PROTAC重定向策略揭示核受体非经典结合表面介导化学降解的新机制

《Nature Communications》：PROTAC repurposing uncovers a noncanonical binding surface that mediates chemical degradation of nuclear receptors

本研究针对传统PROTAC靶向核受体（NR）配体结合口袋（LBD）的困境，通过重定向MDM2降解剂MD-224，意外发现其通过结合PXR的AF-2表面（α12附近）实现高效降解。结构指导的药物化学优化成功获得选择性NR降解剂，揭示了非经典结合表位在PROTAC设计中的普适性价值，为转录因子靶向治疗提供了新范式。

　　

在药物发现领域，核受体（NR）家族因其明确的配体结合域（LBD）而成为重要靶点，约16%的上市小分子药物靶向NR。然而，NR配体结合谱的高度重叠导致严重的脱靶效应，且组织特异性激活等意外事件凸显了对新型NR调控机制的迫切需求。蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）技术通过招募E3泛素连接酶诱导靶蛋白降解，为NR调控提供了新思路。但针对如孕烷X受体（PXR）这类具有深埋且不易接近的配体结合口袋的NR，传统PROTAC设计面临巨大挑战。

圣裘德儿童研究医院的Taosheng Chen团队在《Nature Communications》发表的研究中，另辟蹊径地采用PROTAC重定向策略，发现MDM2降解剂MD-224能高效降解PXR，并揭示其通过结合PXR的AF-2表面（而非传统配体结合口袋）实现降解的新机制。这一发现不仅为NR靶向降解提供了新思路，更揭示了非经典结合表位在PROTAC设计中的重要作用。

研究人员通过聚焦PROTAC库筛选，发现MD-224能在2小时内显著降低内源性HiBiT-PXR蛋白水平，且降解效果持续24小时以上。值得注意的是，MD-224对PXR的降解完全依赖于CRBN E3连接酶，但与MDM2降解相互独立。通过竞争实验和突变分析，团队发现MD-224结合位点位于PXR的AF-2表面附近，这一区域是所有NR共有的结构特征。

结构指导的药物化学优化成功获得了系列MD-224衍生物。其中SJYHJ-048在保留PXR降解活性的同时消除了MDM2降解能力；而通过"降解决定子阻断"策略设计的SJYHJ-108进一步消除了GSPT1降解活性，实现了对PXR和CAR等NR的选择性降解。这些化合物通过TR-FRET和SPR实验证实了与PXR LBD的直接结合，并形成了CRBN-PXR LBD三元复合物。

研究的关键技术方法包括：基于CRISPR/Cas9的内源性标签细胞系构建（SNU-C4^HiBiT-PXR和SNU-C4^3xFLAG-PXR）、活细胞动力学降解分析（NanoBiT技术）、TR-FRET结合与相互作用检测、表面等离子共振（SPR）结合亲和力测定、以及基于TMT和DIA的蛋白质组学分析。人原代肝细胞（PHH）实验验证了MD-224在生理相关模型中的降解效果。

MD-224诱导PXR降解的机制研究显示，降解需要完整的CRL4^CRBN复合物（DDB1、RBX1、CUL4A/B）和泛素系统。C末端截断实验证实α12对降解至关重要，而SRC-1共激活肽的加入能完全阻断降解。点突变实验发现G253、G278、G302、G355和G430等甘氨酸残基突变会降低降解效率，而K160和K252可能是泛素化的关键位点。

配体调控实验揭示了MD-224降解活性的独特可调性：结合深部口袋的配体（如T0901317）增强降解，而结合α12附近的配体（如SPA70）则阻断降解。这种双向调控特性为开发条件性PROTAC提供了新思路。

跨NR降解谱分析显示，MD-224还能降解CAR、LXRα和LXRβ等NR1亚家族成员，而对VDR和FXR无效。这种选择性降解与AF-2表面的结构差异相关，如LXR降解可被其配体完全阻断，表明不同NR的降解机制存在细微差别。

该研究首次系统揭示了PROTAC通过核受体AF-2表面实现靶向降解的新机制，突破了传统配体结合口袋靶向的限制。通过合理的药物化学设计，研究人员成功将多靶点PROTAC转化为选择性NR降解剂，证明了PROTAC重定向策略在降解剂发现中的实用价值。这一发现不仅为NR靶向治疗提供了新工具，更深化了对PROTAC作用机制的理解，为开发针对"不可成药"转录因子的降解剂奠定了重要基础。