近年來，核酸藥物發(fā)展迅猛，市場需求不斷增加，上市審批迅速，涵蓋心血管與代謝疾病、肝病、腫瘤等多個領域。截至目前，全球已有10余種核酸藥物獲批上市，不少核酸藥物正處于臨床試驗階段。核酸藥物有望成為繼小分子藥物、抗體藥物之后的第三類藥物（圖1）。

越來越多經(jīng)批準的核酸療法證明了通過靶向體內(nèi)致病基因來治療疾病的潛力。通常，常規(guī)治療只產(chǎn)生短期治療效果，因為它們針對的是蛋白質(zhì)而不是疾病的根源，而核酸藥物則直接作用于致病的靶基因或靶mRNA，在基因水平上發(fā)揮治療疾病的作用。核酸藥物包括ASO、siRNA、Aptamer、miRNA、mRNA、saRNA、sgRNA、U1 snRNA等。核酸藥物具有治療效率高、毒性低、特異性強、應用領域廣泛等優(yōu)點，顯示出其重要的醫(yī)學價值、生物科學等領域。

PROTAC（蛋白水解靶向嵌合體）是一種利用泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）降解靶蛋白的藥物開發(fā)技術。從結構上看， PROTAC由三部分組成：E3泛素連接酶配體和靶蛋白配體，兩個活性配體通過專門設計的“Linker"結構連接在一起，形成三元復合物。 PROTAC的靶蛋白配體與靶蛋白結合，E3泛素連接酶配體與胞內(nèi)E3泛素連接酶的底物結合區(qū)結合，從而通過泛素化靶蛋白，將靶蛋白“拉"到E3泛素連接酶上，使 UPS 系統(tǒng)能夠降解目標蛋白（圖 2）。

過去20年來，研究人員基于肽和小分子設計了各種形式的PROTAC。然而，基于肽的PROTAC存在活性低和免疫原性等問題，極大地限制了其臨床醫(yī)學應用。與多肽PROTAC相比，小分子PROTAC體積更小，更容易被人體吸收，成藥性更好，因此小分子PROTAC仍然是主流。隨著科學技術的發(fā)展和進步，一些新型的PROTAC不斷出現(xiàn)，基于核酸的PROTAC應運而生。

RNA-PROTAC

RNA 結合蛋白 (RBP) 的功能缺陷是許多疾病的根源，而用常規(guī)藥物靶向 RBP 已被證明是困難的。 RBP 以動態(tài)、協(xié)調(diào)和序列選擇性的方式與 RNA 結合，形成核糖核蛋白 (RNP) 復合物，在 RNA 依賴性中發(fā)揮關鍵作用。某些疾病是由 RBP 的基因變化引起的，影響了 RBP 與 RNA 的結合。

RNA-PROTAC 的新型嵌合結構來靶向 RBP。 2021年，Jonathan Hall研究小組提出基于RNA的PROTACs的設計理念，作者成功構建了靶向 RBP（RNA 結合蛋白）的 RNA-PROTAC。使用小 RNA 模擬物作為靶向基團，它們可以特異性結合 RBP RNA 結合位點。 PROTAC 泛素化 RBP，然后通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解它們。作者對兩種 RBP（干細胞因子 LIN28 和剪接因子 RBFOX1）的降解進行了概念驗證，并展示了它們在癌細胞系中的用途。 RNA-PROTACs靶向Lin28蛋白，這是一種干細胞因子和癌蛋白，是多種疾病的潛在藥物靶點，具有很高的研究價值。

TF-PROTAC

轉錄因子（TF）是治療包括癌癥在內(nèi)的疾病的一類重要治療靶點。由于TFS缺乏激酶或其他酶中常見的活性或變構位點，傳統(tǒng)的小分子抑制劑很難與其結合。因此，轉錄因子一度被認為是“不可成藥"的靶點，存在難以逾越的技術瓶頸。哈佛大學Wenyi Wei教授和西奈山伊坎醫(yī)學院Jian Jin教授報道了一種基于寡核苷酸鏈的“ TF-PROTAC "，它由DNA寡核苷酸和E3配體通過點擊反應連接而成（圖4），并能選擇性地降解致病性TF。 TF-PROTAC 的選擇性取決于所使用的 DNA 寡核苷酸。

作者成功開發(fā)了兩個系列的基于VHL的TF-PROTAC：NF-κB-PROTAC（dNF-κB）和E2F-PROTAC（dE2F），分別有效降解細胞內(nèi)的內(nèi)源性p65和E2F1蛋白，并表現(xiàn)出優(yōu)異的抗-細胞增殖作用（圖5）。

2021 年，Crews 團隊還報道了靶向轉錄因子 (TF) 的寡核苷酸 PROTAC：oligoTRAFTAC（圖 6）。OligoTRAFTAC由與 TF 和 E3 泛素連接酶配體結合的寡核苷酸鏈組成。

蛋白質(zhì)印跡實驗表明，oligoTRAFTAC 成功降解了兩種致癌轉錄因子：c-Myc 和 brachyury。此外，作者發(fā)現(xiàn)oligoTRAFTACs可以成功降解脊索瘤細胞系的brachyury，并且在隨后的體內(nèi)斑馬魚模型實驗中也表現(xiàn)出良好的降解活性（圖7）。

基于適配體的PROTAC 

適體是寡核苷酸（DNA 或 RNA）序列。寡核苷酸片段通常通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進化（SELEX）體外篩選從核酸文庫中獲得。核酸接頭因其可以與多種目標物質(zhì)以高特異性和選擇性結合而被廣泛應用。 2021年，譚衛(wèi)紅課題組基于核酸適配體AS1411：ZL216設計了PROTAC（圖8）。

AS1411可以特異性靶向腫瘤細胞中高表達的核仁素受體，核仁素受體與其配體結合后被內(nèi)化。作者通過體外實驗證明PROTAC具有較高的水溶性和血清穩(wěn)定性。此外，作者發(fā)現(xiàn)ZL216促進乳腺癌細胞中核仁素受體-ZL216-VHL三元復合物的形成，并在體外和體內(nèi)有效誘導核仁素受體降解。隨后的細胞增殖和遷移實驗表明，ZL216還抑制乳腺癌細胞的增殖和遷移（圖9）。

適體-PROTAC 綴合物 (APC)

PROTAC是一種很有前景的靶向蛋白質(zhì)降解策略。作為一種有效的靶向蛋白質(zhì)降解方法，PROTACs在催化性能、高選擇性、克服耐藥性、有效阻斷非成藥靶點等方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)小分子藥物。但PROTAC一般具有高分子量和高疏水性，其理化性質(zhì)很大程度上超過了“五法則"（RO5）。因此，傳統(tǒng)PROTAC的藥物開發(fā)往往受到其細胞膜通透性差、藥代動力學（PK）特性差以及缺乏腫瘤特異性靶向的限制。

為此，盛春泉課題組提出了Aptamer-PROTAC Conjugates（APCs）的設計理念。 APC 是通過可裂解的連接鏈將 PROTAC 靶向 BET 蛋白與適體 AS1411 (AS) 偶聯(lián)而獲得的（圖 10）。其中，核酸適體AS1411可以選擇性靶向腫瘤細胞表面高表達的核仁素受體。 AS本身對核仁素受體過表達的腫瘤具有良好的抑制活性，目前正在II期臨床試驗中進行評估。腫瘤細胞中谷胱甘肽含量豐富，因此連接鏈選擇可被谷胱甘肽（GSH）裂解的二硫鍵，可選擇性響應腫瘤微環(huán)境，在連接鏈裂解后釋放活性BET降解劑。

圖 10. APC 的設計策略

與未修飾的BET PROTAC（PRO）相比，APC綴合物（APR）在McF-7細胞的小鼠異種移植模型中表現(xiàn)出改善的腫瘤靶向能力，從而增強BET蛋白的體內(nèi)降解和抗腫瘤效力。因此，APC策略為腫瘤特異性靶向PROTAC的開發(fā)提供了新的設計思路。

圖11 蛋白質(zhì)降解實驗及體內(nèi)成像、抗腫瘤實驗

適配體PROTACs Conjugates (APCs)的發(fā)展自提出以來可謂“驚天動地"。與傳統(tǒng)PROTAC相比，基于核酸的PROTAC提高了傳統(tǒng)小分子PROTAC的靶向性，在提高水溶性、膜通透性、腫瘤靶向性等方面發(fā)揮著重要作用。由于核酸藥物在體內(nèi)易被核酸酶水解，半衰期短，極大限制了其在生物醫(yī)學中的應用。未來的研究方向應集中于提高核酸藥物的穩(wěn)定性、延長半衰期、改善藥代動力學性質(zhì)、解決核酸藥物遞送問題。 

作為專業(yè)的PEG衍生物供應商，Biopharma PEG為客戶提供用于PROTAC開發(fā)的高純度PEG連接體。我們擁有超過 3000 種高純度 PEG 連接劑庫存，可幫助您進行聚乙二醇化、生物共軛、交聯(lián)、ADC 藥物開發(fā)、制藥和生物技術研發(fā)的生物標記。