一文带你读懂什么是PROTAC技术

目前已知的人类蛋白质组包含大约20,000种蛋白质， 但是约80%被认为是“undruggable”的不可成药靶点，究其原因，主要有以下几点：

1）传统占位驱动药理学难以靶向非酶蛋白，例如转录因子；

2）结合“口袋”平滑，小分子难以稳定结合，例如KRAS；

3）通过蛋白-蛋白相互作用（PPI）发挥活性的蛋白结合位点通常较大或无规则；

4）已成药靶点易产生耐药突变。

PROTAC（Proteolysis-targeting chimeras）是通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）诱导靶向蛋白降解的一种全新技术。PROTAC由三种特殊元素组成：E3泛素连接酶配体、靶蛋白配体和连接子（Linker）。E3泛素连接酶配体负责特异性招募E3泛素连接酶，靶蛋白配体用于靶向和捕获目标蛋白，Linker用于结合这两个配体，形成稳定的三元复合物。 

 PROTAC分子能够将E3泛素连接酶募集到靶点蛋白附近，为靶点蛋白打上泛素“标签”。在细胞中，打上泛素“标签”的蛋白将被送入蛋白酶体进行降解。这样，PROTAC分子就能够特异性地促进致病蛋白的降解，降解后的产物，则能被细胞重新利用。据Arvinas公司估计，目前的“不可成药”靶点中有80%的靶点可以被PROTAC分子靶向。

PROTAC发挥作用不同于传统小分子药物需与靶蛋白紧密结合（占位驱动），而是主要取决于E3连接酶和靶蛋白的相互靠近（事件驱动）。传统抑制剂的“占位驱动”：通常靶蛋白需要有合适的“活性口袋”，适合容纳小分子的明确活性位点。小分子抑制剂需持续占据蛋白的活性位点以阻断其功能，属于“占位驱动”。而在已被解析的疾病相关蛋白中，有高达80%的蛋白无法用现有药物去靶向，它们表面相对平滑，没有明显“口袋”——小分子抓不牢。 

PROTAC只是提供结合活性，触发靶蛋白与E3连接酶结合从而引发降解这一事件，属于“事件驱动”。药物无需直接抑制目标蛋白的功能活性，也不需要与目标蛋白长时间和高强度的结合。利用PROTAC技术，理论上只要靶蛋白上有裂缝、缺口等可以提供短暂“着力点”。并且，PROTAC引发靶蛋白降解后即可从复合物中解离，并进入下一个催化循环，药物作用效率高。

PROTAC技术优势全面：

（1）相较于传统小分子抑制剂，PROTAC可对非酶蛋白、Undruggable蛋白等进行降解，活性和选择性有望更高，并且具有催化效应，有望实现低剂量、低频次用药。 

（2）相较于单抗，PROTAC可靶向大量细胞内靶标，组织渗透性更强，可实现口服用药。 

（3）相较于siRNA，siRNA和PROTAC均可实现蛋白降解，但siRNA半衰期短、易降解，药物递送仍然是限制其（siRNA）应用的重要因素。 

PROTAC技术优势明确但是仍存在诸多限制因素：

（1）分子量偏大：PROTAC分子由三部分组成，不可避免地导致相对分子质量过大，目前报道的PROTAC的分子量大都在700以上，这打破了Lipinski“类药五规则”中“小分子药物分子量小于500”的条件。以Arvinas的两款PROTAC分子为例，其分子质量均超过700，而相对应的传统小分子抑制剂分子量都低于500。

（2）水溶性和细胞渗透性问题：PROTAC药物实现胞内蛋白的降解必须穿过细胞膜进入胞内，但相比于传统小分子抑制剂，PROTAC更大的分子量往往伴随有限的水溶性和细胞渗透性。

（3）E3连接酶的选择：迄今为止，在600多个E3泛素连接酶中，只有不到10个被开发用于靶向蛋白质降解，在报道的PROTAC分子中，以靶向CRBN E3泛素化连接酶为主，E3连接酶的种类尚待丰富。

（4）靶点局限：当前研究的PROTAC分子集中于靶向BET、AR、BTK等成熟靶点，仍有大量病理机制明确的蛋白未被探索。

正如所有的新兴技术一样，PROTAC技术目前面临的困难与挑战也是在所难免的。新药研发人员也熟知目前存在的技术难题，也在尝试寻找不同的解决方案。如果将来能不断突破这些瓶颈，相信PROTAC会释放出更大的潜力，造福病患。