靶向蛋白降解（TPD）利用細胞自身的降解機制（包括泛素-蛋白酶體系統(tǒng)、內(nèi)溶酶體途徑和細胞自噬途徑）來選擇性去除目標(biāo)蛋白，已成為一種新興治療策略，TPD為傳統(tǒng)藥物的不可成藥靶點帶來了巨大希望。例如，目前已有十多項基于蛋白靶向降解嵌合體（PROTAC）的藥物進入人體臨床試驗，用于治療癌癥等疾病。
然而，目前已開發(fā)的各種靶向蛋白降解（TPD）工具在靶向任何新的目標(biāo)蛋白時，都需要針對不同疾病和細胞類型進行繁瑣的個案設(shè)計，尤其是針對細胞外蛋白靶點。因此，我們需要一種通用的、簡單的TPD工具設(shè)計策略，以避免上述復(fù)雜的設(shè)計要求。
2024年10月28日，河南大學(xué)師冰洋教授、鄭蒙教授、哥倫比亞大學(xué)梁錦榮教授團隊（劉洋、劉潤涵為論文共同第一作者）合作，在Nature子刊 Nature Nanotechnology 上發(fā)表了題為：Targeted protein degradation via cellular trafficking of nanoparticles 的研究論文（該研究于2022年9月在預(yù)印本平臺bioRxiv上線）。
該研究發(fā)現(xiàn)，配體修飾的納米顆粒（NP）在細胞運輸過程中會自發(fā)啟動靶向蛋白降解，而無需特殊的細胞內(nèi)吞和降解途徑引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，進而提出了基于納米顆粒的靶向蛋白降解（TPD-NP）的通用策略，由于其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)靈活性、合成實用性和效力，這一策略有望徹底改變當(dāng)前的TPD工具開發(fā)前景，并拓寬納米藥物的應(yīng)用范圍。
在過去的二十年里，各種TPD平臺吸引了大量研究興趣，這些開創(chuàng)性研究突出了靶向不可成藥蛋白的潛力，然而，這些TPD平臺大多是為靶向定位于細胞質(zhì)中蛋白靶點而設(shè)計的。實現(xiàn)細胞外蛋白的靶向降解的TPD工具需要以下組成部分：
1、劫持目標(biāo)蛋白的特異性結(jié)合劑
2、目標(biāo)蛋白內(nèi)化的細胞穿透配體
3、可將目標(biāo)蛋白復(fù)合物靶向到蛋白質(zhì)回收機制以降解的基序
然而，應(yīng)用上述TPD策略來靶向任何新的目標(biāo)蛋白，需要針對不同的疾病和細胞類型進行繁瑣的個案設(shè)計。因此，需要一種通用的、簡單的TPD工具設(shè)計策略，以避免上述復(fù)雜的設(shè)計要求。
生物相容性納米顆粒（Nanoparticle，NP）已在臨床實踐中用于遞送藥物，從Doxil（脂質(zhì)體遞送的化療藥物阿霉素）和Abraxane（白蛋白紫杉醇）等開創(chuàng)性案例，到最近的脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送的mRNA新冠疫苗。
這些納米顆粒的結(jié)構(gòu)靈活性和易于表面修飾是開發(fā)多功能TPD工具的誘人性質(zhì)。
更重要的是，經(jīng)過工程改造的納米顆?？梢栽诮o藥后通過多個內(nèi)吞過程被攝取進入細胞，而不需要細胞類型特異性受體來促進其轉(zhuǎn)運。在內(nèi)吞后，納米顆粒被轉(zhuǎn)運到內(nèi)體成熟過程中，并被回收，或最終包含納米顆粒的內(nèi)體與溶酶體融合，這不需要特異性受體來促進其進入細胞和靶向溶酶體。此外，納米顆粒還具有高表面修飾的潛力。
所有這些優(yōu)點表明，工程化納米顆粒有潛力繞過當(dāng)前TDP工具面臨的所有障礙。
在這項最新研究中，研究團隊觀察到納米顆粒（NP）可以介導(dǎo)結(jié)合蛋白特異性的受體非依賴性內(nèi)化，進而提出了一種基于納米顆粒的靶向蛋白降解（TPD-NP）的通用策略，用于設(shè)計和開發(fā)有效的TPD工具以實現(xiàn)胞外目標(biāo)蛋白降解。
首先，研究團隊驗證了TPD-NP策略的可行性，他們選擇了PEG-DSPE作為目標(biāo)蛋白結(jié)合連接子，因為PEG-DSPE具有高度的生物相容性，并且已被美國FDA批準用于藥物遞送?？紤]到抗體對目標(biāo)蛋白的高親和力以及抗體-藥物構(gòu)建體在臨床上被廣泛接受，因此選擇抗體作為目標(biāo)蛋白結(jié)合劑。PLGA是研究最廣泛的FDA批準的治療性聚合物載體，使用PLGA與抗體-PEG-DSPE進行組裝。結(jié)果顯示，使用靶向EGFR的尼妥珠單抗（Nimotuzumab，NTZ）的NTZ-NP，成功靶向降解了細胞膜蛋白EGFR。
研究團隊進一步驗證了TPD-NP策略對PD-1、PD-L1、HER2等多種蛋白的有效降解。此外，除了抗體，還可以使用多肽來結(jié)合目標(biāo)蛋白。
接下來，研究團隊驗證了該策略中納米顆粒的靈活性，脂質(zhì)體、外泌體、仿生納米顆粒、金納米顆粒等均可用于構(gòu)建TPD-NP，并實現(xiàn)了對EGFR蛋白的有效降解。
研究團隊還進一步解析了TPD-NP靶向蛋白降解的機制，具體來說，TPD-NP主要通過網(wǎng)格蛋白和小窩蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑進入細胞，而非依賴巨胞飲機制。進入細胞后，TPD-NP通過自噬溶酶體（Autolysosome）途徑降解目標(biāo)蛋白，而非蛋白酶體途徑。
最后，研究團隊驗證了TPD-NP體內(nèi)的效果，靶向EGFR的NTZ-NP成功降低了人三陰性乳腺癌小鼠模型和人膠質(zhì)瘤小鼠模型體內(nèi)的EGFR蛋白水平，并顯著抑制了腫瘤生長、延長生存期、提高了存活率。從而提供了細胞外TPD平臺介導(dǎo)實體瘤中蛋白質(zhì)降解的第一個直接證據(jù)。
總的來說，該研究表明利用配體修飾的納米顆粒運輸足以劫持細胞外的目標(biāo)蛋白并將其靶向轉(zhuǎn)運到自噬溶酶體，從而實現(xiàn)蛋白靶向降解，進而提出了基于納米顆粒的靶向蛋白降解（TPD-NP）通用策略，用于設(shè)計和開發(fā)有效的TPD工具，以實現(xiàn)胞外目標(biāo)蛋白降解。由于其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)靈活性、合成實用性和效力，這一策略有望徹底改變當(dāng)前的TPD工具開發(fā)前景，并拓寬納米藥物的應(yīng)用范圍。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41565-024-01801-3
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