【引言】
2025年06月06日，輝瑞/Arvinas宣布已向FDA遞交PROTAC新藥Vepdegestrant的上市申請，如果順利獲批，將成為全球首款PROTAC新藥。這是PROTAC藥物領(lǐng)域的里程碑，標(biāo)志著PROTAC概念誕生的20多年后，這類創(chuàng)新療法將進入全新階段，必將引發(fā)新一輪的關(guān)注熱潮。
【什么是PROTAC藥物】
PROTAC藥物，全稱為蛋白降解靶向嵌合體（Proteolysis-Targeting Chimera），是一種新型的小分子藥物。其作用機制基于將靶蛋白募集到E3泛素連接酶進行泛素化標(biāo)記，并最終實現(xiàn)蛋白質(zhì)的降解。PROTAC分子由三個關(guān)鍵部分組成：靶蛋白（POI）配體、E3連接酶配體以及連接體。靶蛋白配體負責(zé)特異性識別并結(jié)合目標(biāo)蛋白質(zhì)，而E3連接酶配體則通過與特定的E3泛素連接酶結(jié)合，促使目標(biāo)蛋白被泛素化標(biāo)記。隨后，泛素化的目標(biāo)蛋白進入蛋白酶體系統(tǒng)，最終被降解為短肽或氨基酸，如圖1所示。
圖1：PROTAC藥物組成及作用機制【文獻1】
【PROTAC藥物發(fā)展歷史】
①2001年，概念提出
Craig M. Crews團隊首次提出PROTAC概念，利用細胞內(nèi)天然的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）實現(xiàn)目標(biāo)蛋白的靶向降解，標(biāo)志著藥物研發(fā)從傳統(tǒng)“抑制蛋白功能”轉(zhuǎn)向“直接清除致病蛋白”的全新思路。
②2008年：首個小分子PROTAC設(shè)計
科學(xué)家成功設(shè)計出基于VHL和CRBN的小分子PROTAC，突破了早期多肽結(jié)構(gòu)PROTAC的穩(wěn)定性差、難以入胞等限制，為PROTAC的臨床轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。
③2015年：動物體內(nèi)驗證
首次在動物體內(nèi)驗證了小分子PROTAC的蛋白降解能力，證明其在活體環(huán)境中的有效性，為后續(xù)臨床研究提供了關(guān)鍵支持。
④2019年：進入臨床試驗
首個PROTAC藥物ARV-110（靶向雄激素受體AR）進入臨床試驗，標(biāo)志著PROTAC正式從實驗室邁向臨床階段，開啟了PROTAC的臨床轉(zhuǎn)化時代。
⑤2020年：臨床概念驗證
ARV-110和ARV-471（靶向雌激素受體ER）的I期臨床試驗初步數(shù)據(jù)表明，PROTAC在人類身上具有良好的耐受性、靶蛋白降解能力和抗腫瘤活性，驗證了PROTAC的臨床可行性。
⑥2021年：多款PROTAC進入臨床
至少15個靶向性PROTAC藥物進入臨床階段，覆蓋癌癥、自身免疫性疾病等多種適應(yīng)癥，PROTAC領(lǐng)域進入快速發(fā)展期。
⑦；2025年：首個PROTAC新藥申請
Vepdegestrant（ARV-471）的新藥申請（NDA）獲美國FDA受理，若獲批將成為首個上市的PROTAC藥物，標(biāo)志著PROTAC技術(shù)從理論到臨床應(yīng)用的全面突破。
圖2： PROTAC 的發(fā)展時間線【文獻2】
【PROTAC藥物優(yōu)勢】
PROTAC的臨床前研究和臨床研究均表明：PROTAC具有較傳統(tǒng)小分子藥物更強的靶向性和更廣泛的適應(yīng)證，并且有著前所未有的優(yōu)勢和特點，如圖3所示。【文獻5】
圖3 PROTAC相交于其他治療策略的優(yōu)勢
【PROTAC藥物存在問題】
PROTAC藥物因其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通常由靶蛋白配體、E3連接酶配體和連接鏈三部分組成，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了其相對分子質(zhì)量較大。普遍違背類藥五規(guī)則中的多項指標(biāo)，即當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)具有5個以上的氫鍵供體、超過10個氫鍵受體、分子量大于500、log P大于5或可旋轉(zhuǎn)鍵大于10時，化合物很可能具有較差的吸收或滲透性。PROTAC分子量高（一般在700-1200 Da之間）、溶解度差、滲透性低，這些都使得部分候選藥物的口服生物利用度偏低，為提高體內(nèi)口服生物利用度帶來挑戰(zhàn)，進一步為臨床轉(zhuǎn)化和商業(yè)成功帶來了障礙。為此，研發(fā)人員必須優(yōu)化PROTAC的物理化學(xué)和藥代動力學(xué)性質(zhì)。
2、目前上市和臨床2期之后PROTAC藥物劑型
為了解目前主流PROTAC藥物的劑型情況，搜索了處于臨床Ⅱ期及之后階段的藥物，結(jié)果如圖3和圖4所示，大部分PROTAC藥物為口服藥物，劑型為片劑或膠囊劑，但是只有申請上市的藥物AR-471有較明確的制劑專利。
圖3：申請上市和處于臨床Ⅲ期PROTAC藥物的劑型及制劑專利
圖4：處于臨床Ⅱ期PROTAC藥物的劑型及制劑專利
3、藥物合成的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是解決PROTAC藥物問題的主流手段
當(dāng)前，制劑研發(fā)在PROTAC藥物開發(fā)流程中的參與度相對較低，通常被視為后期輔助性工作。而藥物合成階段在PROTAC藥物的開發(fā)中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在提升藥物生物利用度和穩(wěn)定性方面。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化等手段，研究人員能夠顯著改善PROTAC藥物的性能。例如：①優(yōu)化連接子結(jié)構(gòu)，提高PROTAC滲透性和代謝穩(wěn)定性將柔性聚乙二醇（PEG）替換為剛性芳環(huán)，顯著降低TPSA、提高clogP。剛性疏水連接子（如芳環(huán)、螺環(huán)）可平衡滲透性，提升藥物分子與靶標(biāo)結(jié)合的能力，突破傳統(tǒng)PEG連接子的高TPSA-低clogP 瓶頸；MW控制（＜900）進一步規(guī)避大分子 PROTAC 的遞送限制。②減少E3 泛素連接酶配體的相對分子質(zhì)量PROTAC 的性質(zhì)與所選E3泛素連接酶配體的類型密切相關(guān)。目前，臨床試驗的口服PROTAC全部為CRBN配體。與VHL配體相比，CRBN配體體積較小，MW更低，這使得含CRBN 配體的PROTAC 在口服吸收方面具有更好的生物利用度。③探索新型E3 泛素連接酶配體。④此外，計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用進一步推動了PROTAC分子的優(yōu)化過程。例如，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測系統(tǒng)可用于篩選具有良好降解效果的分子，從而提高藥物研發(fā)的成功率，并縮短研發(fā)周期。因此，藥物合成階段不僅是PROTAC藥物開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，也是解決其生物利用度和穩(wěn)定性問題的關(guān)鍵所在。
4、制劑研發(fā)在提高PROTAC藥物生物利用度中所做的努力
目前制劑在PROTAC藥物提升生物利用度方面的作用絕大多數(shù)還在很早期的階段，有一些研究人員豐富了生物利用度的判斷標(biāo)準、也有一些學(xué)者，通過固體分散體技術(shù)、新型的遞送系統(tǒng)等，在提升PROTAC藥物生物利用度方面取得了一定的成績。
4.1、優(yōu)化化合物生物利用度處方前判斷依據(jù)
Keith R. Hornberger與Erika M. V. Araujo在文獻中【文獻6】根據(jù) Arvinas 數(shù)據(jù)庫中1806 個 PROTAC 化合物的物理化學(xué)性質(zhì)和大鼠IV 和 POPK 數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)的 Ro5和超越五法則（bRo5）基礎(chǔ)上，展示了 PROTAC 在這些經(jīng)驗定義的化學(xué)空間區(qū)域中口腔吸收截止值的，位置如圖5所示。該規(guī)則為后續(xù)口服 PROTAC 的設(shè)計提供了思路和指導(dǎo)。
圖5: Ro5、bRo5、PROTAC口服吸收的理化性質(zhì)上限
4.2、隨餐給藥改善溶解度
Pike等在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，溶解度是PROTAC類藥物口服生物利用度的核心決定因素。例如，ARV-110在空腹模擬腸液中溶解度僅為0.01g/L，但餐后含膽汁鹽的腸液使其溶解度激增120倍至1.2g/L，膠束粒徑從150nm縮小至20nm，跨膜效率顯著提升；動物實驗數(shù)據(jù)顯示，隨高脂飲食給藥后，ARV-110的Cmax和AUC均提高2.8倍，生物利用度從4.2%升至11.8%。機制分析表明，膽汁鹽通過形成納米膠束降低臨界膠束濃度，突破藥物溶解閾值，并通過小粒徑膠束增強胞吞作用。這一結(jié)果提示 PROTAC 在進食后給藥可能會獲得更好的體內(nèi)藥物暴露。ARV-110和ARV-471的臨床試驗設(shè)計也揭示了這2種PROTAC分子的Ⅰ期臨床給藥模式為每日1次，隨餐給藥，這種給藥模式為提高口服生物利用度提供了參考。
4.3、固體分散體ASD
Postgese 及其同事探索了通過固體分散體（ASD）來提升PROTAC ARCC-4的溶解度。使用Eudragit® L 100-55（EL 100-55）和HPMCAS（L 級）為聚合物，通過真空壓縮成型（VCM）制備ASD，在整個溶解期內(nèi)實現(xiàn)了 ARCC-4 顯著的過飽和且無沉降?！疚墨I6】
深圳市藥欣生物科技有限公司在其專利中，用無定形固體分散體(ASD)改善ARV-110和ARV-471口服利用度，使用HPMCAS與磷脂制備三元SD，把ARV-471口服生物利用度F%由16%提高到40%，，將ARV-110的口服生物利用度由19%提高到是92%。【文獻7】
4.4、仿生納米顆粒
由于 PROTAC 膜穿透力差以及非靶向遞送可能導(dǎo)致不想要的“離靶”副作用，將這些細胞降解效應(yīng)轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用一直困難。范等人成功開發(fā)了一種智能納米藥物遞送系統(tǒng)（CM8988-PIPD），采用仿生策略進行PIPD的靶向遞送。仿生納米顆粒展現(xiàn)出明顯的球形結(jié)構(gòu)，平均尺寸約為124.8納米。用癌細胞膜包覆納米顆粒，使 CM8988-PIPD 在體內(nèi)具有優(yōu)異的血清穩(wěn)定性、受控的藥物釋放特性、良好的生物相容性和免疫相容性，以及增強了同源 PC 細胞的靶向能力
4.5、自乳化藥物遞送系統(tǒng)
Rathod 等人利用 ARV-825 作為 PROTAC 分子開發(fā)了 PROTAC 載荷自納米乳化預(yù)濃縮液，顯著提升了在水溶液和生物相關(guān)培養(yǎng)基中的溶解度。
4.6、創(chuàng)新性遞送機制
大分子藥物的有效性通常受限于其細胞膜通透性較差。除了PROTAC進行結(jié)構(gòu)改造以增強這一特性外，持續(xù)的研究還集中在開發(fā)創(chuàng)新的配方和遞送機制（見圖6、圖7）。【文獻4】開發(fā)PROTACs"前藥"(pro-PROTAC)的新興策略，通過提供PROTAC分子的可控釋放來解決其固有局限性，從而增強靶向暴露并可能擴展這一突破性技術(shù)的臨床應(yīng)用。目前較新的PROTAC前藥有光控-PROTACs、細胞內(nèi)點擊形成的蛋白水解靶向嵌合體 (CLIPTAC)、葉酸 PROTAC、活性氧（ROS）PROTAC、缺氧激活的 PROTAC、放療激活的 PROTAC (RT-PROTAC)、半導(dǎo)體聚合物納米 PROTAC (SPNpro)、聚合Poly-PROTAC等【文獻1】
圖6：PROTACs"前藥"(pro-PROTAC)策略
圖7：PROTACs"前藥"(pro-PROTAC)策略的優(yōu)缺點
總結(jié)
PROTAC技術(shù)平臺作為靶向蛋白降解領(lǐng)域的革命性突破，展現(xiàn)出巨大的臨床轉(zhuǎn)化前景。隨著CRBN/VHL等新型E3連接酶配體的發(fā)現(xiàn)和分子設(shè)計技術(shù)的進步，越來越多的PROTAC候選化合物正加速進入臨床研究階段，預(yù)示著該領(lǐng)域即將迎來爆發(fā)式發(fā)展。然而，我們必須清醒認識到，PROTAC藥物固有的理化特性缺陷—尤其是分子量過大導(dǎo)致的低生物利用度問題，仍然是制約其臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵瓶頸。這一挑戰(zhàn)需要研發(fā)人員持續(xù)關(guān)注并系統(tǒng)優(yōu)化：一方面要繼續(xù)深化結(jié)構(gòu)改造策略，包括連接子工程、配體優(yōu)化等分子層面的創(chuàng)新；另一方面更要重視制劑技術(shù)的協(xié)同突破，通過固體分散體、納米遞送系統(tǒng)、前藥設(shè)計等多元化手段提升藥物的溶解性和吸收效率。只有將結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制劑開發(fā)緊密結(jié)合，形成"分子設(shè)計-劑型優(yōu)化"的全鏈條研發(fā)體系，才能真正釋放PROTAC技術(shù)的治療潛力，為患者帶來更多突破性療法。
參考文獻
【文獻1】Recent Advances in the Development of Pro-PROTAC for Selective Protein Degradation。Fady Hakem 1, Ahmad Abdelwaly
【文獻2】Design and development of PROTACs: A new paradigm in anticancer drug discovery。Vishal Mathur , Mukund Jha
【文獻3】PROTAC Degraders in Clinical Trails: 2025 Update。
【文獻4】Targeted protein degradation: advances in drug discovery and clinical practice。Guangcai Zhong, Xiaoyu Chang
【文獻5】口服蛋白降解靶向嵌合體藥物的研究進展
【文獻6】Physicochemical Property Determinants of Oral Absorption for PROTAC Protein Degraders
【文獻7】專利：PROTAC化合物的藥物組合物及其用途；CN 119604285 A
京公網(wǎng)安備11010802046783號
