连接子甲基化策略增强PROTAC口服生物利用度的分子机制与构象分析

为解决PROTACs（蛋白降解靶向嵌合体）口服生物利用度(F%)低的问题，研究人员通过分子性质与构象分析，揭示了连接子甲基化如何通过调控分子折叠和极性影响外排比(ER)，从而提升VHL（von Hippel–Lindau）基PROTACs的口服吸收。该研究为优化PROTAC药代动力学提供了新策略，并建立了基于理化性质的预测模型，发表于《Journal of Medicinal Chemistry》。

　　

在肿瘤和难治性疾病治疗领域，蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）因其独特的“事件驱动”作用机制成为研究热点。然而，这类大分子化合物的口服生物利用度(F%)普遍较低，尤其是基于VHL（von Hippel–Lindau）E3连接酶的PROTACs，其结构灵活性和极性导致肠道吸收受限。尽管已有研究证实CRBN（Cereblon）基PROTACs可通过构象折叠改善吸收，但VHL基PROTACs的优化策略仍不明确。更棘手的是，传统动物实验耗时耗力，而现有计算模型难以准确预测这类超越类药五规则（bRo5）分子的药代性质。

针对这一难题，意大利都灵大学（Università di Torino）分子生物技术与健康科学系的研究团队联合工业界，对11种结构相似的SMARCA2/4靶向VHL-PROTACs展开系统研究。通过整合小鼠体内药代实验、体外ADME（吸收、分布、代谢、排泄）性质测定和分子模拟技术，首次揭示连接子甲基化通过诱导“变色龙”式构象折叠，显著降低外排比(ER)并提升口服生物利用度。这项突破性成果发表于《Journal of Medicinal Chemistry》，为PROTAC的理性设计提供了全新视角。

研究团队采用多维度技术方法：通过Caco-2细胞模型测定渗透性(P_app)和ER；色谱法获取脂溶性(BRlogD、log k′₈₀ PLRP-S)和极性(Δlog k_w^IAM)参数；结合构象采样(CS)和20-150ns的牵引分子动力学(SMD)模拟分析水/甲苯环境下的分子折叠行为；并建立三维极性表面积(3D PSA)和回转半径(R_gyr)量化模型。

化学空间分析

通过主成分分析发现，这些PROTACs位于口服药物化学空间边缘，其分子量(>800 Da)和脂溶性(cLogP 5-7)显著高于已上市口服PROTACs，但通过构象折叠可掩盖极性。

关键实验发现

甲基化衍生物（如A5-2、B-4）的ER值降低2-3倍，F%提升至>5%。ER与膜核心分配指标log k′₈₀ PLRP-S呈强负相关(r2=0.58)，证实P-gp（P-glycoprotein）在膜疏水区捕获底物的“翻转酶”机制。

构象机制解析

SMD模拟显示：在含水环境中，甲基化连接子驱动PROTACs形成紧凑构象（R_gyr<7 ?），使3D PSA从>200 ?2降至<150 ?2。例如A5-2在水中的折叠构象能将醌唑啉弹头与VHL配体相互包埋，而线性连接子衍生物（A5-1）始终保持伸展状态。这种“极性屏蔽”效应在含氧连接子系列（B系列）中尤为突出，双甲基化产物B-4甚至在甲苯中呈现超折叠构象。

这项研究不仅确立了ER作为PROTAC口服吸收的关键限速因素，更开创性地提出“最小化修饰”策略——仅通过连接子单甲基化即可实现构象精准调控。相比传统的 linkerology（连接子工程）中冗长的结构改造，该方法大幅提升了研发效率。研究人员还构建了基于BRlogD、Δlog k_w^IAM和log k′₈₀ PLRP-S的三维预测模型，为临床前筛选提供了实用工具。

值得关注的是，该研究揭示了环境依赖性构象变化的普适规律：水性环境中折叠程度与F%正相关，而甲苯环境中极性控制更为重要。这一发现超越了既往仅关注非极性环境构象的研究范式，为bRo5分子设计提供了全新框架。尽管该结论在CRBN-PROTACs中的适用性仍需验证，但其揭示的“分子折叠-膜分配-外排转运”级联机制，无疑为下一代口服蛋白降解药物的开发指明了方向。