超分子降解剂：靶向蛋白降解领域的新兴范式

《Advanced Science》：Supramolecular Degraders: An Emerging Paradigm in Targeted Protein Degradation

　　

摘要专业翻译 靶向蛋白降解（TPD）通过重定向内源性蛋白清除途径，选择性消除具有治疗相关性的蛋白质。在过去二十年间，该领域已从蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）发展为涵盖蛋白酶体及溶酶体降解策略的不断扩展的技术体系。近期研究表明，超分子策略正逐渐兴起于TPD领域，动态非共价相互作用与有序组装深刻影响着降解剂的构建、递送、功能整合以及胞内组装或激活过程。本文将近期进展归纳为超分子参与的四种主要模式，包括降解剂组分的非共价模块化解偶联、面向递送的单组分自组装、用于功能整合的多组分共组装，以及能够在细胞进入后产生持续性局部结构或活性降解剂的胞内原位组装。研究人员讨论了这些策略在蛋白酶体、内体-溶酶体及自噬-溶酶体降解通路中的应用。最后，研究人员探讨了推动超分子降解剂发展的转化挑战与新兴机遇，涵盖模块化设计、策略多样化、适应症选择、全身生物分布、胞内转运、安全性评估以及人工智能（AI）辅助建模的前瞻性应用。

论文主体内容总结

1 引言

靶向蛋白降解（TPD）通过劫持内源性蛋白清除机制消除目标蛋白（POIs），将可成药空间扩展至传统占据驱动药理学难以干预的疾病驱动因子。TPD遵循事件驱动机制，通过诱导目标蛋白与降解装置之间的邻近效应触发蛋白酶体或溶酶体降解，实现持久的靶蛋白功能沉默。当前领域以泛素-蛋白酶体系统（UPS）为基础的模态为主体，包括蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）和分子胶降解剂（MGDs），同时发展出多种溶酶体依赖性策略，如溶酶体靶向嵌合体（LYTACs）、抗体类靶向嵌合体（AbTACs）、自噬靶向嵌合体（AUTACs）和自噬小体锚定化合物（ATTECs）等。自2001年首个PROTAC概念验证报道以来，TPD已从化学生物学概念发展为临床介入的治疗模态，标志性进展包括靶向雌激素受体（ER）的PROTAC药物vepdegestrant（ARV-471；Veppanu）获得FDA批准。然而，PROTACs的三元复合物形成预测困难、钩状效应及药代动力学缺陷，MGDs缺乏普适性设计原则，溶酶体导向系统在递送、胞内转运及免疫原性等方面仍面临挑战。超分子化学凭借动态非共价相互作用、模块化、可逆性和多价协同性等特征，为降解剂设计提供了新的解决思路。

2 TPD设计中的功能模块超分子解偶联

传统蛋白降解剂通常构建为固定三组分系统，包含目标蛋白结合弹头、募集降解机制的效应模块及共价连接子。超分子策略通过动态非共价相互作用连接不同功能单元，实现模块交换、可逆组装和化学计量可调。

2.1 主客体识别

金刚烷（Ada）与β-环糊精（β-CD）构成经典主客体对。SupTAC平台利用该识别对重构PROTAC设计，将Ada修饰的E3连接酶配体与靶标结合配体锚定在纳米支架上，实现模块化筛选和组装水平化学计量控制，成功应用于BRD4、EGFR、ACSL4及MAPKs等靶标。HGTACs将相同识别逻辑扩展至受体介导的溶酶体降解，将LYTAC架构拆分为β-CD偶联的三-GalNAc宿主模块和Ada偶联的靶标结合客体模块，实现快速活性筛选且体内无明显钩状效应。

2.2 两亲性自组装

两亲性自组装利用亲水-疏水平衡在共同纳米界面共展示功能模块。聚合物体系中，PEG-PLA共组装构建的SM-PROTAC将靶标结合配体与E3连接酶配体分别偶联后共组装，机械上要求共组装过程，支持BRD4、ERα和CDK4等多种配体组合，改善体内持久性并降低给药频率。仿生纳米受体（NRs）通过共组装马来酰亚胺功能化PEG-PLA与DOTAP，展示突变p53选择性肽MBP和自噬诱导头基，实现突变p53的泛素化依赖性选择性自噬降解。磷脂体系中，DSPE-PEG₂₀₀₀为基础的LipoSM-PROTAC平台将E3连接酶配体、靶标结合配体和叶酸分别安装于独立偶联物上，在脂质体表面共展示，实现ERα高效降解并扩展至MEK和ALK。LIPOTAC实现己糖激酶-2（HK-2）降解，GM-protac促进EGFR的UPS依赖性降解及自噬-溶酶体途径协同清除。

2.3 寡肽自组装

二苯甘氨酸二肽δδ通过π-π堆积自组装为负电纳米球，修饰精氨酸后形成δδRR，改善细胞摄取。SM-PROTACs通过δδRR偶联物的共组装实现多价模块展示，调整投料比优化降解活性，可扩展至CDK4/6、AR、BRD、MEK、BCR-ABL及EGFR等靶标。Supra-PROTAC引入胞内形态转换机制，其EIYIYE六肽支架在肿瘤细胞芳基硫酸酯酶作用下发生去硫酸化，将纳米颗粒转化为纳米纤维并暴露功能配体，实现VHL招募和Bcl-xL降解。Supra-LYTAC平台通过Py-FFK效应肽在癌细胞膜上富集并招募靶标结合肽共组装为纳米纤维，实现CAIX介导的溶酶体降解，重定向至SR-A受体后可降解IL-17A并缓解银屑病模型症状。SM-CMAD平台将CMA识别基序KFERQ与靶标结合配体偶联至δδRR模块共组装，经热休克同源蛋白70（Hsc70）识别后介导溶酶体递送和靶蛋白降解，效应模块替换实现了降解通路重指派。

2.4 DNA互补性引导识别

DNA互补配对为超分子降解剂提供原子级精确的空间调控能力。DbTACs利用DNA四面体框架将CDK9靶向配体和E3连接酶配体以单核苷酸精度调节配体间距。DTAC平台使用刚性DNA双链同时调节配体间距和二面角，生成构象文库，最优排列可实现Cyclin D1-CDK4/6蛋白复合物的同时降解。OligoPROTACs通过末端toehold介导的链置换实现降解活性的可逆关闭。miRiaTAC利用肿瘤相关microRNA触发两条配体携带DNA发夹间的杂交链式反应，形成延伸组装体使配体接近，光裂解连接子（PC-linker）可实现光控终止。AS-TD2-PRO在DNA四面体四个顶点整合肿瘤靶向、E3连接酶招募和STAT3双价识别模块，实现难以用小分子配体干预的STAT3协同降解，替换识别序列后实现STAT3和FOXM1双靶降解。胆固醇锚定的DNA四面体通过适配体替换实现c-Met或HER2的溶酶体介导下调。LYTAC Plus水凝胶中，甘露糖-6-磷酸（M6P）基序和VEGFR结合肽分别提供溶酶体靶向和靶标捕获，ANG-2靶向siRNA同时作为结构交联剂和基因沉默模块。

3 单组分自组装增强递送与蓄积

3.1 非前药自组装

非前药自组装直接使用活性形式降解剂作为构建单元。嵌入驱动单元模式中，含二苯丙氨酸（FF）接头的肽类PROTAC自组装为PT-NPs纳米颗粒，改善疏水肽的水分散性和体内稳定性，经受体介导内吞和胞内解组装后，促进膜定位PD-L1的溶酶体降解和胞质PD-L1的泛素介导降解。NanoTACs将相同策略扩展至EGFR，改善血清稳定性、延长循环时间、增强肿瘤蓄积并持续降解野生型和突变型EGFR。疏水尾缀合模式中，含月桂酰链的两亲性糖肽自组装为纳米球后经表面氨基偶联抗体形成Nano-LYTACs，抗体捕获靶蛋白CD24，多价GalNAc表面展示驱动ASGPR介导的内吞并引导靶蛋白至溶酶体降解。

3.2 前药自组装

前药自组装将化学掩蔽与递送增强相结合。疏水小分子驱动组装利用降解剂固有疏水性作为纳米组织驱动力。亲水EGFR靶向亲和体通过二硫键连接疏水PROTAC形成两亲性偶联物自组装为Z_EGFR:1907-MS28 ADCN纳米颗粒，胞内谷胱甘肽（GSH）裂解二硫键释放活性PROTAC。HER2靶向亲和体-PROTAC纳米颗粒（Z_HER2:342-MZ1 APCN）保留受体介导摄取并延长循环时间。PEG化叶酸作为亲水段构建MPRO纳米胶束，叶酸介导主动靶向，GSH裂解释放PROTAC。含二硒键的PEG-PROTAC纳米胶束（RCNprotac）实现X射线触发释放。Cle-NP将亲水mPEG段和GSH/H₂O₂可裂解连接子安装于Bcr-Abl靶向分子胶上，降低母体降解剂的全身毒性并改善肿瘤蓄积。寡肽驱动组装中，NFTP整合KLVFF自组装基序、整合素α6靶向配体、组织蛋白酶B（CatB）可裂解连接子和FOXM1靶向PROTAC，形成稳定纳米颗粒并经CatB裂解释放活性PROTAC。NapYp-ARV引入酶触发形态转换，肿瘤细胞表面碱性磷酸酶水解磷酸基团诱导纳米颗粒向纳米纤维原位转变，延长瘤内滞留。pNano-PROTAC_GPX4利用设计的β-发夹支架通过氢键和疏水相互作用形成尺寸明确的刚性β-桶形六聚体，支持高密度多向配体展示，建立针对不同分子量靶蛋白与E3连接酶间距需求的几何匹配策略。