AACR 2024：PROTAC降解劑最新進(jìn)展

       在AACR 2024年年會(huì)上，關(guān)于PROTAC降解劑的最新研究包括了多個(gè)值得注意的進(jìn)展。這些研究不僅涵蓋了PROTAC降解劑的開發(fā)和設(shè)計(jì)，還包括了它們?cè)诎邢虬┌Y治療中的應(yīng)用。

       從ADC到DAC：PROxAb簡介

       在今年的AACR年會(huì)上，PROTAC先鋒Arvinas公司，贊助了一個(gè)名為“從化學(xué)到臨床”的專題，聚焦于PROTAC和ADC，以及這兩大領(lǐng)域結(jié)合帶來的技術(shù)突破。

       來自德國默克的科學(xué)家Marcel Rieker的報(bào)告引起了廣泛的關(guān)注和討論。他的報(bào)告圍繞著一個(gè)激動(dòng)人心的概念：將兩個(gè)前沿的藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域——PROTAC和ADC結(jié)合在一起，探索一種新的策略，將降解劑輸送到病變細(xì)胞。

       Marcel Rieker在AACR 2024年會(huì)上介紹的PROTAC-ADCs（抗體藥物結(jié)合物）和自組裝PROxAb穿梭體，代表了PROTAC技術(shù)在藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。通過這一研究，展現(xiàn)了如何提高藥物對(duì)特定靶點(diǎn)的選擇性和療效，這對(duì)癌癥治療具有重要意義。

       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(huì)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(fù)雜性以及影響其開發(fā)的關(guān)鍵因素。

       DACs的設(shè)計(jì)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(shù)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(gòu)建中，確定在PROTAC上連接器的最 佳附著點(diǎn)，以及是否需要對(duì)PROTAC進(jìn)行修改，是至關(guān)重要的步驟。為了進(jìn)一步引入化學(xué)手柄，可能還需要對(duì)PROTAC進(jìn)行特定的化學(xué)修改。

       在抗體部分，確定偶聯(lián)的最優(yōu)位點(diǎn)和藥物對(duì)抗體比率（DAR）對(duì)于保證偶聯(lián)物的整體性質(zhì)至關(guān)重要。生物偶聯(lián)過程涉及將抗體與連接器-PROTAC結(jié)合，這是形成最終DAC產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟。過程的復(fù)雜性隨著從單個(gè)組分向完整的偶聯(lián)物的轉(zhuǎn)化而遞增。

       圖中還提到了幾個(gè)重要問題，如何評(píng)估偶聯(lián)產(chǎn)物的質(zhì)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(yīng)癥之間的相關(guān)性。此外，研究人員必須決定裂解機(jī)制，并在血漿穩(wěn)定性和細(xì)胞內(nèi)釋放動(dòng)力學(xué)之間找到最 佳平衡。最終，連接器的選擇對(duì)DAC性質(zhì)的影響也是一個(gè)關(guān)鍵因素，不容忽視。幻燈片中還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(jī)制及其在治療應(yīng)用中的效能。

       在ADC中，二硫鍵橋和改造過的半胱氨酸是兩個(gè)關(guān)鍵的組成部分，它們?cè)谒幬锏姆€(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(nèi)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(shè)計(jì)中，可以利用這些二硫鍵作為連接點(diǎn)，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(fù)載與抗體的偶聯(lián)提供了可用的位點(diǎn)。

       改造過的半胱氨酸（Engineered Cysteines）：通過基因工程技術(shù)，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(diǎn)，使得藥物可以以更均一的方式與抗體結(jié)合。這種方法有助于減少ADC的異質(zhì)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(diǎn)非常關(guān)鍵，因?yàn)樗苯佑绊懙剿幬锏尼尫藕涂贵w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(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得ADC成為了一種有前景的癌癥治療策略。

       圖2 非共價(jià) PROxAb Shuttle 技術(shù)與共價(jià)抗體-PROTAC 共軛物的比較。A) 蛋白質(zhì)溶解靶向嵌合體（PROTAC）的作用模式。B) PROTAC 與抗體的共價(jià)連接依賴于在 PROTAC 上找到合適的出口載體進(jìn)行連接。隨后，需要將相應(yīng)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(dòng)物中提取的單結(jié)構(gòu)域抗體，這種抗體能與 PROTAC 的 VHL 配體結(jié)合亞基結(jié)合。通過將這種抗體結(jié)構(gòu)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(yù)印本論文中發(fā)現(xiàn)這一技術(shù)的另一大亮點(diǎn)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(nèi)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(jié)合區(qū)域，氨基酸數(shù)量高達(dá)16到18個(gè)。納米抗體的真正魅力在于它們卓越的溫度穩(wěn)定性和對(duì)有機(jī)溶劑的強(qiáng)大耐受性，這使得它們?cè)谒幬镩_發(fā)和遞送中展現(xiàn)出無比的優(yōu)勢(shì)。

       更重要的是，當(dāng)這些納米抗體被用作PROxAb穿梭體的一部分時(shí)，它們不僅能夠精確地將PROTACs等小分子藥物遞送到病變細(xì)胞，還能在此過程中保持其結(jié)構(gòu)和功能的完整。這意味著，即使在復(fù)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(zhǔn)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3，屬于STAT家族的關(guān)鍵成員。它通過響應(yīng)多種細(xì)胞因子和生長因子的信號(hào)，激活下游基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控癌細(xì)胞生存、增殖、新生血管形成、侵襲、轉(zhuǎn)移、耐藥和免疫逃逸等關(guān)鍵過程。由于STAT3在多種人類疾病，尤其是癌癥中的異?；罨?，使其成為治療這些疾病的潛在靶點(diǎn)。然而，針對(duì)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(xué)的王少萌教授及其團(tuán)隊(duì)在《Cancer Cell》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)開創(chuàng)性研究。該研究利用PROTAC設(shè)計(jì)了一種新型小分子，這種小分子能夠在體外和體內(nèi)特異性地降解癌細(xì)胞中的STAT3蛋白。這項(xiàng)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(shù)針對(duì)其他難以成藥的靶點(diǎn)設(shè)計(jì)降解劑提供了新思路。這標(biāo)志著在癌癥治療領(lǐng)域，向長期難以攻克的靶點(diǎn)發(fā)起挑戰(zhàn)的大門已經(jīng)被打開。

       圖3 STAT3 SH2 域抑制劑和 PROTAC 降解劑的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)設(shè)計(jì) (A) STAT3 SH2 結(jié)構(gòu)域抑制劑的設(shè)計(jì)。Ki 值為三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均值。(B）PROTAC STAT3 降解劑 SD-36 及其非活性對(duì)照 SD-36Me 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(C）SD-36（橙色）與 STAT3（灰色）的共晶體結(jié)構(gòu)。SI-109 與 STAT3 的結(jié)合模式與 SD-36 幾乎相同。

       圖片來源：參考論文2

       今年AACR年會(huì)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(xì)胞中誘導(dǎo)STAT3降解的效力提高了50倍以上，并且對(duì)其他STAT成員展示了超過500倍的降解選擇性。

       蛋白質(zhì)組分析顯示，先導(dǎo)化合物UM-STAT3-1218在細(xì)胞中僅降低STAT3蛋白的水平，對(duì)其他超過6700種蛋白質(zhì)無影響。在激活了STAT3的白血病和淋巴瘤癌細(xì)胞系中，UM-STAT3-1218實(shí)現(xiàn)了低納摩爾級(jí)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(gè)異種移植腫瘤模型中實(shí)現(xiàn)了完全且持久的腫瘤消退，而沒有毒性跡象。

       結(jié)論和展望

       在這個(gè)時(shí)代，我們用小分子啟開未知的門。

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

       降解劑，從課堂的低語變成了會(huì)議中的高歌。

       化學(xué)與蛋白質(zhì)，交織成一場(chǎng)未完的夢(mèng)。

       化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)，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(fù)雜性如同深海中的珊瑚，

       每一次的選擇，都是對(duì)深淵的挑戰(zhàn)。

       我們尋求的，不僅僅是一個(gè)目標(biāo)，而是萬千生命的光明。

       而這個(gè)行業(yè)，如同一場(chǎng)長久的航行，

       從競(jìng)爭的風(fēng)暴中駛向合作的港灣。

       癌癥的戰(zhàn)場(chǎng)，不再是你爭我奪的孤島，

       而是手牽手，共同面對(duì)風(fēng)浪的大陸。

       這是一個(gè)新的旅程，我們?cè)趯ふ业模?/p>

       不僅僅是治愈，而是理解，是共生，是和諧。

       在這條路上，每一步都銘記著過去，

       朝著更加光明的未來，堅(jiān)定前行。