综述：纳米颗粒介导的靶向蛋白质降解（NanoTPD）：原理、合理设计及降解机制

《Nano Today》：Nanoparticle-mediated targeted protein degradation (NanoTPD): Principles, rational design and mechanisms of degradation

靶向蛋白降解技术中纳米粒子介导的靶向蛋白降解（NanoTPD）通过两种机制：作为递送载体或作为固有降解器（NanoTACs）。后者通过表面修饰增强与溶酶体靶点的结合，利用泛素-蛋白酶体系统（UPS）和溶酶体途径实现高效蛋白降解。研究指出，NanoTPD在提升药物递送效率、减少非靶向效应方面具有潜力，但仍面临纳米颗粒摄取机制不明确、合成复杂及临床转化障碍等挑战。

张云婷|王克然|杨一翔|龚涛|张志荣|刘仁和|傅瑶

教育部与四川省药物靶向与药物递送系统重点实验室、四川植物源药物工程实验室、四川药物精准工业技术研究中心、四川大学西部药学院，中国

摘要

靶向蛋白质降解（TPD）策略，如蛋白酶体靶向嵌合体（PROTACs）和溶酶体靶向嵌合体（LYTACs），能够精确控制细胞内和细胞外蛋白质的降解，具有显著的临床应用潜力。近年来，纳米颗粒介导的TPD（NanoTPD）作为一种创新方法应运而生。NanoTPD利用具有生物相容性、表面可调控性以及高药物负载能力的纳米颗粒（NPs），实现了更高效的靶向递送，并克服了传统分子降解剂的局限性。本文将NanoTPD分为两种主要类型：（1）作为递送载体的NPs携带TPD活性物质；（2）NPs本身作为降解剂，例如双配体或单配体NanoTACs。本文主要关注后者。此外，我们探讨了NanoTACs的两种主要降解途径：泛素-蛋白酶体系统和溶酶体途径。最后，我们指出了实现NanoTPD全部潜力所需解决的关键挑战，包括对相关机制理解的不足、纳米颗粒摄取和细胞内运输的局限性以及临床转化的障碍。

引言

靶向蛋白质降解（TPD）的概念最早提出于1999年[1]。两年后，首个蛋白酶体靶向嵌合体（PROTAC）展示了在细胞内选择性去除目标蛋白质的能力[2]。与依赖结合位点的抑制剂不同，TPD通过将目标蛋白质（POI）引导至细胞降解机制（如泛素-蛋白酶体系统（UPS）和自噬-溶酶体途径）来消除“难成药化”的蛋白质[3][4]。典型的TPD平台包含一个与POI结合的配体、一个效应分子（例如E3连接酶）以及一个化学连接剂[5]。POI与效应分子之间的相互作用会触发高效的蛋白质降解[6]。 PROTACs于2019年首次进入临床试验（ARV-110/471[7]），主要依赖于E3连接酶（例如cereblon（CRBN）或von Hippel-Lindau（VHL）），能够有效降解细胞内目标蛋白，尤其是胞质蛋白[8]。然而，其临床转化面临诸多挑战：膜通透性差、E3连接酶在组织中的分布受限、脱靶风险以及生物分布不佳，这些都限制了治疗效果[9][10]。值得注意的是，“钩效应”是一个关键问题——在过高浓度下，PROTACs容易形成无活性的二元复合物（“POI-PROTAC”或“E3连接酶-PROTAC”），从而干扰三元复合物的形成并降低降解效率[11]。某些低分子量的分子胶（例如沙利度胺）也能通过直接将E3连接酶与POI结合来利用UPS[12]，但这类分子的合理设计仍具有挑战性，大多数是通过偶然发现获得的[13]。新兴的机制，如自噬靶向嵌合体（AUTACs）和溶酶体靶向嵌合体（LYTACs），通过自噬-溶酶体途径扩展了对细胞外、膜蛋白甚至胞质蛋白的靶向能力[14][15]。细胞内底物通过自噬-溶酶体途径被降解；而膜蛋白和分泌蛋白则通过内吞作用进入溶酶体后通过内体-溶酶体途径被降解[16]。AUTACs利用K63连接的聚泛素化机制将LC3标记的自噬体与目标蛋白连接，实现自噬-溶酶体降解[17]。自噬靶向嵌合体（AUTOTACs）[18]和自噬体连接化合物（ATTECs）[19]分别直接作用于p62和LC3，促进目标蛋白被隔离到自噬溶酶体中而无需泛素化。此外，伴侣蛋白介导的自噬靶向嵌合体（CMATACs）通过将KFERQ类似结构与POI结合蛋白（如热休克相关71 kDa蛋白HSC70和溶酶体相关膜蛋白2A LAMP-2A）结合，实现溶酶体降解[20]。对于内体-溶酶体途径，LYTACs利用细胞表面的溶酶体靶向受体（LTRs）将目标复合物内化至溶酶体进行降解[21]。多价糖链配体虽能增强LTRs的靶向性，但在不同组织和细胞类型中的表达存在差异[22][23]。自噬-溶酶体靶向降解剂虽然能通过内源性机制精确清除目标蛋白，但仍面临生物利用度低、脱靶分布和合成复杂性等挑战[24]。 因此，纳米技术为这些未满足的需求提供了有效的解决方案。纳米颗粒（NPs）作为一种常用的药物递送系统，可提高药物的渗透性和生物利用度，同时减少脱靶效应和毒性[25][26]。它们凭借增强的渗透性和滞留效应（EPR），以及通过clathrin、caveolin或吞噬作用途径的内吞作用，实现细胞内递送并最终与溶酶体融合[27][28]。通过表面修饰和载荷定制，NPs为下一代TPD技术提供了灵活的平台[29][30]。 本文介绍了两种类型的纳米颗粒介导的靶向蛋白质降解（NanoTPD）：一种是负载TPD活性物质的NPs，另一种是NP介导的靶向嵌合体（NanoTACs）。由于负载TPD活性物质的NPs已有大量研究[31][32][33]，本文将重点讨论后者，即NanoTACs。NanoTACs根据结构和降解机制进行分类，并总结了其治疗潜力和未来发展方向。

纳米颗粒介导的靶向蛋白质降解（NanoTPD）技术

根据纳米颗粒在降解过程中的作用，NanoTPD可分为两大类：一类是负载TPD活性物质的NPs，它们将这些活性物质递送到目标位置并发挥降解作用；另一类是NP本身参与蛋白质降解的NanoTACs。NanoTACs可进一步细分为两种亚型：（i）作为POI结合配体与效应分子连接体的多价连接剂的NPs；（ii）经过修饰的POI结合配体。

降解机制

在TPD技术中，纳米颗粒超越了传统的货物递送功能，成为直接结合并清除目标蛋白质的结构降解剂。这种从传统双功能分子向功能性纳米颗粒的转变带来了两大优势：（i）简化合成过程，无需优化连接剂；（ii）具有天然的模块化特性，便于实现目标蛋白的多样化。

研究局限性

今年早些时候，首个PROTAC分子Vepdegestrant向FDA提交了新药申请（NDA），用于治疗曾接受内分泌治疗的ER阳性、HER2阴性的晚期或转移性乳腺癌患者（这些患者携带ESR1突变）。其他TPD方法，包括LYTAC，也正处于临床或接近临床阶段。然而，NanoTPD仍处于概念验证阶段。尽管NanoTPD平台具有革命性潜力，

作者贡献声明

刘仁和：撰写、审稿与编辑、验证。 傅瑶：撰写、审稿与编辑、验证、监督、概念构思。 龚涛：资源协调。 张志荣：资源提供。 张云婷：初稿撰写、监督、项目管理、实验设计、概念构思。 王克然：初稿撰写、实验设计。 杨一翔：实验研究。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

本研究得到了四川省科学技术厅（25NSFSC2417）、教育部药物靶向与药物递送系统重点实验室、中央高校基本科研业务费以及111项目（B18035）的财政支持。

术语解释

蛋白酶体：一种保守的多亚基ATP依赖性蛋白酶复合物，负责催化细胞内蛋白质的降解。 泛素-蛋白酶体系统（UPS）：一种用于靶向蛋白质降解的细胞内途径。