光可裂解的PROTACs作为动态调控蛋白质功能的工具

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Photocleavable PROTACs as tools for dynamic regulation of protein function

光响应PROTAC通过硝基苯甲酰连接器实现可控蛋白降解，验证了光解速度、降解效率及蛋白恢复动力学，扩展至BET家族（BRD2/3/4），为动态蛋白调控提供化学工具。

　　PROTACs（Proteolysis-Targeting Chimeras）作为一种新型的靶向蛋白降解技术，近年来在化学生物学领域引起了广泛关注。其基本原理是通过小分子药物将目标蛋白与E3泛素连接酶招募在一起，从而促进目标蛋白的泛素化并最终通过蛋白酶体降解。相较于传统的抑制剂，PROTACs无需与目标蛋白发生高度特异性的结合，而是通过“泛素连接酶-目标蛋白”之间的相互作用，实现对目标蛋白的高效降解。这一特性使得PROTACs在针对那些缺乏明确结合口袋的“难以成药”蛋白方面具有显著优势。然而，目前大多数PROTACs的设计缺乏对时间维度的精确调控能力，限制了其在研究蛋白动态功能或进行精准治疗中的应用潜力。

为了解决这一问题，研究者们开始探索具有刺激响应性的PROTACs，其中光控PROTACs（photocleavable PROTACs）成为了一个备受关注的方向。这类PROTACs通过引入可光裂解的化学基团，使其在特定波长的光照射下发生结构变化，从而实现对目标蛋白降解过程的可控性。与传统的“ON-OFF”型光响应PROTACs不同，光裂解型PROTACs（pc-PROTACs）能够通过光诱导的裂解反应，使药物完全失去活性，从而实现不可逆的“关”状态。这一特性对于需要精确时间控制的研究或治疗应用尤为重要，因为它可以避免因残留活性而引起的非预期效应。

本研究旨在开发并验证一种基于硝基苯基（nitrobenzyl）连接基的光裂解型PROTACs，以实现对BET家族蛋白（包括BRD2、BRD3和BRD4）的可控降解。BET家族蛋白在多种疾病中扮演着关键角色，例如癌症和免疫相关疾病，因此其动态调控对于理解其生物学功能以及开发相关治疗策略具有重要意义。尽管已有研究针对BRD4开发了光裂解型PROTACs，但对BET家族其他成员的调控能力以及这些药物在不同细胞系中的表现仍有待进一步探索。

在本研究中，研究人员设计并合成了三种新的光裂解型PROTACs（PROTAC-1至PROTAC-3），其中基于dBET6的结构框架进行优化。通过分子对接模拟，研究人员评估了硝基苯基连接基对BET蛋白与E3泛素连接酶之间形成三元复合物的影响。结果显示，该连接基并未干扰三元复合物的形成，从而确保了PROTACs在光裂解前仍能有效地招募E3泛素连接酶并促进目标蛋白的降解。此外，通过液相色谱-质谱联用（LC–MS/MS）分析，研究人员确认了光诱导下连接基的快速裂解，表明这些化合物在细胞内能够迅速响应光刺激，从而实现降解活性的关闭。

在细胞实验中，研究人员发现这些光裂解型PROTACs能够在较低浓度下高效地降解BET蛋白。这一结果表明，这些化合物不仅具有较高的生物活性，而且可能在实际应用中具有更低的剂量需求，从而减少潜在的毒副作用。此外，通过紫外线照射后的恢复实验，研究人员还观察到目标蛋白的表达可以在光诱导降解后被恢复，这一现象进一步支持了光裂解型PROTACs在动态调控蛋白表达方面的潜力。

尽管已有研究初步验证了光裂解型PROTACs在调控BET蛋白方面的可行性，但该研究主要关注于BRD4，因此未能全面评估该技术在BET家族中其他成员上的适用性。考虑到BRD2和BRD3在染色质重塑和转录调控中的不同功能，研究者们认为有必要对这三个BET蛋白进行系统性的分析，以揭示光裂解型PROTACs在不同靶点上的选择性、降解效率以及结构特征对其活性的影响。因此，本研究扩展了目标范围，对BRD2、BRD3和BRD4进行了全面的评估，为光裂解型PROTACs在BET蛋白调控中的应用提供了更深入的理解。

在实验过程中，研究人员采用了多种方法来评估光裂解型PROTACs的性能。其中包括对细胞内光裂解动力学的系统研究，以确定药物在不同光照条件下的响应速度和效率。此外，研究人员还对降解后蛋白表达的恢复过程进行了分析，以评估光诱导降解的可逆性以及其对细胞功能的影响。这些研究不仅为光裂解型PROTACs的设计提供了理论依据，也为未来开发具有更广泛适用性的PROTACs奠定了基础。

光控PROTACs的应用前景十分广阔，尤其是在需要动态调控蛋白表达的研究中。通过精确控制光照条件，研究人员可以实现对特定蛋白的快速降解或恢复，从而更深入地理解其在细胞信号传导、基因表达调控等过程中的作用。此外，光控PROTACs还可能在药物开发中发挥重要作用，例如在癌症治疗中，通过调控关键信号蛋白的表达，实现对肿瘤细胞的精准干预。然而，尽管已有初步成果，光裂解型PROTACs的开发仍面临诸多挑战，包括如何优化连接基的光响应特性、如何提高药物在细胞内的稳定性以及如何确保其在不同组织和细胞类型中的适用性。

为了进一步推动光控PROTACs的发展，研究人员还需要解决一些关键问题。例如，如何在不干扰目标蛋白与其他分子相互作用的情况下，实现对PROTACs活性的精确调控；如何提高光裂解反应的效率和选择性，以减少对细胞其他成分的潜在影响；以及如何在不同细胞系中验证这些药物的生物学效应，以确保其在临床前研究中的适用性。此外，还需要探索光控PROTACs在更广泛的蛋白靶点上的应用潜力，以拓展其在疾病治疗和基础研究中的价值。

总体而言，光裂解型PROTACs代表了一种全新的蛋白调控策略，其优势在于能够实现对目标蛋白的时空精确控制。这一技术的进一步发展和优化，将有助于推动化学生物学研究的深入，并为精准医疗提供新的工具和思路。随着对光裂解机制、连接基设计以及细胞内反应动力学的不断探索，光控PROTACs有望在未来成为研究和治疗领域的重要手段。