連接鏈，直接作為“分子膠水”粘合兩種蛋白，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作用直接的特點(diǎn)。其核心特征可概括為：小分子量、高細(xì)胞滲透性、誘導(dǎo)新PPI界面。分子膠降解劑的發(fā)現(xiàn)歷程：從偶然到必然天然產(chǎn)物的啟示：沙利度胺及其衍生物的意外發(fā)現(xiàn)分子膠的發(fā)現(xiàn)源于對(duì)沙利度胺“再定位”的研究。1950年代，沙利度胺作為鎮(zhèn)靜劑上市后因致畸事件撤市；1990年代，其被發(fā)現(xiàn)可治療麻風(fēng)病并發(fā)癥；2010年，Ito等人在Science報(bào)道沙利度胺通過結(jié)合CRBN，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子IKZF1和IKZF3泛素化降解，從而抑制漿細(xì)胞增殖——這一發(fā)現(xiàn)首次揭示小分子可通過調(diào)控E3連接酶底物譜發(fā)揮降解作用。隨后，來那度胺、泊馬度胺等沙利度胺衍生物被證實(shí)為分子膠，用于治療多發(fā)性骨髓瘤。分子膠降解劑的發(fā)現(xiàn)歷程：從偶然到必然合成分子膠的理性設(shè)計(jì)：從表型篩選到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)和計(jì)算化學(xué)的發(fā)展，分子膠的設(shè)計(jì)從“偶然發(fā)現(xiàn)”走向“理性構(gòu)建”。2018年，Petzsch等人在Cell報(bào)道首個(gè)設(shè)計(jì)性分子膠DT2216，通過靶向BCL-XL和VHLE3連接酶，選擇性降解血小板中的BCL-XL，用于抗血栓治療；2021年，Bogyo團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)CC-930，通過結(jié)合DCAF1E3連接酶降解ROCK2，用于纖維化疾病治療。這些突破得益于冷凍電鏡（Cryo-EM）對(duì)三元復(fù)合物結(jié)構(gòu)的解析，以及AI輔助虛擬篩選技術(shù)的應(yīng)用。分子膠降解劑的作用機(jī)制：三元復(fù)合物形成的“誘導(dǎo)契合”在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容分子膠的作用機(jī)制可概括為“誘導(dǎo)-穩(wěn)定-降解”三步：與PROTACs不同，分子膠的三元復(fù)合物形成更依賴“誘導(dǎo)契合”而非“預(yù)組裝”，其作用效率受細(xì)胞內(nèi)蛋白濃度和局部微環(huán)境影響更大。3.三元復(fù)合物穩(wěn)定與泛素化：穩(wěn)定的復(fù)合物激活E3連接酶的泛素轉(zhuǎn)移活性，靶蛋白被泛素化并降解。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容1.直接結(jié)合靶蛋白或E3連接酶：分子膠優(yōu)先結(jié)合靶蛋白的疏水口袋或E3連接酶的變構(gòu)位點(diǎn)，誘導(dǎo)構(gòu)象變化；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容2.形成新PPI界面：結(jié)合后的分子膠暴露新的相互作用界面，招募另一種蛋白（如靶蛋白與E3連接酶）；分子膠降解劑的分類：基于作用方式與靶點(diǎn)特征按作用方式分類010203（1）靶蛋白導(dǎo)向型：直接結(jié)合靶蛋白，誘導(dǎo)其與E3連接酶相互作用。例如，沙利度胺類似物結(jié)合IKZF1/3的BC-box基序，招募CRBN。（2）E3連接酶導(dǎo)向型：直接結(jié)合E3連接酶，改變其底物特異性。例如，CC-885結(jié)合CRBN的S1口袋，招募DCAF15底物蛋白。（3）雙靶點(diǎn)結(jié)合型：同時(shí)結(jié)合靶蛋白和E3連接酶，穩(wěn)定復(fù)合物。例如，分子膠MS404同時(shí)靶向MYC和CRBN，降解MYC蛋白。分子膠降解劑的分類：基于作用方式與靶點(diǎn)特征按靶蛋白類型分類（2）支架蛋白降解：如IKZF1/3、BRD4等，通過調(diào)控蛋白互作網(wǎng)絡(luò)影響疾病進(jìn)程；（4）病理性聚集蛋白降解：如tau蛋白、α-突觸核蛋白等，與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)。（1）轉(zhuǎn)錄因子降解：如MYC、BCL6、AR等，無明確活性口袋，傳統(tǒng)抑制劑難以靶向；（3）酶蛋白降解：如PMVK、DHODH等，參與代謝通路，降解可產(chǎn)生不可逆抑制作用；05分子膠降解劑相對(duì)于PROTACs的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用潛力成藥性優(yōu)勢(shì)：小分子量與優(yōu)良理化性質(zhì)分子膠的分子量通常為300-500Da，PSA<90?2，LogP2-4，符合“類藥五原則”（Lipinski'sRuleofFive）。這種“小分子”特性使其具有：1.高細(xì)胞滲透性：可被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞，甚至靶向胞內(nèi)無膜細(xì)胞器（如線粒體、細(xì)胞核）的蛋白；2.口服生物利用度高：臨床前研究中，約60%的分子膠口服生物利用度>30%，優(yōu)于PROTACs；3.代謝穩(wěn)定性強(qiáng)：不易被細(xì)胞色素P450酶代謝，半衰期較長(zhǎng)（小鼠模型中t1/2通常>4h）。靶點(diǎn)拓展能力：攻克“不可成藥”難題分子膠的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于可靶向傳統(tǒng)抑制劑和PROTACs難以成藥的靶點(diǎn)：1.無活性口袋的蛋白：如轉(zhuǎn)錄因子MYC，其結(jié)構(gòu)高度動(dòng)態(tài)，缺乏結(jié)合口袋，而分子膠可通過誘導(dǎo)MYC與MAX二聚體的解離，招募CRBN降解MYC；2.蛋白-蛋白相互作用界面：如BCL-2/BAX相互作用界面，分子膠可破壞其結(jié)合，促進(jìn)BAX降解；3.突變型蛋白：如EGFRT790M突變體，分子膠可通過降解突變蛋白克服耐藥性，而抑制劑需針對(duì)不同突變?cè)O(shè)計(jì)不同分子。作用機(jī)制獨(dú)特性：快速、催化、不可逆降解STEP1STEP2STEP31.降解速度快：分子膠誘導(dǎo)的三元復(fù)合物形成效率高，靶蛋白半衰期可縮短至30min-2h（PROTACs通常為2-6h）；2.催化性循環(huán)：分子膠不被降解過程消耗，低納摩爾濃度即可實(shí)現(xiàn)高效降解；3.不可逆降解：泛素化后的靶蛋白被蛋白酶體徹底分解，避免靶蛋白再表達(dá)的補(bǔ)償效應(yīng)。臨床應(yīng)用潛力：多疾病領(lǐng)域的探索1.腫瘤治療：（1）多發(fā)性骨髓瘤：來那度胺、泊馬度胺等分子膠已獲批上市，通過降解IKZF1/3抑制漿細(xì)胞增殖；（2）實(shí)體瘤：分子膠DT2216靶向BCL-XL/VHL，在肝癌、肺癌模型中誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；（3）耐藥性逆轉(zhuǎn)：分子膠ARV-825降解BRD4，克服伊馬替尼耐藥的慢性粒細(xì)胞白血病。2.神經(jīng)退行性疾病：（1）阿爾茨海默病：分子膠NPT200-11降解tau蛋白，在臨床前模型中減少神經(jīng)纖維纏結(jié)；臨床應(yīng)用潛力：多疾病領(lǐng)域的探索（2）帕金森?。悍肿幽zLCL-161降解α-突觸核蛋白，抑制多巴胺能神經(jīng)元死亡。3.自身免疫與炎癥性疾?。悍肿幽zCC-930降解ROCK2，在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎模型中減輕關(guān)節(jié)炎癥；分子膠IKT-937降解IKZF1/3，用于系統(tǒng)性紅斑狼瘡治療。4.病毒感染：分子膠化合物C1降解乙肝病毒HBx蛋白，抑制病毒復(fù)制；分子膠NMS-873降解病毒復(fù)制必需的NSP3蛋白，用于抗冠狀病毒治療。06分子膠降解劑的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)的科學(xué)挑戰(zhàn)1.作用機(jī)制解析的復(fù)雜性：分子膠誘導(dǎo)的三元復(fù)合物結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，難以通過常規(guī)X射線晶體學(xué)解析；其作用依賴細(xì)胞內(nèi)蛋白濃度，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果常體內(nèi)重現(xiàn)性差。2.選擇性優(yōu)化難題：分子膠的“膠水效應(yīng)”可能非特異性粘合多種蛋白，導(dǎo)致脫靶降解。例如，沙利度胺可降解IKZF1/3，也可降解MEIS2，引發(fā)致畸等不良反應(yīng)。3.結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系（SAR）的模糊性：分子膠的小結(jié)構(gòu)修飾（如甲基化、鹵化）可能顯著改變靶點(diǎn)結(jié)合譜，但缺乏明確的SAR規(guī)律，依賴大量篩選和經(jīng)驗(yàn)積累。臨床轉(zhuǎn)化中的現(xiàn)實(shí)障礙1.毒性管理：長(zhǎng)期降解關(guān)鍵蛋白（如BCL-XL）可能引發(fā)血小板減少、肝毒性等不良反應(yīng)；分子膠的免疫原性風(fēng)險(xiǎn)尚不明確，需長(zhǎng)期安全性評(píng)估。2.給藥劑量精準(zhǔn)控制：分子膠的催化性降解特性使其療效與劑量呈非線性關(guān)系，過高劑量可能引發(fā)“鉤子效應(yīng)”，需開發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靶蛋白降解的生物標(biāo)志物。3.生物標(biāo)志物的缺乏：目前尚無統(tǒng)一的分子膠療效評(píng)價(jià)指標(biāo)，需結(jié)合蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)，尋找預(yù)測(cè)療效和毒性的生物標(biāo)志物。未來發(fā)展方向：理性設(shè)計(jì)與聯(lián)合策略1.基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的設(shè)計(jì)：（1）冷凍電鏡與AI驅(qū)動(dòng)：利用Cryo-EM解析三元復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)，通過AI模擬分子膠與靶蛋白/E3連接酶的相互作用，優(yōu)化結(jié)合親和力；（2）變構(gòu)口袋挖掘：發(fā)現(xiàn)靶蛋白和E3連接酶的新型變構(gòu)口袋，設(shè)計(jì)高選擇性分子膠；（3）PROTACs與分子膠的雜合分子：結(jié)合PROTACs的靶向特異性與分子膠的小分子優(yōu)勢(shì)，開發(fā)“半分子膠”PROTACs。2.新型E3連接酶的挖掘與利用：（1）組織特異性E3連接酶：靶向腦組織高表達(dá)的NEDD4、肝臟高表達(dá)的MDM2，開發(fā)疾病特異性分子膠；未來發(fā)展方向：理性設(shè)計(jì)與聯(lián)合策略（2）分子膠與化療/靶向藥序貫治療：先降解耐藥蛋白，再使用傳統(tǒng)藥物，提高療效；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（3）雙分子膠聯(lián)合治療：同時(shí)降解兩個(gè)致病蛋白，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)（如降解MYC和BCL6）。4.遞送系統(tǒng)的創(chuàng)新：（1）納米載體包裹：利用脂質(zhì)體、聚合物納米粒包裹分子膠，提高靶向性和穩(wěn)定性；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）人工E3連接酶系統(tǒng)：通過蛋白工程改造E3連接酶，使其可招募任意靶蛋白，拓展分子膠的降解譜。3.聯(lián)合治療策略：（1）分子膠與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)用：降解PD-L1或CTLA-4，增強(qiáng)抗腫瘤免疫應(yīng)答；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容未來發(fā)展方向：理性設(shè)計(jì)與聯(lián)合策略（2）組織特異性遞送：通過抗體-分子膠偶聯(lián)物（ADC-like）、組織穿透肽等實(shí)現(xiàn)病灶富集；（3）基因治療遞送：利用AAV載體遞送編碼分子膠的基因，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期表達(dá)。六、結(jié)論：分子膠降解劑與PROTACs協(xié)同拓展靶向蛋白降解新邊界（一）PROTACs與分子膠降解劑的互補(bǔ)關(guān)系：大小結(jié)合，各有側(cè)重PROTACs與分子膠降解劑并非替代關(guān)系，而是靶向蛋白降解技術(shù)的“雙引擎”。PROTACs憑借模塊化設(shè)計(jì)，可靶向“難成藥”靶點(diǎn)，且可通過連接鏈優(yōu)化提高選擇性；分子膠則以小分子量、高成藥性見長(zhǎng)，可快速降解致病蛋白，尤其適用于PROTACs難以滲透的組織（如腦部）。兩者結(jié)合，可覆蓋更廣泛的靶點(diǎn)譜，滿足不同