《Advanced Drug Delivery Reviews》：Bridged PROTAC, DNA-based PROTAC and hydrophobic tag technologies for targeted protein degradation
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靶向蛋白降解技术PROTAC的创新策略及机制研究。摘要：PROTAC通过泛素-蛋白酶体系统降解目标蛋白，突破传统抑制剂限制。新型策略包括桥接PROTAC利用蛋白互作间接靶向、DNA基PROTAC通过双链DNA结合转录因子、HyTs模拟错误折叠蛋白诱导降解。这些方法扩展了可降解蛋白范围，解决了传统PROTAC分子量过大、依赖小分子配体等问题。分隔符：
高鹏城|岳忠|罗凯秀|金健
西奈山治疗发现中心，药理学系、肿瘤科学系和神经科学系，西奈山蒂施癌症中心，伊坎医学院，纽约州纽约市10029，美国
摘要
靶向蛋白水解嵌合体（PROTACs）通过利用泛素-蛋白酶体系统（UPS）来诱导靶向蛋白质降解（TPD），在治疗方法的发现方面取得了重要突破。与传统的小分子抑制剂不同，PROTACs能够催化目标蛋白质的降解，从而彻底消除其所有功能。在过去十年中，PROTAC技术在多种与疾病相关的蛋白质上展示了广泛的治疗潜力，许多PROTACs已进入临床开发阶段。然而，传统的PROTACs依赖于目标蛋白质（POIs）和E3连接酶的小分子配体的可用性，这限制了可降解的蛋白质组。为了克服这些限制，人们开发了诸如桥接型PROTACs、基于DNA的PROTACs和基于疏水标签的降解剂（HyTs）等创新策略。桥接型PROTACs利用内源性蛋白质-蛋白质相互作用来靶向“难以成药”的POIs或未被充分研究的E3连接酶。基于DNA的PROTACs使用与E3连接酶配体连接的DNA寡核苷酸来降解缺乏小分子结合位点和配体的难以成药的转录因子（称为TF-PROTACs）。HyTs利用疏水标签来诱导POI的错误折叠并随后进行降解。由于分子量较低，HyTs可以通过口服途径给药。总体而言，这些技术扩展了可靶向的蛋白质组，并显著推动了TPD领域的发展。
引言
靶向蛋白水解嵌合体（PROTAC）技术是一种创新的治疗策略，它利用内源性泛素-蛋白酶体系统（UPS）来诱导选择性蛋白质降解。PROTACs由三个部分组成：目标蛋白质（POI）的配体、E3泛素连接酶的配体以及连接这两个配体的化学连接器[1]、[2]、[3]、[4]。通过将POI招募到E3连接酶附近，PROTACs催化泛素单元从E2酶转移到POI上，标记其进行蛋白酶体降解[5]。与传统需要持续占据活性位点的小分子抑制剂不同，PROTACs具有催化作用，能够在亚化学计量浓度下降解高丰度的蛋白质。这种事件驱动的机制不仅消除了目标蛋白质的酶活性，还消除了非酶活性功能，从而相对于小分子抑制剂具有独特优势[6]。在过去二十年里，这项技术已经发展成为一种广泛适用的药物开发范式，多个PROTAC候选物已进入临床评估阶段[7]。尽管取得了这些显著进展，传统PROTACs仍存在一些局限性。它们的高分子量可能导致细胞渗透性差和药物性质不佳[8]、[9]。此外，PROTACs受到目标蛋白质和E3连接酶的小分子配体可用性的限制。尽管已经鉴定出600多种人类E3连接酶，但只有少数几种（如cereblon（CRBN）、von Hippel-Lindau（VHL）、小鼠double minute 2同源物（MDM2）和凋亡蛋白抑制剂（IAPs）被成功用于PROTAC设计，从而限制了可降解的蛋白质组[10]、[11]。此外，大约85%的疾病相关蛋白质由于表面平滑且缺乏可结合的口袋而“难以成药”[12]、[13]。因此，扩展PROTAC技术以应对这些挑战是靶向蛋白质降解（TPD）领域的一个关键前沿。最近开发了几种创新策略来克服这些限制[14]。其中，三种方法——桥接型PROTACs[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、基于DNA的PROTACs[20]、[21]、[22]、[23]以及基于疏水标签的降解剂（HyTs）——在扩展PROTAC的应用范围方面特别有前景[24]、[25]。桥接型PROTACs利用相互作用伴侣蛋白的小分子配体间接招募难以成药的POIs或E3连接酶[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。基于DNA的PROTACs使用DNA寡核苷酸序列作为POI配体，从而能够选择性地招募和降解缺乏传统结合位点的难以成药的转录因子（TFs）[20]、[21]、[22]、[23]。HyTs使用与疏水标签结合的POI小分子配体来模拟错误折叠的蛋白质，诱导POI降解。在这篇综述中，我们重点介绍了这些策略的概念验证发现、作用机制、代表性例子以及它们的优势和局限性。对于基于DNA的PROTACs，我们关注转录因子（TF）目标。通过扩展TPD的工具箱，这些策略为解决难以成药的目标提供了令人兴奋的机会，扩大了E3连接酶的范围，并改善了杂双功能分子的药物性质。
部分摘录
桥接型PROTAC
PROTACs提供了一种强大的治疗方式，但传统的PROTACs仅限于具有已知配体的蛋白质，许多致癌驱动因子因此难以成药。为了解决这一挑战，引入了一种新的桥接型PROTAC策略（图1A），该策略通过其结合伴侣间接招募难以成药的POI。利用这种方法，Yan等人发现了MS28，这是第一个降解cyclin D1的降解剂——cyclin D1是一种排名靠前的癌症治疗靶点，但目前缺乏小分子配体
基于DNA的PROTAC
2021年，Samarasinghe等人引入了TRAcription Factor TArgeting Chimeras（TRAFTACs），这是一种多功能平台，旨在利用转录因子的内在DNA结合特性实现难以成药的TFs的选择性降解[33]。TRAFTAC由一条双链DNA（dsDNA）序列组成，该序列能够识别目标转录因子（TOI），并与一个RNA支架共价连接，该RNA支架再与HaloTag融合的dCas9蛋白结合。HaloTag结构域能够招募E3连接酶
基于疏水标签的降解剂
基于疏水标签的降解剂（HyTs）作为PROTAC介导的TPD的补充策略而出现（图4A）。典型的HyT降解剂包括目标蛋白质（POI）的配体、连接器以及疏水标签（如adamantane、Boc3Arg、fluorene、pyrene、carborane、menthoxyacetyl或norbornene）[24]、[25]。通过模拟错误折叠的蛋白质，HyTs激活细胞的蛋白质质量控制系统来促进POI的降解。两种潜在的降解机制结论与展望
包括桥接型PROTACs、基于DNA的PROTACs和基于疏水标签的方法在内的创新降解剂设计策略的出现，显著拓宽了靶向蛋白质降解的领域，超越了传统PROTACs的限制。如表2所示，这些技术解决了传统PROTACs面临的一些关键挑战，例如靶向传统上难以成药的目标、招募未被充分研究的E3连接酶以及改善药代动力学（PK）
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：金健实验室从Celgene Corporation、Levo Therapeutics, Inc.、Cullgen, Inc.和Cullinan Therapeutics, Inc.获得了研究资金。J.J.是Cullgen, Inc.和Valenyx Therapeutics, Inc.的联合创始人和股权股东，曾是Onsero Therapeutics, Inc.的科学联合创始人及科学顾问委员会成员，并曾为Cullgen提供咨询
致谢
J.J.感谢美国国立卫生研究院（NIH）提供的R01CA260666、R01CA268384、R01CA268519、R01CA290791、R01AG084184和P01CA291694资助，以及西奈山伊坎医学院（ISMMS）提供的教授职位。Y.Z.感谢NIH提供的癌症生物学（T32CA078207）和药理学科学（T32GM062754）的博士前培训资助，以及癌症生物学（T32CA078207）的博士后培训资助
