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靶向蛋白降解的最新进展及四大创新方向

抗体圈  · 公众号  ·  · 2024-12-18 17:48

正文

在现代医学的不懈探索中,靶向蛋白降解(TPD)技术作为一种革命性的治疗策略应运而生,为众多疾病的治疗带来了新的曙光。
传统小分子抑制剂主要通过抑制蛋白功能发挥作用,而 TPD技术则另辟蹊径,利用细胞内的蛋白水解系统,如蛋白酶体和溶酶体途径,特异性地降解致病蛋白,为疾病治疗提供了全新的视角和方法。 这一创新技术不仅增强了治疗效果,还拓宽了可治疗疾病的范围,为那些传统上被认为“不可成药”的靶点带来了希望。

PART.

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TPD技术的发展与突破

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TPD技术的演进历程




TPD技术的发展经历了从概念提出到逐步明晰的过程(图1)。
  • 1999年,Proteinix通过专利申请正式引入了靶向蛋白降解的概念,开启了TPD技术的探索之旅。
  • 在早期的“ 迷雾时代 ”,蛋白降解剂的作用机制尚未明确,研究进展相对缓慢。

  • 随着时间的推移,进入“ 解读时代 ”,科学家们逐渐阐明了相关分子机制,如蛋白酶体靶向嵌合体(PROTACs)的发展以及对分子胶(MGs)机制的深入理解。

  • 近年来,TPD技术进入了“ 辉煌时代 ”,众多新型MGs和PROTACs不断涌现,并进入临床试验阶段。例如,在血液系统恶性肿瘤、实体瘤、神经退行性疾病等领域,TPD药物展现出了令人瞩目的治疗潜力。
图1. TPD技术的演进历程
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TPD技术的多样策略




目前的TPD技术主要基于三种蛋白质降解途径: 泛素蛋白酶体途径(UPS)、内溶体(EL)和自噬途径。
  • 基于 UPS 的TPD技术 通常通过参与特定的泛素E3连接酶和随后的蛋白酶体降解来增强POl的多泛素化,适用于细胞内可溶性蛋白。基于 UPS 的TPD技术中,PROTACs通过三元复合物促进靶蛋白泛素化和降解,有可回收性但面临钩状效应等挑战,正不断优化;MGs通过调节PPIs促降解,分子量小、通透性好,发现较偶然且设计复杂,少数已获批临床;
  • 基于EL通路的降解剂 ,如LYTAC和MoDE-A,通常会诱导POl和膜受体之间的相互作用,导致内吞作用和随后的溶酶体通过EL途径降解POl。它们的靶标仅限于胞外或膜蛋白;
  • 基于自噬的技术 ,如ATTEC或AUTOTAC,通过增强自噬体与POI的识别实现降解,自噬主要发生在细胞质中,不仅能降解可溶性蛋白,还能降解核酸、脂质、蛋白聚集体、细胞器,甚至病原体。
某些TPD技术可能涉及多种降解途径。 例如,蛋白水解靶向抗体(PROTABs)劫持跨膜E3连接酶ZNFR3,并可能通过UPS和EL途径触发靶向降解(图2)。

图2. TPD技术图鉴

在TPD技术领域中,各种技术手段展现出了独特的特性和潜力。 其中,基于UPS的PROTAC技术在当前的临床研究进程中处于领先地位,发展态势迅猛。然而,EL和自噬通路相关技术尽管充满希望,但仍处于不断探索和优化的阶段。
展望未来,TPD技术的多样化发展趋势愈发明显,尤其是自噬和EL路径的深入挖掘,有望为攻克众多“不可成药靶点”蛋白开辟新的道路,从而极大地拓展疾病治疗的边界。

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处于临床阶段的蛋白降解剂

截至当前,蛋白降解剂在临床研究方面取得了显著进展。 据不完全统计,全球共有36款蛋白降解剂进入临床阶段(图3),全球范围内蛋白降解研发管线项目总数已过千。 其中,中国在该领域表现活跃,近80家公司或机构参与其中,推动了超380条研发管线,尽管大部分尚处于临床前阶段,但已有35条管线进入临床开发阶段。
图3. 处于临床阶段的蛋白降解剂
虽然所有获批的药物和90%的临床药物都集中在肿瘤学领域,但降解剂也在其他治疗领域取得了进展,如神经病学和免疫学。 目前,神经病学的临床前研究占比11%,免疫学占比6%,与此同时,异双功能降解剂(ARV-102、KT-474)和分子胶(BMS-986419、MRT-6160)也正在临床试验中。
此外,越来越多的蛋白降解剂管线显示,传统上难以成药的靶标 (如IKZF1/3、GSPT1、VAV1、WIZ、BCL6等) 正变得越来越容易实现 (图4)。这一转变标志着靶向蛋白质降解技术的应用范围正在不断扩大,为药物研发带来了新的机遇和挑战。

图4. TPD拓展到新靶点领域

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靶向蛋白降解的

四大创新方向

TPD技术作为一种新兴的治疗策略,其初步临床结果的确展现出了令人鼓舞的一面。它凭借独特的作用机制,为许多疾病的治疗带来了新的曙光,在早期的研究和探索中,展现出了在应对特定疾病相关蛋白方面的潜力,让人们看到了攻克一些难治性疾病的希望。
然而,我们必须清醒地认识到, TPD技术在前行的道路上并非一帆风顺,仍然面临安全性、有效性和疾病适应症范围等挑战,下一代降解剂技术旨在通过配体、途径、递送和激活的创新来克服这些限制(图5)。

图5. 下一代TPD技术的描述


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配体创新




E3连接酶和目标蛋白(POI)的新配体为扩展新靶标和提高组织特异性提供了途径,从而提高了疾病的适用性和安全性。虽然有>600种人类E3连接酶,但几乎所有当前一代降解剂都会募集普遍表达的Cereblon。替代的E3连接酶募集结构域,如使用肿瘤中过表达的HSP90伴侣复合物的伴侣介导的蛋白质降解剂(CHAMP),或组织/肿瘤特异性E3连接酶,可以限制TPD对癌细胞的活性并减少组织外效应。

此外,替代POI配体部分可以将覆盖范围扩展到更多种类的“不可成药”靶标;例如,RNA-PROTAC使用短寡核苷酸来降解核糖核蛋白。一种新型E3连接酶配体降解剂(CHAMPRNK05047)的初步结果预计将于2024年底公布。
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途径创新




泛素-蛋白酶体系统的替代途径可以扩展到可寻址靶标并克服E3连接酶耐药性。细胞外蛋白(MoDE)和溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)的分子降解剂使用内体-溶酶体途径,将范围扩展到细胞外蛋白。自噬靶向嵌合体(AUTAC)使用自噬-溶酶体途径,为细胞内蛋白质和细胞器提供E3连接酶非依赖性途径。虽然临床前结果很有希望,但初步临床转化喜忧参半:MoDEBHV-1300在中期I期结果中表现出60-80%的临床前降解,但在最大剂量下降解37%。
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递送创新




TPDs可以利用降解-抗体偶联物(Protac+ADC=DAC)、纳米技术(Nano-PROTACs)和点击化学(CLIPTACs)的进步来提高特异性和效力。 DAC 可以识别靶细胞上表达的受体,纳米PROTACs可以对肿瘤特异性条件作出反应,允许将PROTACs集中递送到癌细胞。CLIPTAC以两个较小的自组装片递送,可以提高口服生物利用度,尽管它们必须在细胞内组装以保持细胞渗透性。DACs尤其突出,目前有9个处于临床研究阶段并且BMS-986497和ORM-5029正在进行I期试验。

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