综述：基于KEAP1的蛋白降解靶向嵌合体研究进展：结构基础与治疗应用

这篇综述系统阐述了KEAP1（Kelch样ECH关联蛋白1）作为新型E3泛素连接酶适配体在蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）技术中的应用潜力。文章详细解析了KEAP1-NRF2-CUL3复合物的结构特征，总结了基于短肽、共价小分子（如CDDO衍生物）和非共价抑制剂（如KI696）的KEAP1配体开发策略，并重点介绍了靶向BRD4、CDK9、FAK、Tau及KEAP1自身的PROTAC研究进展，为拓展靶向蛋白降解治疗模式提供了重要见解。

　　

KEAP1作为新兴治疗靶点的结构密码

KEAP1（Kelch样ECH关联蛋白1）是Cullin 3-RING E3泛素连接酶复合物的关键适配体蛋白，通过调控核因子E2相关因子2（NRF2）的泛素化降解维持细胞氧化还原稳态。近年来，基于KEAP1的蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）技术因其独特的"事件驱动"作用机制，成为突破传统抑制剂局限的创新治疗策略。

KEAP1的分子结构与功能特征

人类KEAP1基因定位于19号染色体短臂（19p13），其编码的蛋白质属于BTB-Kelch家族成员。KEAP1包含五个特征性结构域：N端区域（NTR）、BTB结构域、中间区域（IVR）、双甘氨酸重复区（DGR/Kelch重复区）和C端区域（CTR）。其中BTB结构域介导KEAP1二聚化，Kelch结构域直接结合NRF2的Neh2结构域。值得注意的是，KEAP1在骨髓、十二指肠、子宫内膜等组织中高表达，且在肺腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤中的表达水平显著高于VHL和CRBN等经典E3连接酶。

KEAP1-NRF2-CUL3调控机制

在基础状态下，KEAP1通过Kelch结构域同时结合NRF2的ETGE和DLG基序，形成"铰链-门闩"结构，介导NRF2的泛素化降解。氧化应激条件下，KEAP1的IVR结构域中半胱氨酸残基发生修饰，导致构象变化并阻断CUL3结合，使新合成的NRF2得以入核激活抗氧化反应元件（ARE）。结构生物学研究揭示，ETGE基序与Kelch结构域的结合亲和力比DLG基序高200倍，其谷氨酸残基（Glu79/Glu82）与Arg380/415/483形成的盐桥网络是分子识别的关键。

KEAP1配体的开发策略

基于KEAP1-NRF2相互作用界面，研究者开发了三类配体：

1. 短肽抑制剂：源自NRF2的ETGE基序，7-16个氨基酸的乙酰化肽段（如Ac-LDEETGEFL-NH₂）展现纳摩尔级亲和力
2. 共价小分子：三萜类化合物CDDO通过α-氰基烯酮共价修饰BTB结构域的Cys151
3. 非共价抑制剂：KI696采用苯并三唑-羧酸结构模拟ETGE基序，K_d达1.3 nM

创新性的是，将羧基替换为磺酰胺基可增强与Ser602的氢键网络，而苯并三唑7-位甲氧基则优化了与Tyr525的相互作用。

KEAP1-PROTAC的治疗应用

靶向BRD4的PROTAC：

• PROTAC I（CDDO-JQ1）在乳腺癌细胞中诱导BRD4降解（DC₅₀=100-200 nM）
• PROTAC II（KI696-OEt-JQ1）对BRD4/3展现持续降解能力
• PROTAC VI（DDO-1636-JQ1）在代谢相关脂肪性肝炎模型中显示79.5%的口服生物利用度

靶向CDK9的PROTAC VII（PL-SNS032）通过TurboID蛋白质组学验证了KEAP1的特异性招募，在MOLT4细胞中DC₅₀为9 nM。而靶向Tau的肽基PROTAC IX（Ac-LDPETGEYL-GSGS-YQQYQDATADEQG）则创新性地融合了细胞穿透肽（RRRRRRRR），在神经母细胞瘤中实现Tau降解。

KEAP1自降解策略

通过"反向PROTAC"设计：

• PROTAC XII（KI696-泊马度胺）在小鼠肝损伤模型中半衰期达220分钟
• PROTAC XIV（CDDO-泊马度胺）的急性毒性显著低于母体CDDO
• 肽基降解剂KKP1通过融合ETGE基序与穿膜肽，在肝星状细胞中激活NRF2通路

未来展望

尽管KEAP1-PROTAC在组织选择性、协同抗氧化效应方面具有优势，但仍面临分子量过大（>800 Da）、细胞渗透性差等挑战。新兴的CLIPTAC技术和光控PROTAC设计可能提供解决方案。人工智能辅助的 ternary complex预测和双靶点降解剂开发将成为重要研究方向。值得注意的是，KEAP1在肺组织的富集特性为呼吸系统疾病治疗提供了独特机遇，而其与CRBN/VHL的组合策略有望实现"降解+抗氧化"的双重治疗效果。