南方夏季流感來(lái)勢(shì)洶洶，PROTAC技術(shù)為流感疫苗提供新思路

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作者：小餅來(lái)源：小餅

2022-07-12

7月4日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院報(bào)道了一種蛋白水解靶向嵌合病毒疫苗（PROTAC疫苗）。這項(xiàng)研究以流感病毒為模式病毒，建立了蛋白降解靶向病毒作為減毒疫苗的技術(shù)，為疫苗研發(fā)提供了新思路。

新冠疫情還沒(méi)結(jié)束，正當(dāng)很多人在為“新冠是否降級(jí)為大號(hào)流感”吵得不可開(kāi)交的時(shí)候，南方多省卻出現(xiàn)了“異常的夏季流感疫情”。

這一輪本應(yīng)在秋冬季高發(fā)的流感疫情先在廣州、深圳等多地爆發(fā)。據(jù)疾控中心2022年第25周（6.20-6.26）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，南方省份哨點(diǎn)醫(yī)院報(bào)告的流感樣病例ILI%為7.5%，高于前一周水平（7.0%），高于2019-2021年同期水平（4.2%、3.3% 和 4.0%）。南方省份流感病毒檢測(cè)陽(yáng)性率持續(xù)上升，部分省份進(jìn)入夏季高發(fā)期。

據(jù)悉，季節(jié)性流感每年在全球可導(dǎo)致300萬(wàn)-500萬(wàn)人重癥病例，29萬(wàn)-65萬(wàn)呼吸道疾病相關(guān)死亡。疫苗是預(yù)防與控制季節(jié)性流感最有效的手段之一。減毒疫苗因其在免疫效果方面具備潛在優(yōu)勢(shì)而成為重要發(fā)展方向之一，流感減毒疫苗通過(guò)保留病毒全部或絕大部分抗原的天然結(jié)構(gòu)，可誘導(dǎo)更廣的免疫應(yīng)答，包括體液免疫、呼吸道黏膜免疫、細(xì)胞免疫等。

生物醫(yī)藥領(lǐng)域的革命性技術(shù)——PROTAC技術(shù)

PROTAC（即蛋白降解靶向嵌合體）的概念最早在2001年被提出，被認(rèn)為是生物醫(yī)藥領(lǐng)域的革命性技術(shù)。PROTAC由三部分組成：靶點(diǎn)蛋白配體，E3連接酶配體，以及中間通過(guò)合適的連接體（linker）連接。PROTAC將具有蛋白降解作用的泛素E3連接酶募集至靶蛋白表面，利用人體自身的天然蛋白處理系統(tǒng)（泛素-蛋白酶體系統(tǒng)）選擇性、有效地降解和清除致病蛋白。通俗來(lái)講，就是細(xì)胞通過(guò)給廢棄蛋白質(zhì)“貼標(biāo)簽”，從而清理掉它們。PROTAC這一特殊機(jī)制，在小分子藥物領(lǐng)域，有望打破“難以成藥”靶點(diǎn)的僵局。

PROTAC減毒流感疫苗工作原理

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建PROTAC病毒，旨在通過(guò)操控病毒蛋白質(zhì)的降解降低病毒的復(fù)制能力，將野生型病毒減毒成為疫苗。具體來(lái)說(shuō)，PROTAC病毒將蛋白酶體靶向結(jié)構(gòu)域（PTD）與流感病毒蛋白結(jié)合在一起。PTD結(jié)構(gòu)中含有蛋白酶體靶向序列（ALAPYIP）和煙草蝕紋病毒切割位點(diǎn)（TEVcs）連接基團(tuán)（ENLYFQG）。此前研究已經(jīng)充分證明ALAPYIP可被VHL蛋白識(shí)別，啟動(dòng)下游靶蛋白多聚泛素化和蛋白酶體降解，因而PTD可以特異性地誘導(dǎo)目標(biāo)病毒蛋白降解。而TEVcs連接基團(tuán)可以選擇性地由煙草蝕斑病毒蛋白酶（TEVp）斷裂，將病毒蛋白與PTD分離，避免病毒蛋白被PROTAC疫苗降解。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一株P(guān)ROTAC流感病毒疫苗，命名為M1-PTD。M1-PTD只能在PROTAC病毒制備細(xì)胞中高效復(fù)制而得以制備，而在正常細(xì)胞中復(fù)制能力顯著下降而安全。此外，免疫熒光實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，M1-PTD病毒蛋白在正常細(xì)胞中被降解；噬斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，M1-PTD僅在PROTAC病毒制備細(xì)胞中可以形成噬斑，而在正常細(xì)胞中不形成噬斑；細(xì)胞病變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，M1-PTD在正常細(xì)胞中不引起明顯病變。因此，M1-PTD成功地將野生型病毒減毒為安全的流感疫苗。

在小鼠、雪貂動(dòng)物模型中對(duì)M1-PTD流感疫苗進(jìn)行的免疫學(xué)評(píng)價(jià)試驗(yàn)表明，M1-PTD同時(shí)激活了體液免疫、黏膜免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答，機(jī)體在受到同源和異源病毒攻擊時(shí)可以提供強(qiáng)大的保護(hù)作用。

此次PROTAC技術(shù)在病毒疫苗的設(shè)計(jì)，為病毒疫苗開(kāi)發(fā)提供了新思路，豐富了人類抵御病毒的疫苗技術(shù)武器庫(kù)，同時(shí)也有助于促進(jìn)細(xì)胞蛋白質(zhì)降解機(jī)器基礎(chǔ)生物學(xué)研究與疫苗研發(fā)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化的深度交叉融合。

PROTAC面臨的挑戰(zhàn)

相對(duì)分子量過(guò)大，細(xì)胞通透性差：目前PROTAC藥物的普遍分子量大都在700道爾頓以上，這打破了“類藥5原則”中小分子藥物分子量小于500道爾頓的條件。而相對(duì)分子量大，意味著口服吸收和透膜性都比較差。

脫靶毒性：PROTAC能徹底降解靶點(diǎn)蛋白質(zhì)，從而抑制靶點(diǎn)蛋白的所有功能，但有可能誤傷正常蛋白，脫靶效應(yīng)和毒性是人們對(duì)PROTAC技術(shù)安全性最大的擔(dān)憂。

分子穩(wěn)定性：PROTAC分子比傳統(tǒng)小分子藥物更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更多的潛在代謝位點(diǎn)，進(jìn)而有代謝穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

從細(xì)節(jié)來(lái)看，PROTAC的鏈條設(shè)計(jì)與選擇，以及E3連接酶配體同樣關(guān)鍵。前者也是眼下PROTAC藥物開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一，其長(zhǎng)度和化學(xué)成分會(huì)影響 PROTAC 的結(jié)構(gòu)剛性、疏水性和溶解性等；后者則是開(kāi)發(fā)的現(xiàn)有品種不多，仍有局限。

總之，PROTAC迎來(lái)研發(fā)熱潮，但與ADC、單抗等技術(shù)相比，PROTAC技術(shù)并不算成熟，還面臨著諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。反觀中國(guó)，雖然PROTAC賽道剛剛起步，但在這波浪潮里，已經(jīng)有公司站到了國(guó)際前沿，國(guó)內(nèi)百濟(jì)神州、恒瑞醫(yī)藥、海思科、正大天晴和海創(chuàng)藥業(yè)均已布局。不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)想要落地，注定還有很長(zhǎng)的路要走。

主要參考資料：

1.https://doi.org/10.1038/s41587-022-01381-4.

2.Miklós?Békés , David?R.?Langley and Craig?M.?Crews，《PROTAC targeted protein degraders: the past is prologue》.

3.Longlong Si. Generation of a live attenuated influenza A vaccine by proteolysis targeting. Nature Biotechnology. 2022.

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