《ChemBioChem》：Eyes Toward the Clinic: Selective Inhibition and Degradation Approaches to Bromodomain-Containing Proteins
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含溴结构域蛋白质（bromodomain-containing proteins）作为表观遗传调控因子，其溴结构域（bromodomain）可识别乙酰化蛋白质及组蛋白，进而驱动基因表达的改变。鉴于其在基因表达调控中的关键作用，含溴结构域蛋白质已成为药物研发的重
含溴结构域蛋白质（bromodomain-containing proteins）作为表观遗传调控因子，其溴结构域（bromodomain）可识别乙酰化蛋白质及组蛋白，进而驱动基因表达的改变。鉴于其在基因表达调控中的关键作用，含溴结构域蛋白质已成为药物研发的重要靶点，尤其是溴结构域与末端外结构域（bromodomain and extra-terminal, BET）家族蛋白。研究人员通过选择性抑制和靶向蛋白降解两种方式对这些蛋白质进行靶向干预，揭示了多样化的生物学机制。对于BET溴结构域蛋白，研究人员讨论了选择性抑制与降解在疗效及临床安全性方面的独特生物学效应，涵盖已进入III期临床试验的BET抑制剂以及近期BET降解剂的临床候选化合物。同时，该综述还介绍了非BET溴结构域蛋白质的现有抑制策略与靶向蛋白降解方法。该综述旨在总结当前针对溴结构域的抑制与降解策略，为分子机制研究提供洞见，并更新这些治疗模式的临床进展，以期在该领域迎来首个溴结构域靶向治疗药物获批之际，为相关研究提供参考。
1 引言
表观遗传学研究独立于基因序列的可遗传基因表达或表型变化。表观遗传机制通过多种途径调控基因表达，包括DNA碱基修饰、非编码RNA的调控以及组蛋白翻译后修饰。这些机制在细胞分化中至关重要，其失调可导致癌症、炎症、纤维化、神经退行性疾病及感染性疾病等多种疾病状态。DNA甲基化由DNA甲基转移酶催化，涉及将甲基直接添加到DNA含氮碱基上，其中CpG岛的甲基化代表一种稳定的基因沉默形式。长非编码RNA可通过招募或抑制转录因子以及作为更大染色质结构的支架来发挥作用。组蛋白的翻译后修饰代表表观遗传调控的重要部分，核小体由组蛋白八聚体核心和147个碱基对的DNA组成。组蛋白的N端非结构化区域伸出组蛋白表面，为翻译后修饰提供位点。常见的翻译后修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等，其中组蛋白乙酰化是研究最充分且最丰富的翻译后修饰之一。含溴结构域蛋白质可识别乙酰化组蛋白并招募辅助转录机器以重塑表观遗传景观，在癌症中其失调可导致致癌蛋白的激活。
2 含溴结构域蛋白质的结构分析
溴结构域是特异性识别N-ε-乙酰化赖氨酸（Kac）的特定结构域，可结合乙酰化组蛋白和乙酰化蛋白质（包括转录因子）以促进活跃基因转录。溴结构域基序由约110个氨基酸组成，包含左手四螺旋束（αZ、αA、αB和αC），通过两个环区（ZA环和BC环）连接，形成适合Kac识别的深结合口袋。人类蛋白质组中存在61个溴结构域，分布于46种独特蛋白质中，分为八个亚类。大多数溴结构域通过水分子介导的氢键与酪氨酸作用，以及与天冬酰胺残基的直接氢键来识别乙酰化标记。少数非经典溴结构域采用苏氨酸或酪氨酸等其他残基辅助乙酰化赖氨酸识别。I类和II类溴结构域以及VII类溴结构域TAF1的疏水核心中存在由四至五个水分子组成的结构化水网络，这些结构化水被疏水WPF架包裹。针对这些结构化水的药物设计可获得选择性，如在ATAD2、SMARCA2/4、BRD7/9及BRD4的N端溴结构域（D1）中已有观察。
3 含溴结构域蛋白质的生物学功能
尽管溴结构域本身的结构和序列高度保守，但含溴结构域蛋白质的结构和功能却极为多样。多个蛋白质含有多个溴结构域，可能增强对多乙酰化标记的整体结合亲和力。溴结构域按功能分为八类：I-IV类分别控制赖氨酸乙酰化、赖氨酸甲基化、染色质重塑和染色质组装；V-VIII类分别调控转录激活、蛋白质泛素化、核转录激活和细胞形状控制。BET蛋白质含有串联溴结构域，N端结构域Brdt-D1可同时协同结合双乙酰化标记H4K5acK8ac。溴结构域亚基常被其他结构域环绕，如BRD4的C端基序（CTM）通过与P-TEFb的直接相互作用调控下游转录；BPTF同时含有溴结构域和PHD结构域，可对同一核小体实现双齿结合。CBP/p300同属III类，各含一个溴结构域和一个组蛋白乙酰转移酶（HAT）结构域，在增强子和启动子区域富集，与前列腺癌和急性髓系白血病相关，但二者功能存在差异。BET家族蛋白质还可识别非组蛋白蛋白质上的乙酰化基序，包括转录因子GATA1、TWIST以及NF-κB的p65亚基。
4 非BET含溴结构域蛋白质的抑制剂开发
4.1 V、VI、VII和VIII类溴结构域的新兴抑制剂开发
尽管多种含溴结构域蛋白质已被作为抑制剂开发靶点，但仍有相当数量的溴结构域缺乏强效抑制剂。V、VI和VII类溴结构域的开发尤为不足，每类仅有少于三种抑制剂。溴霉素（bromosporine）可作为这些溴结构域的弱至中等效力抑制剂，但需要更特异的抑制剂以深入研究其生物学机制。这些类别抑制剂较少的原因可能在于其结构灵活性（如VI类的TRIM28）或其在大型复合物中的功能，单纯抑制溴结构域可能不足以产生生物学效应（如VIII类SMARCA2在BAF复合物中）。近期通过高通量筛选已鉴定出一些靶向分子，如Genentech开发的TAF1第二结构域抑制剂GNE-371，以及针对VIII类PB1(1-6)和SMARCA2/4的泛溴结构域抑制剂，后者在脂肪生成中显示出功能。
4.2 I、II、III和IV类中的强效溴结构域抑制剂
在I、II、III和IV类溴结构域蛋白质中，已开发出多种针对CBP/p300溴结构域的强效抑制剂。首个CBP/p300抑制剂SGC-CBP-30基于3,5-二甲基异噁唑开发，但保留对BRD4的弱抑制活性。后续开发了更选择性的配体如I-CBP112，可诱导细胞重编程。I-BRD9是首个选择性BRD9抑制剂，利用差异氢键模式实现选择性。ATAD2和BRPF的IV类溴结构域也开发了纳摩尔级配体。常用功能基团包括甲基异噁唑、1,2,4-三唑、1,2-取代咪唑和吡啶酮核心等。
5 BET溴结构域的选择性抑制
5.1 泛BET抑制剂
BET家族（II类）是研究最深入的溴结构域蛋白质家族，因其强烈的表型响应和在疾病中的过表达。(+)-JQ1作为泛BET抑制剂首先在BRD4驱动的NUT中线癌中显示强效致癌效应。泛BET抑制剂的临床应用受到胃肠道毒性和血小板减少症的限制。尽管存在剂量限制性毒性，BRD4在超级增强子区域和核凝聚体中的重要性使其仍具治疗意义。
5.2 泛结构域抑制剂
为应对泛BET抑制的毒性，研究者开发了针对BET家族内部的选择性抑制剂。主要策略是利用非保守残基，如BRD4-D1中的Asp144和BRD4-D2中的His437。Gilan等人开发的iBET-BD1和iBET-BD2分别选择性靶向四个D1或D2 BET溴结构域。泛D1抑制在多种细胞癌症模型中可模拟泛BET方法，而泛D2抑制剂ABBV-744在前列腺癌和AML临床前模型中有效。
5.3 BRD4选择性抑制剂
为深入探究BET溴结构域的个体功能，开发了更具选择性的BRD4配体。UMN627通过靶向Asp144和置换结构化水实现BRD4-D1选择性。iBRD4(D1)具有更高的亲和力和选择性。DW34具有独特的D1溴结构域加BRD4-D2的选择性谱。ZL0454和ZL0590等额外药效团也被报道为BRD4-D1选择性抑制剂，后者可能从变构位点发挥作用。XY221是首个BRD4-D2选择性抑制剂，通过BC通道内的相互作用获得66-142倍的选择性。
6 差异性选择性BET抑制的生物学影响
6.1 泛D1抑制
Gilan等人开发的iBET-BD1是目前选择性最高的泛D1抑制剂，能够模拟泛BET抑制的转录谱。在AML细胞系MOLM-13中，泛D1抑制在降低细胞增殖和诱导凋亡方面与泛BET抑制相当。早期泛D1抑制剂Olinone可诱导髓鞘形成少突胶质细胞的细胞分化，与泛BET抑制剂效果相反。随着更有效和选择性更高的抑制剂如GSK789的开发，泛BET和泛D1抑制剂的抗增殖活性趋于一致。然而，从临床角度看，泛D1抑制剂可能面临与泛BET抑制剂相同的剂量限制性毒性问题。
6.2 泛D2抑制
与泛D1抑制剂不同，靶向BET家族第二溴结构域（D2）对细胞增殖和基因调控产生了混合效应。RVX-208作为泛D2偏向性抑制剂对c-Myc表达影响极小，且需要更高浓度才能从染色质上置换BRD4。ABBV-744在多种癌症细胞系中显示出较弱的抗增殖活性，仅在特定AML和雄激素受体阳性细胞系中有效。Gilan等人指出ABBV-744的疗效可能源于其对BRD4-D1的轻微活性。在神经母细胞瘤中，泛D2抑制剂SJ432特别有效，显示出与泛BET效应不同的时序性MYC表达调控。
7 针对含溴结构域蛋白质的临床工作
7.1 BET靶向治疗
鉴于BET蛋白质在人类恶性肿瘤中的失调及其在基因转录和细胞周期进程中的重要作用，BET家族自发现以来一直是药物研发的重点。临床分析显示，62%的BET抑制剂临床试验记录了一定程度的BET介导毒性。仅2种化合物（CPI-0610和RVX-208）通过三项独立试验进入III期，分别用于治疗骨髓纤维化和心血管疾病。ABT-744等更选择性抑制剂的疗效在晚期阶段尚不明确，但临床前模型显示了良好的血小板减少症耐受性。目前BET抑制剂主要在癌症治疗中进行I/II期试验，由于不良效应，泛BET抑制剂正作为联合疗法进行研究。
7.2 非BET抑制剂临床试验
非BET含溴结构域蛋白质的靶向治疗正在进入临床。主要治疗靶点包括BRD9、CBP/p300、SMARCA2/4和GCN5。BRD9的两种治疗模式包括FHD-609和CFT8634，均为BRD9靶向PROTAC，但两项试验均已终止。CBP/p300的治疗策略依赖HAT结构域抑制而非溴结构域靶向。SMARCA2/4的抑制剂和PROTAC目前正在多种癌症的临床环境中进行研究，其中QLH12016用于晚期前列腺癌的PROTAC处于I期试验。AUTX-703靶向GCN5用于难治性AML的治疗，处于I期试验。
8 作为BET家族蛋白质新兴治疗方式的PROTAC
8.1 PROTAC开发、机制与早期策略
靶向蛋白降解是依赖E3泛素-蛋白酶体系的新兴治疗方式。PROTAC使用三个组分：靶点结合部分、连接子区域和E3结合部分，使靶蛋白与E3泛素连接酶接近，导致靶蛋白的多泛素化和后续降解。与小分子抑制不同，单个PROTAC分子可发挥亚化学计量作用。早期PROTAC使用肽基E3连接酶配体，后发展为使用沙利度胺和来那度胺等CRBN配体，以及VHL配体。BET降解剂dBET1和MZ1的问世标志着该领域的重要进展。
8.2 BET靶向PROTAC及其选择性
dBET1和MZ1作为强效化学探针在癌症、炎症和免疫反应背景下评估BET生物学。一般而言，BET靶向PROTAC在降低癌症模型中c-Myc表达方面有效，类似于泛BET抑制。为避免BET介导的毒性，研究者通过优化连接子区域在BET家族内实现选择性，如ZXH-3-26的开发。研究人员开发了dBRD4，一种使用BRD4-D1选择性配体以避免额外BET溴结构域抑制的BRD4选择性PROTAC，但选择性降解BRD4对c-Myc表达的影响有限。
8.3 BET降解的生物学影响
泛BET或泛D1溴结构域抑制可在某些模型中使BET蛋白质从染色质上置换。PROTAC靶向BET溴结构域是有用的工具，用于研究BRD4在超级增强子和核凝聚体中的驱动作用。BRD4降解还消除了BRD4的CTM，阻止其与p-TEFb的结合。泛BET降解在多种癌症类型中有效，包括在原代AML模型中的效果。dBET1在诱导MV4-11细胞凋亡方面比(+)-JQ1更有效。VHL招募的PROTAC MZ1在下游基因表达方面显示出不同响应，特别是在HEXIM1、TYRO3和FAS方面。BRD4选择性降解显示出与泛BET方法不同的效应，如ZXH-3-26最初导致MED1和p-TEFb从超级增强子区域丢失，但这些因子随时间恢复。目前已有两种BET靶向PROTAC进入临床试验：MT4561（I/II期）和RNK-05047。
9 为非BET含溴结构域蛋白质开发的PROTAC
BET靶向PROTAC虽已涌现，但非BET含溴结构域蛋白质的PROTAC开发也在推进。这些PROTAC主要针对之前讨论的可配体化结构域，主要限于I类、III类和IV类溴结构域。针对BAF和SWI/SNF重塑复合物的VZ185在白血病模型中有效。BRD9选择性可通过E3连接酶招募配体实现，如dBRD9的开发。BRD9降解相较于抑制显示出显著改善的疗效，如Duan等人的化合物E5在弥漫大B细胞淋巴瘤中比I-BRD9有效1000倍。针对CBP/p300的PROTAC QC182在肝细胞癌中比溴结构域抑制更有效。针对BAZ2蛋白的dBAZ2及其异构体选择性变体dBAZ2B可分别降解BAZ2A和BAZ2B。TAF1的降解剂ZS3-046在AML模型中激活p53，而溴结构域抑制无法实现此效果。针对TRIM24的dTRIM24将其鉴定为新型白血病靶点。针对BPTF的降解剂Compound 8d增强了基于NK细胞的免疫治疗反应。GSK983可同时降解PCAF和GCN5，在巨噬细胞和树突状细胞中减少IL-6产生。
10 总结与展望
从表型角度来看，BET家族仍是该领域的重要关注点，更选择性的抑制剂和PROTAC作为解析各BET蛋白质在不同疾病适应症中作用的有用工具。BET D1的抑制似乎广泛有效，且倾向于模拟泛BET抑制剂，但这些方法持续受到类似泛BET方法的毒性问题困扰。虽然靶向D2结构域始终产生更易耐受的化合物，但其对细胞增殖的影响往往降低或高度依赖于疾病状态。对于非BET含溴结构域蛋白质，这些新兴表观遗传疗法的研究继续推进对溴结构域作为染色质重塑功能基序的理解。然而，仅抑制溴结构域可能不足以达到所需治疗效果，因为许多蛋白质在大型转录复合物中发挥支架功能。两种治疗方式的持续开发，以及更具选择性的组织靶向策略，可能带来临床突破。bromodomain
