胞外犯法、胞內(nèi)同罪，誘導(dǎo)蛋白降解技術(shù)追逃胞外蛋白

2019年5月15日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學(xué),新藥研發(fā),制藥常識(shí),文獻(xiàn)綜合 | Posted by: 路人丙

【新聞事件】：最近兩位化學(xué)生物學(xué)大佬獨(dú)立開發(fā)了一種利用溶酶體蛋白降解系統(tǒng)的誘導(dǎo)胞外蛋白降解新技術(shù)。PROTAC的發(fā)明人、耶魯大學(xué)的Crews小組發(fā)明的新技術(shù)叫做ENDTAC，近日發(fā)表在ACS Central Science雜志上。該技術(shù)利用細(xì)胞表面的GPCR內(nèi)吞其激動(dòng)劑配體與另一個(gè)模型蛋白的復(fù)合物。作為概念驗(yàn)證作者選擇CXCR7作為受體，把一個(gè)已知CXCR7激動(dòng)劑通過鏈接接到一個(gè)鹵素標(biāo)簽（halotag）和eGFP的融合蛋白（eGFP-HT7）上，這個(gè)ENDTAC與CXCR7結(jié)合后整個(gè)蛋白被內(nèi)吞到溶酶體降解。另一個(gè)工作思路類似、但更加成熟。這個(gè)斯坦福大學(xué)教授Bertozzi發(fā)明的技術(shù)叫做LYTAC、該工作暫時(shí)發(fā)表在Chemrxiv上。作者把細(xì)胞膜上溶酶體靶向受體（LTR）的已知激動(dòng)劑與抗體或小分子配體鏈接起來形成LYTAC，與LTR結(jié)合后把與小分子或抗體部分結(jié)合的目標(biāo)蛋白內(nèi)吞到溶酶體降解。這個(gè)技術(shù)不僅可以降解分泌蛋白、還可以降解膜蛋白，作者不僅用該技術(shù)降解了模型蛋白親和素、還成功降解了幾個(gè)重要藥物靶點(diǎn)如EGFR、ApoE4、PD-L1等。作者還利用CRISPR技術(shù)找到了降解內(nèi)吞蛋白的主要基因，如控制內(nèi)質(zhì)體酸性、內(nèi)質(zhì)體溶酶體融合、內(nèi)吞等關(guān)鍵過程的基因。

【藥源解析】：RPOTAC是現(xiàn)在小分子藥物開發(fā)最具創(chuàng)新性的方向。與傳統(tǒng)的抑制或激活蛋白功能不同，PROTAC降解靶點(diǎn)蛋白，把一個(gè)蛋白已知、未知的功能統(tǒng)統(tǒng)去掉，可以更可靠重復(fù)基因?qū)W研究結(jié)果。PROTAC的另一個(gè)重要優(yōu)勢是理論上只要催化劑量藥物即可，對(duì)劑量和暴露量要求較低。但是PROTAC也有缺陷，除了分子較大、PK不佳外，因?yàn)槔檬欠核亟到庀到y(tǒng)、只能降解胞內(nèi)蛋白是個(gè)最根本的缺陷。膜蛋白和分泌蛋白占蛋白總數(shù)的40%，雖然可以用小分子或抗體藥物調(diào)控部分功能，但有些功能未知、有些功能難以用已有技術(shù)調(diào)控，所以誘導(dǎo)降解技術(shù)在胞外也是廣闊天地大有作為。

Crews的工作只用了一個(gè)模型系統(tǒng)，是對(duì)這個(gè)技術(shù)的概念驗(yàn)證。Halotag是個(gè)水解酶，可以與鹵代烷形成共價(jià)復(fù)合物，而eGFP是個(gè)熒光蛋白。這兩個(gè)蛋白是化學(xué)生物學(xué)中常用的工具，與疾病并無關(guān)系。很多細(xì)胞表面受體與小分子配體結(jié)合后會(huì)誘導(dǎo)內(nèi)吞，在制藥中有一定應(yīng)用的包括Endocyte小分子藥物偶聯(lián)技術(shù)的葉酸受體和靶向放療藥物的PSMA、肝靶向RNAi的GalNAc技術(shù)的ASGPr受體、最近上市的多肽公司Bicycle靶向的MMP14等，前幾天講過幫助ER陽性乳腺癌耐藥的LAT-1也可以內(nèi)吞小分子配體。ENDTAC與PROTAC類似可能是口服小分子，如果能從細(xì)胞中逃逸也可能只需催化劑量。

Bertozzi的工作要更復(fù)雜、更全面一點(diǎn)，LYTAC既可以是類似PROTAC的小分子、也可以是類似ADC的大分子，只是LYTAC中負(fù)責(zé)靶向的是小分子、而抗體負(fù)責(zé)抓捕靶向蛋白。確證方面LYTAC不僅成功降解ApoE4、PD-L1這樣重要靶點(diǎn)蛋白，還成功降解EGFR、CD71這樣的膜蛋白。LTR是清除分泌蛋白的天然機(jī)制，在細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)體、高爾基體等關(guān)鍵部門手續(xù)齊全、靶標(biāo)蛋白進(jìn)入細(xì)胞后被降解機(jī)會(huì)更大。有些LTR如Cl-M6PR已經(jīng)被用于溶酶體儲(chǔ)存障礙酶替代療法的遞送，GalNAc也在RNAi藥物遞送中應(yīng)用廣泛。當(dāng)然利用LTR的LYTAC因配體極性和分子量都很大所以口服可能性較小、尤其是與抗體偶聯(lián)。如果胞內(nèi)外循環(huán)不暢僅有催化量藥物是不夠的，不過這是個(gè)次要因素。

這兩個(gè)技術(shù)思路類似、將來可能合并成一個(gè)技術(shù)，這令誘導(dǎo)蛋白降解技術(shù)適用范圍大大擴(kuò)寬。當(dāng)然整個(gè)領(lǐng)域還在早期，大家現(xiàn)在還主要在暢想這個(gè)技術(shù)的優(yōu)勢，長期安全性到底怎么樣、是否比其它技術(shù)有更大的治療窗口還需要在以后的工作中去研究。今年Crews創(chuàng)建的Arvinas已經(jīng)開始了雄激素受體 PROTAC藥物的臨床試驗(yàn)，這個(gè)藥物雖然靶點(diǎn)古老但對(duì)誘導(dǎo)蛋白降解技術(shù)是個(gè)關(guān)鍵的概念驗(yàn)證，畢竟蛋白降解這么重要的職能部門從來沒有這樣有預(yù)謀地干擾過。現(xiàn)在的基因編輯和RNAi技術(shù)也正在快速成熟，目標(biāo)蛋白不僅可以抑制、而且可能在DNA、RNA、蛋白水平敲低，疾病治療將進(jìn)入一個(gè)全新時(shí)代。

Crews文章：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.9b00224

Bertozzi文章：https://chemrxiv.org/articles/Lysosome_Targeting_Chimeras_LYTACs_for_the_Degradation_of_Secreted_and_Membrane_Proteins/7927061

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