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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-08-21 18:56
摘要
靶向蛋白降解藥物通過特異性降解目標蛋白, 為不同疾病的治療提供了新的策略。然而, 基于小分子的傳統(tǒng)降解劑仍然面臨生物利用度差、E3泛素連接酶可用性受限及脫靶效應等顯著挑戰(zhàn)。基于生物大分子的靶向蛋白降解藥物擁有更靈活的設計和更高的特異性, 有望克服小分子蛋白降解嵌合體藥物的局限性。本文聚焦生物大分子降解體系, 基于細胞內(nèi)兩大蛋白的核心降解通路(泛素−蛋白酶體途徑與溶酶體途徑), 系統(tǒng)地分析比較不同技術(shù)路線的分子作用機制、臨床轉(zhuǎn)化優(yōu)勢以及潛在挑戰(zhàn), 并探討跨膜蛋白降解、光控蛋白降解等前沿進展及未來發(fā)展方向, 為構(gòu)建基于精準靶向蛋白降解的治療體系提供思路。
關鍵詞
靶向蛋白降解; 生物大分子降解體系; 生物蛋白酶靶向嵌合體; TRIM-Away
近年來, 蛋白水解靶向嵌合體(proteolysis-targeting chimeras, PROTACs)、分子膠等靶向蛋白降解藥物研發(fā)技術(shù)發(fā)展迅速, 致力于解決傳統(tǒng)抑制劑藥物的缺陷。PROTACs和分子膠通過連接靶蛋白與E3泛素連接酶觸發(fā)泛素−蛋白酶體降解系統(tǒng)。與主要通過占位驅(qū)動的傳統(tǒng)小分子相比, PROTACs通過“事件驅(qū)動”模式實現(xiàn)靶蛋白的完全降解, 無需持續(xù)占據(jù)活性位點便能直接清除無明確結(jié)合口袋的蛋白。然而, 這類基于小分子的靶蛋白降解藥物仍面臨許多挑戰(zhàn), 比如可利用的E3泛素連接酶種類有限, 以及脫靶毒性高等問題。
為突破上述局限, 研究人員把目光轉(zhuǎn)向基于生物大分子的靶蛋白降解藥物?；谏锎蠓肿拥陌械鞍捉到馑幬飳⑸锎蠓肿?如抗體、多肽、核酸等)作為核心功能單元, 通過特異性識別致病蛋白, 利用生物大分子和靶蛋白的高親和力, 實現(xiàn)對致病蛋白的精準清除。相較于小分子藥物, 生物大分子降解劑在靶向精度和多功能性方面展現(xiàn)顯著優(yōu)勢(表1)。本文綜述了近年來具有代表性的基于生物大分子的靶蛋白降解策略, 深入討論其優(yōu)勢與挑戰(zhàn), 并對未來的臨床應用進行展望。
1靶蛋白降解途徑
靶向蛋白降解技術(shù)主要利用細胞內(nèi)兩大蛋白降解途徑: 泛素−蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system, UPS)途徑與溶酶體途徑。從功能特性分析, 這兩個系統(tǒng)在降解機制(泛素依賴與非泛素依賴)和生理適用性(胞質(zhì)可溶性蛋白與膜結(jié)合或聚集態(tài)蛋白)等層面具有顯著區(qū)別。
1.1 泛素−蛋白酶體系統(tǒng)途徑
Hershko等首先基于無細胞體系與酶分離系統(tǒng)的機制研究獲得關鍵突破, 后續(xù)該實驗室基于哺乳動物細胞及酵母模型的研究與其形成機制互補, 并證實活細胞內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)降解過程依賴于泛素分子的共價偶聯(lián)機制。接著, Varshavsky進一步闡明了泛素化級聯(lián)反應的分子機制: E1泛素激活酶首先通過硫酯鍵(Cys-UB)激活泛素, 消耗ATP生成AMP和PPi。接著, 活化的泛素從E1泛素激活酶轉(zhuǎn)移到E2結(jié)合酶活性中心的半胱氨酸殘基。最后, E3泛素連接酶催化泛素從E2轉(zhuǎn)移到靶蛋白的特定賴氨酸殘基, 形成以K48連接為主的多聚泛素鏈。泛素化靶蛋白可以被蛋白酶體識別, 蛋白酶體將其去折疊并降解為短肽。
1.2 溶酶體途徑
溶酶體途徑介導的靶蛋白降解途徑主要通過兩條核心途徑實現(xiàn): 內(nèi)體−溶酶體途徑和自噬−溶酶體途徑。①內(nèi)體−溶酶體途徑: 負責降解通過內(nèi)吞作用攝入的細胞外物質(zhì)(如配體−受體復合物、病原體)以及膜蛋白的循環(huán)與降解; ②自噬−溶酶體途徑: 通過自噬清除細胞內(nèi)受損或冗余成分(如線粒體、蛋白聚集體), 在應激(如饑餓、氧化壓力)時提供能量和原料。
2基于生物大分子的靶向蛋白降解藥物
2.1 蛋白酶體介導的降解途徑
2.1.1 生物蛋白酶靶向嵌合體
生物蛋白酶靶向嵌合體(biological proteolysis-targeting chimeras, bioPROTACs)技術(shù)是在PROTACs技術(shù)框架上的創(chuàng)新延伸。傳統(tǒng)PROTACs通過化學連接子將靶蛋白配體與E3泛素連接酶招募配體相連, 形成異源雙功能分子, 誘導靶蛋白與E3連接酶接近, 進而促使靶蛋白泛素化并被蛋白酶體降解。然而, 傳統(tǒng)PROTACs在應用中受到E3連接酶可用性有限以及脫靶毒性問題的制約, 僅少數(shù)E3連接酶(如Cereblon和Von Hippel-Lindau protein)被成功應用于PROTACs設計, 極大地限制了可靶向蛋白質(zhì)的種類, 且非特異性結(jié)合導致的脫靶降解可能干擾正常細胞功能, 引發(fā)毒性反應。
為突破傳統(tǒng)PROTACs的技術(shù)限制, Lim等系統(tǒng)探索了bioPROTACs。該技術(shù)基于工程化重組策略, 將E3泛素連接酶招募域與靶蛋白結(jié)合域直接共價融合, 構(gòu)建無連接子結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白復合體。如圖1所示, 其作用機制為: 當bioPROTACs同時結(jié)合靶蛋白和E3泛素連接酶時, E3泛素連接酶促使泛素分子通過級聯(lián)反應共價修飾靶蛋白。泛素化標記的靶蛋白隨后被轉(zhuǎn)運至蛋白酶體進行特異性降解。
Figure 1 The mechanism of bioPROTACs. a: Recognition and binding, the bioPROTAC simultaneously binds to the target protein and E3 ligase; b: Ubiquitination of target proteins, E3 ligase prompts the ubiquitin molecule to modify the target protein; c: Proteasome recognition and degradation, the ubiquitin-labeled target protein is then transported to the proteasome for specific degradation. E2: E2 ubiquitin-conjugating enzyme; POI: Protein of interest; bioPROTAC: Biological proteolysis-targeting chimera; Ub: Ubiquitin
bioPROTACs技術(shù)在靶蛋白降解的高效性和特異性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。Lim等的研究表明, Con1-SPOP bioPROTAC能夠高效降解增殖細胞核抗原融合蛋白, 如細胞核抗原−綠色熒光蛋白(proliferating cell nuclear antigen-green fluorescent protein, PCNA-GFP)和內(nèi)源性增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)。與RNA干擾(RNA interference, RNAi)相比, 其起效時間大幅縮短, 且不依賴于蛋白質(zhì)的自然周轉(zhuǎn), 為降解長壽命蛋白(如PCNA)提供新的解決方案。此外, 該團隊開發(fā)的基于SPOP E3泛素連接酶的anti-RAS bioPROTACs實現(xiàn)了對RAS蛋白的選擇性降解, 進一步證實了bioPROTACs的高特異性。
然而, 這類生物大分子在具有以上優(yōu)勢的同時, 仍然在遞送效率和分子穩(wěn)定性方面存在挑戰(zhàn): ①其跨膜運輸效率受細胞膜屏障嚴重制約, 當前研究重點集中于開發(fā)生物相容性脂質(zhì)納米顆粒等新型遞送載體, 以改善其膜滲透性與胞內(nèi)遞送效率; ②部分核酸或蛋白質(zhì)組分的bioPROTACs較易被血清核酸酶或蛋白酶降解, 可能需頻繁高劑量給藥, 帶來不良反應風險; ③靶蛋白的泛素化位點不易被小分子藥物遮蔽, 但可能會被大分子bioPROTACs所遮蔽, 導致不可成藥。為解決該問題, 未來可嘗試仿照Bridged PROTAC的思路, 使藥物間接靶向目標蛋白, 從而繞開可能被遮蔽的泛素化位點, 提高降解效率。
綜上所述, bioPROTACs作為一種新興的靶向蛋白降解技術(shù), 在克服傳統(tǒng)PROTACs局限性方面展現(xiàn)出巨大潛力, 但在遞送效率、分子穩(wěn)定性及靶向精準性等方面仍需進一步優(yōu)化, 以推動其在臨床治療中的廣泛應用。
2.1.2 TRIM-Away
TRIM-Away技術(shù)作為一種新興的靶向蛋白降解策略, 憑借其快速起效和高特異性的優(yōu)勢, 在靶向蛋白降解領域受到廣泛關注。該技術(shù)的核心機制基于細胞內(nèi)源性TRIM21蛋白的泛素化功能, 通過特異性抗體與靶蛋白結(jié)合, 進而利用TRIM21介導的泛素化修飾, 將靶蛋白導向26S蛋白酶體進行降解。這一過程不僅高效且具有高度選擇性, 為靶向降解胞內(nèi)蛋白提供了全新的思路。
TRIM-Away技術(shù)的實現(xiàn)依賴于兩個關鍵步驟(圖2)。首先, 通過顯微注射或電穿孔等技術(shù)將特異性抗體導入細胞內(nèi), 抗體通過其抗原結(jié)合位點與靶蛋白形成高親和力復合物; 隨后, 細胞內(nèi)的TRIM21蛋白通過其PRYSPRY結(jié)構(gòu)域特異性識別抗體的Fc段, 進而介導抗原−抗體復合物的泛素化修飾, 并最終將復合物導向26S蛋白酶體進行降解(圖2A)。
Figure 2 Schematic illustration of TRIM21-based protein degradation mechanism.
A-a: Formation of the complex. Specific antibodies are delivered into cells, and the antibodies form high-affinity complexes with the target proteins; A-b: Ubiquitination of RING structure of the complex. The TRIM21 protein specifically recognizes the Fc segment of the antibody, mediates the binding of the antigen-antibody complex, and catalyzes the ubiquitination modification; A-c: Degradation of the complexes in the proteasome; B-a: Formation of the complex. Specific nanobodies are delivered into cells form high-affinity complexes with the target antigen; B-b:Ubiquitination of RING structure of the complex; B-c: Degradation of the complexes in the proteasome. P: Phosphate group; R-Nb: RING-nanobody
TRIM-Away技術(shù)的高特異性源于其雙重識別機制。一方面, 抗體與靶蛋白的特異性結(jié)合確保了對目標蛋白的精準識別; 另一方面, TRIM21對抗體Fc段的特異性識別進一步提高了系統(tǒng)的整體特異性。這種雙重篩選機制顯著降低了非特異性結(jié)合的可能性, 從而減少了脫靶效應。Clift等在小鼠卵母細胞和培養(yǎng)細胞中制備和遞送抗體, 靶向降解運動蛋白-5(kinesin-5, Eg5), 證實了TRIM-Away的高特異性。
近年來, 隨著TRIM-Away技術(shù)不斷發(fā)展, Benn等構(gòu)建了基于TRIM-Away機制的融合蛋白。該研究團隊將TRIM21的RING結(jié)構(gòu)域與靶向目標蛋白的納米抗體融合, 構(gòu)建融合蛋白, 利用納米抗體靶向目標蛋白, 通過RING結(jié)構(gòu)域催化泛素從E2酶轉(zhuǎn)移到目標蛋白上, 從而標記目標蛋白并使其降解(圖2B)。他們將TRIM21的RING結(jié)構(gòu)域與靶向tau蛋白的納米抗體融合, 構(gòu)建了RING納米抗體(RING-nanobody, R-Nb)降解劑。利用TRIM21的聚集依賴性, R-Nb化合物結(jié)構(gòu)被證明可以降解不溶性tau聚集體, 同時可溶性單體tau基本不受影響。
由此可見, TRIM-Away在神經(jīng)退行性疾病的治療領域展現(xiàn)出很大潛力。中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)特定蛋白質(zhì)病理性沉積是阿爾茨海默病、帕金森病及亨廷頓病等神經(jīng)退行性疾病的重要誘因之一。TRIM-Away特異性、選擇性地降解聚集蛋白且不干擾單體蛋白為其提供了有效的治療方案, 在提高藥物特異性和選擇性的同時降低了藥物毒性。
然而, TRIM-Away技術(shù)依然存在諸多挑戰(zhàn), 限制了其臨床應用: ①大分子質(zhì)量傳統(tǒng)抗體存在透膜效率低、遞送效率低等問題, 導致靶蛋白降解效率受限; ②核定位受限, 所以針對核內(nèi)蛋白質(zhì)的降解可能需要更高濃度的抗體, 提高了抗體生產(chǎn)的工藝難度; ③長時間使用較高濃度的抗體可能誘發(fā)抗藥物抗體(anti drug antibody, ADA)反應。
針對未來的研究方向可能包括: ①開發(fā)新型遞送系統(tǒng), 利用生物相容性脂質(zhì)納米顆粒、病毒載體等新型遞送系統(tǒng), 提高抗體的細胞內(nèi)遞送效率; ②通過人源化抗體, 通過保留人源框架區(qū)(framework region, FR), 以降低ADA反應的發(fā)生率; ③通過優(yōu)化抗體設計, 開發(fā)更小分子質(zhì)量的抗體或抗體片段(如納米抗體), 以提高其透膜效率和細胞內(nèi)分布; ④拓展應用范圍, 探索TRIM-Away技術(shù)在其他疾病領域的應用, 如癌癥和代謝性疾病, 進一步驗證其臨床潛力。
綜上所述, TRIM-Away技術(shù)作為一種高特異性的靶向蛋白降解策略, 在神經(jīng)退行性疾病等領域的治療中展現(xiàn)出巨大潛力。然而, 其在抗體遞送效率和免疫原性方面的挑戰(zhàn)仍需進一步解決, 以推動該技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化和廣泛應用。
2.1.3 PA200
蛋白酶體激活因子PA200蛋白(PA200protein, PA200)作為單鏈非ATP依賴性核蛋白酶體調(diào)節(jié)組分, 通過與20S核心顆粒結(jié)合形成功能性蛋白酶體復合物。其介導乙?；M蛋白降解的分子機制包含兩個關鍵步驟: 首先, PA200通過其N端溴結(jié)構(gòu)域類似物(bromodomain-like, BRDL)特異性識別并結(jié)合乙?；?acetylation, AC)修飾的組蛋白; 隨后, 其C端YYA基序與20S蛋白酶體α亞基相互作用, 誘導α環(huán)構(gòu)象重排以開放底物通道, 促進乙酰化組蛋白進入蛋白酶體降解腔室(圖3)。
PA200介導的蛋白降解機制具有獨特的泛素非依賴性與ATP非依賴性的特征。區(qū)別于傳統(tǒng)蛋白酶體途徑中泛素化修飾與ATP水解供能的雙重依賴性, 該通路通過乙?；揎椀闹苯幼R別實現(xiàn)底物靶向, 規(guī)避了E3泛素連接酶介導的泛素標記過程及ATP驅(qū)動的底物去折疊步驟, 有效避免了E3泛素連接酶種類限制和非特異性降解致病蛋白帶來的脫靶毒性等問題, 同時為能量不足的細胞降解靶蛋白提供了途徑。
上述機制使其在DNA修復和精子發(fā)生中發(fā)揮關鍵作用, 也為治療亨廷頓病提供創(chuàng)新性思路。①乙?；M蛋白的降解在細胞受到復制應激后(如紫外線照射引起的DNA損傷)修復DNA的過程中起關鍵作用。而PA200-20S蛋白酶體復合物可以將乙酰化組蛋白被降解, 且使用PYR-41抑制泛素激活酶并不能阻止乙?；M蛋白的減少, 這證明了此處降解乙酰化組蛋白是通過前文所述的非泛素依賴機制。②PA200在精子發(fā)生過程中可以時序性清除核心組蛋白。通過對比野生型小鼠和PA200敲除小鼠中組蛋白H2B(histone h2b, H2B)組蛋白H3(histone h3, H3)含量的動態(tài)變化, 可以得出結(jié)論: 在小鼠精子發(fā)生模型中, PA200促進了早期的細長精子細胞中核心組蛋白H2B和H3的降解。③PA200通過增強蛋白酶體的活性, 促進非聚集的可溶性亨廷頓蛋白N端(N terminal Huntingtin, N-Htt)在體外通過蛋白酶體途徑降解, 降低細胞毒性, 為治療亨廷頓病提供一種可能的創(chuàng)新治療策略。
PA200介導的蛋白降解技術(shù)面臨功能局限性, 其核心瓶頸在于底物選擇性的嚴格修飾依賴性。該機制通過乙?；揎椧蕾囆妥R別模式實現(xiàn)靶蛋白的識別, 導致其對非乙?；揎椀鞍椎慕到庑曙@著降低。這種修飾特異性限制使其應用范圍局限于特定乙?；嚓P病理過程, 制約了其治療應用的普適性。此外, PA200在不同物種中的功能相似性仍然存疑, 其在人體內(nèi)精子發(fā)生的具體機制仍需進一步研究。未來研究中, 可在接近人類的哺乳動物中進行實驗, 探索PA200在不同物種中是否有相似性, 可否通過其在其他物種中的精子發(fā)生機制推測其在人體內(nèi)精子發(fā)生的具體機制。
2.2 溶酶體介導的降解途徑
2.2.1 分子伴侶介導的自噬
分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)作為選擇性自噬的關鍵亞型, 在惡性腫瘤微環(huán)境中呈現(xiàn)持續(xù)活化的特征。分子伴侶CMA的作用機制分為兩步。首先進行底物識別, 由HSC70對底物蛋白羧基端KFERQ樣基序或其變體的胞質(zhì)蛋白特異性識別, 再由HSP40、CHIP和HOP協(xié)助HSC70的底物結(jié)合, 形成HSC70復體。隨后, 底物HSC70復體與溶酶體膜上的LAMP2A(溶酶體相關膜蛋白2A型)結(jié)合, 誘導LAMP2A形成多聚體通道, 同時溶酶體腔內(nèi)的HSP90α協(xié)助底物蛋白去折疊并完全進入溶酶體(圖4)。
CMA具有時空動態(tài)調(diào)控特征。Cuervo等構(gòu)建了KFERQ-Dendra2融合熒光報告系統(tǒng)并建立轉(zhuǎn)基因小鼠模型, 通過組織特異性啟動子實現(xiàn)報告蛋白的定點表達, 紫外線激活Dendra2持續(xù)追蹤熒光的衰減速率, 在體內(nèi)動態(tài)測量CMA活性。實驗數(shù)據(jù)顯示: ①KFERQ-Dendra在腎臟(已知具有高基礎CMA活性)、胰腺、心臟和白色脂肪組織(white adipose tissue, WAT)等組織中具有較高的降解率; ②小鼠器官之間對饑餓處理的反應存在差異, 腎臟和WAT是反應最靈敏的組織, 這些組織的CMA可能優(yōu)先響應能量應激, 或具有更高的調(diào)控靈活性。此外, Dong等的實驗數(shù)據(jù)顯示, 部分器官存在CAM活性晝夜節(jié)律, 例如肝臟CMA活性在夜間(小鼠活動期)達峰值。
得益于高效且只針對特定序列的靶向降解機制, CMA在疾病治療領域展現(xiàn)以下潛力: ①溶酶體膜直接轉(zhuǎn)運機制實現(xiàn)蛋白質(zhì)的靶向降解, 規(guī)避自噬體形成過程; ②單分子降解模式顯著降低能量消耗; ③最小化膜結(jié)構(gòu)重塑的能量需求; ④可針對性降解致病蛋白用于治療神經(jīng)退行性疾病, 代謝疾病和癌癥, 例如帕金森病、阿爾茨海默病等; ⑤僅降解含KFERQ樣基序的蛋白, 避免非特異性大量吞噬造成的細胞正常功能受損等不良反應。
盡管表現(xiàn)出了相當高的疾病治療潛力, CMA在臨床應用層面仍面臨以下限制: ①由于溶酶體LAMP2A受體穩(wěn)定性隨衰老進程降低, 活性隨年齡增長顯著下降; ②CMA在肝臟和腦組織的遞送效率差異達100倍, 面臨組織特異性遞送難題; ③大分子聚集體抑制CMA活性, 突變體α-synuclein(A53T和A30P, 約為300kDa的聚集體)附著于溶酶體膜并阻礙LAMP2A多聚化, 并使CMA活性下降。Kaushik等通過體外重建實驗進一步證明>250kDa聚集體可完全阻斷LAMP2A通道; ④CMA在正常生理條件下活性有限, 由于HSC分子的分配競爭機制, CMA被其他折疊或降解途徑占用, 難以實現(xiàn)高效降解。
當前對CMA的分子機制研究仍存在認知空白: 其核心調(diào)控網(wǎng)絡聚焦于溶酶體膜LAMP2A受體的多聚化過程, 但在細胞層面, 已明確的調(diào)控通路仍局限于有限分子節(jié)點, 尤其是在考慮存在的CMA激活刺激的多樣性時。此外, 在不表達LAMP2A的物種中, 內(nèi)體微自噬是否是CMA替代品, 或這些物種中是否可能存在另一種CMA等效途徑, 仍需要更多探索為溶酶體膜兩側(cè)伴侶的能量需求、驅(qū)動力和作用方式提供新的見解。
2.2.2 基于雙特異性抗體的蛋白靶向嵌合體技術(shù)
自2001年Sakamoto等開創(chuàng)性提出PROTACs技術(shù)以來, 該領域歷經(jīng)20年發(fā)展已形成突破性優(yōu)勢。然而, 其技術(shù)同樣存在局限: 由于泛素介導的降解途徑發(fā)生在細胞內(nèi), 分子PROTACs目前主要攻擊細胞內(nèi)的靶點, 許多膜蛋白無法被PROTACs技術(shù)靶向, 因為這類蛋白在胞內(nèi)段并無合適的結(jié)合口袋供小分子配體結(jié)合, 需要一種降解細胞表面蛋白的新策略來擴大靶向降解蛋白范圍。
基于雙特異性抗體的蛋白靶向嵌合體技術(shù)(antibody-based PROTACs, AbTACs)通過雙特異性抗體的結(jié)構(gòu)框架, 整合PROTACs技術(shù)核心原理, 形成新型降解平臺。AbTACs通過雙特異性抗體, 一個臂識別靶蛋白, 另一個臂連接E3泛素連接酶(如RNF43), 從而可以將E3泛素連接酶拉到靶蛋白周圍。與傳統(tǒng)的PROTACs不同, AbTACs不直接進入細胞, 而是通過結(jié)合細胞表面受體和膜相關E3泛素連接酶(如RNF43、ZNRF3等)來誘導鄰近蛋白質(zhì)的內(nèi)吞和降解(圖5)。Cotton等以AbTACs通過招募膜結(jié)合E3泛素連接酶RNF43來降解PD-L1為模型研究AbTACs的作用機制。PD-L1有一個31個氨基酸長的胞質(zhì)域, 但沒有已知能夠與該結(jié)構(gòu)域結(jié)合的小分子配體, 這使得用傳統(tǒng)小分子PROTACs來靶向PD-L1具有挑戰(zhàn)性。而在構(gòu)建的PD-L1靶向模型中, AbTACs同時結(jié)合細胞膜上的PD-L1和RNF43, 形成三元復合物, RNF43胞內(nèi)RING結(jié)構(gòu)域被激活, 暴露其E3泛素連接酶活性中心, PD-L1在泛素化后進而內(nèi)化并被溶酶體降解, E3泛素連接酶可再生后循環(huán)利用。實驗結(jié)果進一步顯示AbTACs以依賴RNF43和溶酶體的方式降解細胞中PD-L1。
AbTACs在藥代動力學層面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢: 其血漿半衰期可達數(shù)天量級, 單次給藥即可維持長效治療效果, 這得益于抗體分子的長半衰期特性與E3泛素連接酶的可循環(huán)利用機制。然而, AbTACs技術(shù)在臨床應用層面面臨雙重挑戰(zhàn): ①免疫原性風險顯著, 工程化抗體框架可能引發(fā)宿主ADA反應; ②大分子質(zhì)量特征(>100kDa)導致實體瘤滲透效率受限。對此, 當前解決方案包括: 采用脂質(zhì)納米顆?；蚪饘儆袡C框架納米載體提升遞送效率, 結(jié)合超聲微泡介導的遞送系統(tǒng)增強腫瘤穿透性等。
此外, AbTACs結(jié)構(gòu)依然可以在以下方面做進一步優(yōu)化以增加蛋白質(zhì)降解效率: ①E3泛素連接酶和E3泛素連接酶結(jié)構(gòu)域的水平; ②AbTACs結(jié)合臂的化合價、柔韌性和取向; ③不同跨膜E3泛素連接酶對細胞的依賴性。AbTACs未來可研究應用于靶向更復雜的細胞表面蛋白, 例如多通道跨膜受體, 為精準醫(yī)療時代提供了強有力的工具。
此外, 為提升AbTACs的靶向性, 研究人員開發(fā)了光控AbTACs技術(shù), 通過整合光響應分子開關實現(xiàn)蛋白質(zhì)降解的時空精準調(diào)控。Liu等在傳統(tǒng)AbTACs基礎上引入光激活機制, 使蛋白降解僅發(fā)生在特定光照區(qū)域, 從而增強腫瘤治療的靶向性并減少脫靶效應。該技術(shù)的核心設計策略在于: ①光響應調(diào)控, 利用光敏基團(如光籠分子)控制AbTACs的活性, 實現(xiàn)按需降解; ②光照激活后, 僅在腫瘤部位觸發(fā)靶蛋白降解, 避免全身性不良反應。同時, 光控AbTACs具有降低免疫原性的附加優(yōu)勢: 光籠化狀態(tài)可隱藏抗體表位, 減少宿主免疫系統(tǒng)識別風險。
3展望與挑戰(zhàn)
本文系統(tǒng)分析了基于生物大分子的靶向蛋白降解藥物, 重點探討了基于泛素−蛋白酶體系統(tǒng)和溶酶體途徑的多種技術(shù)路線, 包括bioPROTACs、TRIM-Away、PA200、CMA和AbTACs等。這些技術(shù)通過利用生物大分子的高特異性和多功能性, 克服了傳統(tǒng)小分子降解劑的局限性, 展現(xiàn)了在精準靶向治療中的巨大潛力。然而, 這些技術(shù)仍面臨以下挑戰(zhàn): ①遞送效率低下: 以bioPROTACs、TRIM Away和AbTACs為例, 大分子藥物(如多肽/抗體)因分子質(zhì)量過大難以直接穿透細胞膜, 需依賴低效的內(nèi)吞作用或外源遞送系統(tǒng)(如病毒載體)進入細胞。此外, 血腦屏障等生理屏障進一步阻礙藥物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)靶點的有效遞送, 顯著降低降解效率; ②降解技術(shù)靶向特異性仍存在提升空間; ③bioPROTACs、TRIM-Away和AbTACs均因依賴外源蛋白或抗體成分而面臨顯著的免疫原性風險, 這一共性問題可能限制藥物用于人體長期臨床應用。例如, bioPROTACs通常包含細菌或病毒來源的E3泛素連接酶結(jié)合肽或人工設計的多肽, 這些成分可能被免疫系統(tǒng)識別并觸發(fā)ADA反應的產(chǎn)生, 導致藥物中和及過敏反應。為了更系統(tǒng)地總結(jié)基于生物大分子的靶向蛋白降解藥物的研究進展與挑戰(zhàn), 表2對本文所提及技術(shù)的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)以及常見作用位點進行了總結(jié)。
因此, 未來生物大分子靶向蛋白藥物降解技術(shù)的發(fā)展方向主要分為以下幾個方向: ①針對大分子跨膜效率低的問題, 開發(fā)脂質(zhì)納米顆粒、病毒仿生載體等新型遞送系統(tǒng), 提升藥物穿透細胞膜及血腦屏障的能力, 同時能夠?qū)崿F(xiàn)靶向蛋白降解藥物的體內(nèi)靶向遞送, 降低藥物的脫靶毒性; ②提高靶向蛋白降解藥物的特異性響應, 例如光控、pH響應和小分子誘導的降解劑, 或進一步設計組織特異性啟動子, 從而實現(xiàn)生物大分子靶向蛋白降解藥物的特異性作用; ③降低生物大分子藥物的免疫原性, 可采用減少異源蛋白序列的使用或通過化學修飾mRNA實現(xiàn)細胞內(nèi)bioPROTAC表達, 也可通過局部遞送藥物減少藥物系統(tǒng)性分布, 從而降低免疫激活風險; ④結(jié)合生物信息學和人工智能算法, 預測靶蛋白及生物大分子藥物結(jié)構(gòu), 基于結(jié)構(gòu)合理設計優(yōu)化雙功能分子(bioPROTACs)?；蚧谏镄畔W分析E3泛素連接酶的組織及細胞特異性豐度差異, 合理利用特定泛素連接酶, 從而提高降解效率。同時, 生物大分子存在自身泛素化降解的可能性, 以及與靶蛋白的結(jié)合存在蛋白−蛋白界面, 可能會占據(jù)并影響靶蛋白的泛素化修飾位點, 因此采用分子動力學模擬及空間結(jié)構(gòu)預測對于生物大分子的靶向蛋白降解藥物的開發(fā)尤為重要。隨著對生物大分子靶向蛋白藥物降解技術(shù)的深入研究和不斷優(yōu)化, 以及人工智能技術(shù)在大分子藥物結(jié)構(gòu)預測和輔助設計中的應用拓展, 未來基于大分子的靶向蛋白降解藥物將能針對更多藥物靶點實現(xiàn)高效特異性降解, 為不同疾病的臨床治療提供新的思路。
來源：Internet
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