當Ian Taylor博士在報紙上看到一家新興生物科技公司將專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)靶向蛋白降解劑時(shí)，他立即對這家公司產(chǎn)生了濃厚的興趣。大多數小分子藥物通過(guò)阻斷蛋白的活性位點(diǎn)來(lái)抑制蛋白功能，而這家名為Arvinas的公司在尋找為“PROTACs”的小分子，它們能夠利用細胞的蛋白降解機制來(lái)將蛋白完全銷(xiāo)毀。“我對自己說(shuō)：這太棒了，你可以用它來(lái)靶向無(wú)法成藥的靶標。”Taylor博士回顧道，他當時(shí)在輝瑞（Pfizer）腫瘤學(xué)部。如今，作為Arvinas公司的生物學(xué)高級副總裁，他將負責這一新興治療方式的第一項臨床試驗。

       Arvinas公司將開(kāi)始為使用ARV-110治療前列腺癌患者的1期臨床試驗招募患者。ARV-110是一款雙功能分子，分子的一端可以與靶標結合——對于這種在研療法來(lái)說(shuō)是雄激素受體（AR）。而它的另一端可以與E3泛素連接酶結合。連接酶可以為靶標“貼上”泛素的標簽，讓靶標蛋白被運送到細胞的蛋白酶體進(jìn)行降解。而今年晚些時(shí)候，Arvinas計劃啟動(dòng)使用ARV-471治療乳腺癌的臨床試驗。它是一款使用同樣機制靶向雌激素受體（ER）的靶向蛋白降解劑。

       其它公司的靶向降解劑也接近進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)階段。其中包括諾華（Novartis）公司，該公司靶向尚未透露靶標的靶向降解劑在今年晚些時(shí)候也將進(jìn)入臨床期。“業(yè)界所有人都在屏息靜氣，等待這些試驗的第一批臨床結果，”Jason Imbriglio博士說(shuō)，他在默沙東（MSD）公司從事靶向降解劑的研究：“這些結果可能真正改變人們對這一技術(shù)的看法。”正如藥明康德微信團隊之前報道中總結的那樣，蛋白靶向降解技術(shù)正在重定義小分子藥物。

       這項技術(shù)的潛力已經(jīng)讓包括Arvinas，C4 Therapeutics和Kymera Therapeutics等公司專(zhuān)注于改良靶向降解劑的化學(xué)特性。大型醫藥公司也在這一技術(shù)領(lǐng)域有大量投入。“每個(gè)大型醫藥公司，甚至每個(gè)中型生物技術(shù)公司，都在這一領(lǐng)域有內部研發(fā)工作，或者合作關(guān)系。”Kymera公司的首席科技官Nello Mainolfi博士說(shuō)。

       “2019年到2021年將是這一領(lǐng)域爆發(fā)的時(shí)期。”C4 Therapeutics公司的首席執行官Andrew Phillips博士說(shuō)。

       除了使用雙功能靶向降解劑以外，有些公司致力于利用細胞蛋白酶體機制中的其它部分來(lái)達到降解那些不可成藥靶標的目的。

       Cedilla Therapeutics公司的科學(xué)家們在探索更廣闊的手段。“細胞中存在調控任何蛋白的豐度的機制，這些機制也會(huì )調節功能異常、折疊錯誤或者合成錯誤蛋白的豐度，”該公司的首席科學(xué)官Brian Jones博士說(shuō)：“所以我們的出發(fā)點(diǎn)是我們不需要人工募集任何蛋白，我們希望能夠利用這些內在機制達到同樣的效果。”

       有些情況下，這可能包括找到能夠讓蛋白穩定性下降的小分子，這會(huì )啟動(dòng)細胞的蛋白質(zhì)量控制機制。另外，研究人員試圖發(fā)現和調控控制蛋白穩定性和豐度的上游因子，例如轉譯后修飾機制。而且，擾亂蛋白與蛋白之間的相互作用和多靶標復合體的生成，可能會(huì )讓某個(gè)靶標出現立體結構上的“孤立”，從而驅動(dòng)對它的降解。

       “我們公司的一個(gè)綜合目標是確定蛋白降解的規則。”Cedilla公司首席執行官Alexandra Glucksmann博士說(shuō)。

       Mission Therapeutics，Forma Therapeutics等公司的主要研究方向是研發(fā)去泛素（DUB）過(guò)程的抑制劑。與其募集E3連接酶來(lái)提高對特定蛋白的泛素化，這些公司的策略是阻斷去除泛素標簽，從而保護蛋白不受降解的機制。截至2017年9月，至少有15個(gè)DUB抑制劑處于臨床前開(kāi)發(fā)階段。

       靶向蛋白降解劑的設計

       靶向降解劑最初在1999年開(kāi)始進(jìn)入專(zhuān)利文獻。當時(shí)，Proteinix公司的研究人員遞交了使用小分子化合物，利用泛素機制降解特定蛋白的專(zhuān)利申請。兩年之后，耶魯大學(xué)（Yale University）的Craig Crews博士和加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的Raymond Deshaies博士發(fā)表的研究使用了基于多肽的化合物，誘導針對2型蛋氨酸氨肽酶（METAP2）的泛素化和降解的發(fā)生。

       隨著(zhù)Crews博士和他的同事不斷對他們的蛋白降解劑進(jìn)行改良，這些名為蛋白降解靶向嵌合體（PROTACs）的化合物逐漸從新奇的化合物演變?yōu)橐环N醫藥模式。到2008年時(shí)，他們可以從研發(fā)的分子中去除多肽的成分，設計出全小分子降解劑。他們能夠與AR結合，并且通過(guò)讓AR來(lái)到名為MDM2的E3連接酶附近，引發(fā)蛋白降解。在2013年，Crews博士創(chuàng )建了Arvinas公司來(lái)將這一技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)進(jìn)入臨床期。

       同期，研究人員開(kāi)始揭示免疫調節性的度胺類(lèi)藥物的生物學(xué)機制，這些藥物包括沙利度胺（thalidomide），來(lái)那度胺（lenalidomide）和泊馬度胺（pomalidomide）。在發(fā)現這些化合物能夠與名為cereblon的E3連接酶結合后，研究人員開(kāi)始考慮探索使用它們作為靶向降解劑的可能。在2015年，當時(shí)在丹娜-法伯癌癥研究所的Jay Bradner博士與他同事的研究表明，他們可以利用這一活性驅動(dòng)針對BET家族蛋白的靶向降解。他們把這些降解劑命名為“degronimids”，并且聯(lián)合創(chuàng )建了C4 Therapeutics公司。

       不管這些降解劑的名字是什么，這些靶向降解策略的機制都像一種分子膠水。它們是一種雙功能性小分子，通過(guò)一個(gè)鏈接，將與靶標結合的部分與募集E3連接酶的部分結合在一起，通過(guò)將靶標蛋白與E3連接酶拉到一起，讓特異性靶標的泛素化和隨后的蛋白降解得以發(fā)生。

       然而，最初，研究人員無(wú)法確定這一策略能否產(chǎn)生能夠進(jìn)入臨床試驗的小分子。研究人員擔心這種分子量大，結構可能比較松散的化合物很難被優(yōu)化成為具有生物利用度高，高特異性，耐受性好等藥物特征的化合物。但是隨著(zhù)第一批化合物即將進(jìn)入臨床試驗，它們的前景正變得更為光明。

       “它們是一些看起來(lái)結構比較異常，甚至可以說(shuō)滑稽的分子。”Phillips博士說(shuō)。然而過(guò)去幾年的研究表明“它們很令人驚訝地具備正常的藥學(xué)特性。”他補充道。多家公司的內部分析表明，這些化合物可溶性?xún)?yōu)異，能夠滲透進(jìn)入細胞，可以口服，并且能夠抵抗代謝過(guò)程的降解，甚至有些可以跨越血腦屏障。

       最初研究人員希望靶向降解劑可能成為模塊化平臺，這意味著(zhù)任何靶標結合配體能夠與一個(gè)“即插即用”的鏈接和E3募集子搭配在一起構成一款藥物。然而目前這一愿望還未能實(shí)現。

       與之相反，業(yè)界的研究表明，靶標、降解劑和E3連接酶之間構成的三元結構（ternary structure）非常重要。這個(gè)結構最微小的改變可能影響藥物的作用方式。在有些情況下，這可以解釋為什么有些特異性很差的靶標結合配體當轉化為降解劑時(shí)卻表現出了超強的特異性。而在其它情況下，對任一部件的微小改變能夠將降解劑的活性完全消除。

       “這不是一個(gè)即插即用的系統，”Phillips博士說(shuō)：“由于合成策略上的原因，化學(xué)家們喜歡把一個(gè)系統拆分成組成它的每個(gè)部件。但是過(guò)去幾百年的經(jīng)驗反復告訴我們的是，一個(gè)系統并不是所有部件的簡(jiǎn)單疊加，對于降解劑來(lái)說(shuō)也是如此。”Phillips博士說(shuō)。

       因此，C4 Therapeutics公司的策略力圖優(yōu)化化合物激活泛素系統的能力，而不只是將靶標和連接酶拉近的能力。“你當然需要把它們拉到一起，但是那本身是不夠的。你還需要激活這個(gè)過(guò)程，”Phillips博士說(shuō)：“我們需要對降解劑的作用方式有一個(gè)整體上的理解。”

       Mainolfi博士指出，只專(zhuān)注于三元復合體的形成可能也是“短視”的。在有些情況下，即使蛋白泛素化成功，也不能保證靶標會(huì )被遞送到蛋白酶體中進(jìn)行降解。“還有很多東西我們不知道。”他說(shuō)。

       這一表述也適用于對連接酶的理解。人體中有大約600種E3連接酶，它們有各自獨特的活性和分布特征。募集到合適的連接酶與靶標蛋白結合是一個(gè)研發(fā)項目能否成功的關(guān)鍵之一，Mainolfi博士說(shuō)。如果一個(gè)靶標可以在沒(méi)有副作用的情況下在全身被敲除，Kymera公司的團隊可能會(huì )選擇一種廣泛表達的E3連接酶。然而如果他們需要一個(gè)更為寬廣的治療窗口，團隊可能會(huì )聚焦于傾向在特定組織種類(lèi)或癌細胞種類(lèi)中表達的連接酶。不同E3連接酶的亞細胞分布也不一樣，這提供了進(jìn)一步調節特異性的機會(huì )。

       目前只有5到6種E3連接酶得到公開(kāi)驗證，可以被用在靶向降解劑中，Mainolfi博士說(shuō)。不過(guò)Kymera和其它公司正在對其它E3連接酶進(jìn)行驗證，力圖在科學(xué)家的工具箱中添加更多工具。

       靶向蛋白降解劑的優(yōu)勢

       靶向降解劑的理論優(yōu)勢是他們能夠讓原先無(wú)法成藥的靶標可以被藥物靶向。小分子抑制劑通常需要阻斷催化位點(diǎn)或者與能夠影響蛋白功能的“口袋”結合，然而，靶向降解劑理論上可以與蛋白上的任何角落結合來(lái)驅動(dòng)蛋白降解。“這開(kāi)啟了一部分目前還不能被藥物有效靶向的人類(lèi)生物學(xué)。”Phillips博士說(shuō)。

       然而這一手段的局限性可能被人忽略了，他警告說(shuō)：“目前仍然有很大數量的靶標沒(méi)有任何配體能夠與它們結合。如果沒(méi)有配體的話(huà)，我沒(méi)辦法給你構建一個(gè)降解劑。”像Myc這樣長(cháng)時(shí)間來(lái)都很吸引人的靶點(diǎn)，即使利用降解劑技術(shù)，目前仍然無(wú)法靶向。”他補充道。

       “目前我認為業(yè)界還未解決的最重要的問(wèn)題是：哪些是能夠與配體結合的靶標？”Mainolfi博士說(shuō)。

       Bradner博士對這一領(lǐng)域的進(jìn)展保持樂(lè )觀(guān)，他認為大多數靶標終將能夠被靶向。“我的直覺(jué)是大多數蛋白的靶向問(wèn)題可以通過(guò)小分子發(fā)現化學(xué)過(guò)程得到解決。這可能通過(guò)直接與小分子結合，或者通過(guò)一種像分子膠水一樣的活性，讓一個(gè)分子與靶標蛋白交聯(lián)，”他說(shuō)：“雖然這只是一個(gè)感覺(jué)，但是我認為目前沒(méi)法解決的靶標能夠使用這種化學(xué)手段解決。”諾華生物醫學(xué)研究中心（NIBR）的科學(xué)家們已經(jīng)成功針對40多個(gè)靶標誘發(fā)靶向降解，他說(shuō)，其中很多靶標曾經(jīng)被認為不可成藥。

       由于這一領(lǐng)域競爭非常激烈， 很多公司沒(méi)有透露它們研究的靶標。然而，從幾個(gè)公開(kāi)的靶標中我們也能一窺這一技術(shù)的潛力。

       Arvinas公司的兩款主打候選產(chǎn)品的靶標是AR和ER。這兩個(gè)靶標都是臨床驗證過(guò)的靶標，而且已經(jīng)有獲批療法針對這些靶標。該公司首席執行官John Houston博士表示，這是公司的創(chuàng )始人刻意的選擇，他們認為這有機會(huì )讓靶向降解的技術(shù)顯示出它的潛力，并且通過(guò)與其它靶向藥物的比較，幫助對這一技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。Houston博士指出，雖然靶標并不新穎，但是靶向降解技術(shù)仍然能夠顯示出超出傳統療法的優(yōu)勢。

       比如對于A(yíng)R這一靶標來(lái)說(shuō)，獲批的小分子藥物需要與蛋白一直結合才能抑制蛋白活性，因此，當藥物被從體內清除或者替代蛋白過(guò)多時(shí)，它們的活性就會(huì )消失。大部分患者會(huì )對AR拮抗劑enzalutamide產(chǎn)生抗性，因為癌細胞可以提高雄激素或者AR的生成水平，或者產(chǎn)生AR突變體。這些患者不再對療法產(chǎn)生響應。

       像其它靶向降解劑一樣，ARV-110的活性是基于對靶標蛋白降解過(guò)程的催化。這意味著(zhù)，Arvinas的候選藥物可以少于靶標蛋白，而通常的小分子抑制劑的數量要多于靶標。降低藥物的使用劑量可能帶來(lái)更好的副作用特征，Talyor博士解釋道。

       另一個(gè)靶向降解劑的優(yōu)勢在于，即使藥物被排出，它們的作用仍然可以得到延續，直到細胞重新合成被降解的蛋白為止。“我們從多個(gè)研究項目中獲得的數據表明，PROTACs的催化活性，能夠讓它們降解掉細胞試圖生成的新增蛋白。而這通常是癌癥的抗性機制之一。”Taylor博士說(shuō)。在有些情況下，這些藥物可能幫助延緩抗性的產(chǎn)生。

       當這些臨床試驗結束后，人們將關(guān)注這些非常規降解劑化合物的吸收、分布、代謝和清除特性，看看它們的表現能否達到口服施藥的預期。這一領(lǐng)域同時(shí)想知道這些藥物能夠將蛋白水平降低到什么程度，蛋白降解的速度與蛋白的重新合成速度之間的對比，以及這些數據和動(dòng)物模型中的數據是否吻合。

       “靶向降解劑分子的潛力是它們可能將藥效學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)分離開(kāi)，這意味著(zhù)短暫的降解劑作用可能導致對信號通路的長(cháng)久影響，”Bradner博士說(shuō)：“所以藥效學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系將是人們非常有興趣關(guān)注的問(wèn)題。”

       而當這一領(lǐng)域的先驅公布目前仍然保密的藥物結構時(shí)，其它研究人員將會(huì )迅速把從中學(xué)到的經(jīng)驗帶回到自己的研發(fā)項目中。“我很好奇，他們是針對哪些參數進(jìn)行了優(yōu)化，才將臨床前項目推進(jìn)到了臨床期。我也很想知道他們的化合物長(cháng)得是什么樣子，實(shí)話(huà)說(shuō)，我覺(jué)得它們的結構跟我們的降解劑的結構很不一樣。”Mainolfi博士說(shuō)。“我們希望最初幾個(gè)化合物的臨床試驗結果獲得成功。”他補充道。

       靶向蛋白降解劑的廣闊天地

       Kymera公司靶向IRAK4的蛋白降解劑表現出靶向降解劑的另一類(lèi)近期機會(huì )。IRAK4是一種蛋白激酶，它在先天免疫系統中有關(guān)鍵性作用，并且與多種癌癥相關(guān)。雖然小分子抑制劑能夠阻斷IRAK4的激酶作用，但是這一蛋白還有一個(gè)不依賴(lài)于激酶的作用。它可以作為骨架蛋白，幫助先天免疫系統的myddosome蛋白復合體的構建。

       “基于遺傳敲低和敲除實(shí)驗，我們認為通過(guò)蛋白降解，我們能夠達到完全獨特而且優(yōu)于抑制劑達到的表型。”Mainolfi博士說(shuō)。Kymera公司在去年的美國血液學(xué)會(huì )年會(huì )上發(fā)布了IRAK4降解劑的臨床前數據，并且計劃在2020年上半年將這一項目推進(jìn)臨床期。這一策略也可以被用于其它骨架蛋白，包括RIP蛋白激酶，和其它非酶類(lèi)蛋白和轉錄因子。

       中樞神經(jīng)系統的靶標正在成為研究人員探索的方向。例如，藥物研發(fā)人員已經(jīng)在試圖開(kāi)發(fā)抗體、反義療法或者基于基因療法的手段來(lái)敲低tau蛋白和α-突觸核蛋白。但是這些治療方式在穿越血腦屏障和施用方式方面都存在挑戰，靶向降解劑可能是一種更好的研發(fā)方向。Arvinas已經(jīng)在開(kāi)發(fā)能夠穿越血腦屏障的靶向tau蛋白的化合物方面取得了進(jìn)展。該公司同時(shí)在開(kāi)發(fā)靶向α-突觸核蛋白的靶向降解劑，用于治療帕金森病。

       C4 Therapeutics和渤?。˙iogen）也在今年一月達成合作，共同開(kāi)發(fā)治療阿茲海默病和帕金森病的靶向蛋白降解療法。

       而這項技術(shù)有著(zhù)更為廣闊的前景，Mainolfi博士說(shuō)：“我們有機會(huì )用寡核苷酸和CRISPR療法目前還不能做到的方法，在全身敲低廣泛的靶標。而且我們在達到這一目標的同時(shí)，還擁有小分子化合物的可塑性和可擴展性。這可能是藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域顛覆性的技術(shù)。”

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