AACR 2024：PROTAC降解劑最新進展

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作者：費翔來源：藥智頭條

2024-04-23

在AACR 2024年年會上，關于PROTAC降解劑的最新研究包括了多個值得注意的進展。這些研究不僅涵蓋了PROTAC降解劑的開發(fā)和設計，還包括了它們在靶向癌癥治療中的應用。

從ADC到DAC：PROxAb簡介

在今年的AACR年會上，PROTAC先鋒Arvinas公司，贊助了一個名為“從化學到臨床”的專題，聚焦于PROTAC和ADC，以及這兩大領域結合帶來的技術突破。

來自德國默克的科學家Marcel Rieker的報告引起了廣泛的關注和討論。他的報告圍繞著一個激動人心的概念：將兩個前沿的藥物發(fā)現(xiàn)領域——PROTAC和ADC結合在一起，探索一種新的策略，將降解劑輸送到病變細胞。

Marcel Rieker在AACR 2024年會上介紹的PROTAC-ADCs（抗體藥物結合物）和自組裝PROxAb穿梭體，代表了PROTAC技術在藥物遞送系統(tǒng)設計領域的一個重要創(chuàng)新。通過這一研究，展現(xiàn)了如何提高藥物對特定靶點的選擇性和療效，這對癌癥治療具有重要意義。

從ADC到DAC：PROxAb簡介

圖1 這張幻燈片展示了生成Degrader Antibody Conjugates（DACs，降解劑抗體偶聯(lián)物）的過程。

圖片來源：AACR會議截圖

從上圖我們可以了解到降解劑抗體偶聯(lián)物（Degrader Antibody Conjugates，簡稱DACs）的生成過程，揭示了其中的高度復雜性以及影響其開發(fā)的關鍵因素。

DACs的設計始于小分子抑制劑，其有效性、選擇性和是否適用于PROTAC（定向蛋白降解劑）技術是研發(fā)初期需要考慮的問題。隨后，研究人員需要將E3連接酶配體和連接器引入系統(tǒng)中，用于將抑制劑與PROTAC連接。在DACs的構建中，確定在PROTAC上連接器的最佳附著點，以及是否需要對PROTAC進行修改，是至關重要的步驟。為了進一步引入化學手柄，可能還需要對PROTAC進行特定的化學修改。

在抗體部分，確定偶聯(lián)的最優(yōu)位點和藥物對抗體比率（DAR）對于保證偶聯(lián)物的整體性質至關重要。生物偶聯(lián)過程涉及將抗體與連接器-PROTAC結合，這是形成最終DAC產品的關鍵步驟。過程的復雜性隨著從單個組分向完整的偶聯(lián)物的轉化而遞增。

圖中還提到了幾個重要問題，如何評估偶聯(lián)產物的質量、將PROTAC與抗體偶聯(lián)的好處、以及E3連接酶的活性與所追求的適應癥之間的相關性。此外，研究人員必須決定裂解機制，并在血漿穩(wěn)定性和細胞內釋放動力學之間找到最佳平衡。最終，連接器的選擇對DAC性質的影響也是一個關鍵因素，不容忽視?；脽羝羞€提到了不同類型的連接器，如二硫鍵橋和改造過的半胱氨酸，這些選擇將直接影響DAC的裂解機制及其在治療應用中的效能。

在ADC中，二硫鍵橋和改造過的半胱氨酸是兩個關鍵的組成部分，它們在藥物的穩(wěn)定性和釋放方面發(fā)揮著重要作用。

二硫鍵橋（Disulfide Bridges）：這些是抗體分子內部的硫-硫鍵，通常存在于抗體的重鏈和輕鏈之間，以及重鏈的鉸鏈區(qū)域。在ADC的設計中，可以利用這些二硫鍵作為連接點，將藥物有效載荷與抗體偶聯(lián)。這種偶聯(lián)方式可以通過還原二硫鍵來暴露出游離的半胱氨酸殘基，從而為連接子有效負載與抗體的偶聯(lián)提供了可用的位點。

改造過的半胱氨酸（Engineered Cysteines）：通過基因工程技術，可以在抗體的特定位置引入新的半胱氨酸殘基。這些特別添加的半胱氨酸殘基提供了額外的偶聯(lián)位點，使得藥物可以以更均一的方式與抗體結合。這種方法有助于減少ADC的異質性，提高藥物的穩(wěn)定性和治療效果。

在ADC的開發(fā)中，選擇合適的連接位點非常關鍵，因為它直接影響到藥物的釋放和抗體的功能。二硫鍵橋和改造過的半胱氨酸提供了一種方法，可以在不影響抗體結構和功能的前提下，有效地將藥物有效載荷與抗體偶聯(lián)。這些技術的發(fā)展和應用，使得ADC成為了一種有前景的癌癥治療策略。

非共價 PROxAb Shuttle 技術與共價抗體-PROTAC 共軛物的比較。A) 蛋白質溶解靶向嵌合體（PROTAC）的作用模式。B) PROTAC 與抗體的共價連接依賴于在 PROTAC 上找到合適的出口載體進行連接。

圖2 非共價 PROxAb Shuttle 技術與共價抗體-PROTAC 共軛物的比較。A) 蛋白質溶解靶向嵌合體（PROTAC）的作用模式。B) PROTAC 與抗體的共價連接依賴于在 PROTAC 上找到合適的出口載體進行連接。隨后，需要將相應的連接子-PROTAC 分子與抗體骨架共軛。C) PROxAb Shuttles 依靠的是從駝科動物中提取的單結構域抗體，這種抗體能與 PROTAC 的 VHL 配體結合亞基結合。通過將這種抗體結構域與現(xiàn)有的抗體支架融合，可獲得雙特異性融合蛋白。

圖片來源：參考論文1

筆者從他們發(fā)表的預印本論文中發(fā)現(xiàn)這一技術的另一大亮點在于它沒有選擇傳統(tǒng)抗體選擇，而使用了駱駝和羊駝體內的納米抗體（nanobody）。與傳統(tǒng)的抗體相比，納米抗體擁有更長的活性結合區(qū)域，氨基酸數(shù)量高達16到18個。納米抗體的真正魅力在于它們卓越的溫度穩(wěn)定性和對有機溶劑的強大耐受性，這使得它們在藥物開發(fā)和遞送中展現(xiàn)出無比的優(yōu)勢。

更重要的是，當這些納米抗體被用作PROxAb穿梭體的一部分時，它們不僅能夠精確地將PROTACs等小分子藥物遞送到病變細胞，還能在此過程中保持其結構和功能的完整。這意味著，即使在復雜的生物體環(huán)境中，納米抗體也能確保藥物遞送的高效性和精準性，為疾病治療帶來新的希望。

STAT3 PROTAC降解劑新篇章

STAT3，全名為信號轉導與轉錄激活因子3，屬于STAT家族的關鍵成員。它通過響應多種細胞因子和生長因子的信號，激活下游基因的表達，進而調控癌細胞生存、增殖、新生血管形成、侵襲、轉移、耐藥和免疫逃逸等關鍵過程。由于STAT3在多種人類疾病，尤其是癌癥中的異常活化，使其成為治療這些疾病的潛在靶點。然而，針對STAT3的小分子藥物開發(fā)長期以來受到特異性不足等問題的阻礙。

2019年11月11日，來自美國密歇根大學的王少萌教授及其團隊在《Cancer Cell》雜志上發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究。該研究利用PROTAC設計了一種新型小分子，這種小分子能夠在體外和體內特異性地降解癌細胞中的STAT3蛋白。這項研究不僅為治療多種癌癥開辟了新的藥物策略，也為利用PROTAC技術針對其他難以成藥的靶點設計降解劑提供了新思路。這標志著在癌癥治療領域，向長期難以攻克的靶點發(fā)起挑戰(zhàn)的大門已經被打開。

STAT3 PROTAC降解劑新篇章

圖3 STAT3 SH2 域抑制劑和 PROTAC 降解劑的結構引導設計 (A) STAT3 SH2 結構域抑制劑的設計。Ki 值為三次獨立實驗的平均值。(B）PROTAC STAT3 降解劑 SD-36 及其非活性對照 SD-36Me 的化學結構。(C）SD-36（橙色）與 STAT3（灰色）的共晶體結構。SI-109 與 STAT3 的結合模式與 SD-36 幾乎相同。

圖片來源：參考論文2

今年AACR年會他們又發(fā)布了新一代STAT3降解劑UM-STAT3-1218。

與SD-36相比，新一代化合物在細胞中誘導STAT3降解的效力提高了50倍以上，并且對其他STAT成員展示了超過500倍的降解選擇性。

蛋白質組分析顯示，先導化合物UM-STAT3-1218在細胞中僅降低STAT3蛋白的水平，對其他超過6700種蛋白質無影響。在激活了STAT3的白血病和淋巴瘤癌細胞系中，UM-STAT3-1218實現(xiàn)了低納摩爾級別的IC50值。3 mg/kg的單次靜脈注射劑量可以在異種移植腫瘤和原發(fā)組織中降低STAT3蛋白水平超過4天，而不降低其他任何STAT成員的水平。令人印象深刻的是，3 mg/kg的單劑量UM-STAT3-1218在多個異種移植腫瘤模型中實現(xiàn)了完全且持久的腫瘤消退，而沒有毒性跡象。

結論和展望

在這個時代，我們用小分子啟開未知的門。

技術創(chuàng)新，如同夜晚的北風，吹拂著藥物發(fā)現(xiàn)的帆。

降解劑，從課堂的低語變成了會議中的高歌。

化學與蛋白質，交織成一場未完的夢。

化學蛋白質組學，如同探路者的燈火，在未知的夜行船上，

首批藥物，它們是希望的種子，在臨床的土地上悄悄發(fā)芽。

藥物候選分子，它們的復雜性如同深海中的珊瑚，

每一次的選擇，都是對深淵的挑戰(zhàn)。

我們尋求的，不僅僅是一個目標，而是萬千生命的光明。

而這個行業(yè)，如同一場長久的航行，

從競爭的風暴中駛向合作的港灣。