引言
靶向蛋白降解（TPD）是一种备受关注的新兴治疗策略，因为它能够调控传统小分子药物难以作用的“不可成药”蛋白。PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）利用细胞天然蛋白降解系统，即泛素-蛋白酶体系统（UPS），实现对目标蛋白（POI）的定向降解。随着 PROTAC 管线不断拓展至肿瘤领域，体外联合用药筛选正越来越多地用于评估降解剂与靶向疗法、肿瘤免疫药物之间的协同效应。
PROTAC 是一种异双功能小分子：一端结合目标蛋白（POI），另一端招募 E3 泛素连接酶，形成哑铃状三元复合物。随后 POI 被标记泛素，并被蛋白酶体识别和降解。
自 20 年前 PROTAC 概念首次被报道以来，这一利用泛素-蛋白酶体系统降解靶蛋白的技术，已从学术研究走向产业化。许多公司已启动临床前和早期临床开发项目。2019 年，首批 PROTAC 药物进入临床试验；到 2020 年，针对雌激素受体（ER）和雄激素受体（AR）等癌症靶点的临床概念验证取得成功。凭借这些进展，TPD 正有望攻克曾被认为“不可成药”的靶点。
一、PROTAC 概述
PROTAC 概念最早由 Crews 及其同事于 2001 年提出。不同于传统抑制剂通过阻断蛋白活性发挥作用，PROTAC 利用人体天然蛋白清除系统降低蛋白水平，从而治疗疾病。
泛素依赖性蛋白水解是细胞内蛋白降解的主要途径，对维持正常细胞生理功能至关重要。该过程包括三个步骤，涉及泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3）。这些酶协同将泛素分子转移到目标蛋白（底物）上。
图示：PROTAC 由三部分组成：（1）结合靶蛋白的配体，（2）结合 E3 连接酶的配体，以及（3）连接二者的 linker。其机制直观明确：将靶蛋白和 E3 连接酶拉近。三元复合物形成后，泛素被转移至 POI，随后 POI 被蛋白酶体识别并降解。
二、PROTAC 的优势
- 催化式降解：传统抑制剂通常与靶点一对一结合，而单个 PROTAC 分子可降解多个蛋白分子。这种催化效应意味着低剂量即可获得强效作用。即使细胞内仅残留少量 PROTAC，治疗效应仍可持续。
- 绕过活性位点高亲和力需求：传统小分子或抗体通常需要高浓度阻断特定蛋白位点的活性。而 PROTAC 诱导的是蛋白降解，并非简单抑制功能，只需要具备足够结合能力，且不一定局限于活性位点，从而扩大了可成药蛋白范围，包括此前被认为不可成药的靶点。
- 克服耐药：许多耐药机制源于细胞合成过量靶蛋白。由于 PROTAC 直接清除蛋白本身，因此有望克服这类耐药机制。
总体而言，PROTAC 技术融合了小分子药物、生物药和 RNAi 策略的优势，正成为下一波重磅疗法的重要候选方向。
三、PROTAC 的发展历程
PROTAC 的第一个时代始于 Sakamoto 等人在 2001 年发表的里程碑研究，该研究在体外完成概念验证。Protac-1 靶向甲硫氨酸氨肽酶 2（METAP2），这是一个已验证的抗血管生成靶点。Protac-1 将 ovalicin 与来自 IκBα、可被 E3 连接酶 β-TRCP 识别的 10 个氨基酸磷酸肽相连，从而桥接 METAP2 与 β-TRCP，实现 METAP2 泛素化。
图示：随后，来源于缺氧诱导因子-1α（HIF1α）的肽段被证明可结合 VHL E3 连接酶，从而支持设计可进入细胞并降解多种 POI 的 PROTAC。这些早期含有肽类 E3 连接酶配体的设计如今被称为“bioPROTAC”。HIF1α 肽段小分子模拟物的发现，打开了全小分子 PROTAC 的大门，此后该领域快速发展。
2019 年，ARV-110 成为首个进入临床试验的 PROTAC，标志着 TPD 的“基础时代”结束。ARV-110 通过将 AR 招募至 CRL4-CRBN 连接酶复合物实现 AR 降解。此后，PROTAC 进入“临床转化时代”，多款靶向疾病驱动蛋白的分子陆续推进至临床测试。
四、PROTAC 的临床验证
在 PROTAC 进入临床试验之前，仍存在若干关键问题：它们是否具备药物样行为？在人类体内是否安全？能否降解预期靶点？是否能够带来临床获益？
令人鼓舞的是，2020 年初 ARV-110 和 ARV-471 的 I 期临床试验结果，对上述四个问题均给出了积极答案。
ARV-110 在既往多线治疗的转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者中进行了评估（NCT03888612）。AR 是前列腺癌已知驱动因素，尤其在因抗雄激素耐药而治疗选择有限的患者中更为关键。数据显示，ARV-110 在最高 420 mg 剂量下耐受性良好，并在肿瘤中显示靶点降解，这是 PROTAC 在人体中发挥活性的首个分子证据，同时也显示出抗肿瘤活性迹象。这些发现支持其进一步开展 II 期开发。
同样，ARV-471 进入 ER 阳性局部晚期或转移性乳腺癌临床试验。中期数据显示，该药耐受性良好且具备较强临床活性：在既往多线治疗患者中临床获益率达到 42%，ER 降解效果优于氟维司群及其他选择性 ER 降解剂。ARV-471 已作为单药治疗转移性乳腺癌推进至 II 期（NCT04072952），并正在开展与 palbociclib 联合用药的 Ib 期研究。
这些早期结果显示出良好的安全性、药代动力学特征和有意义的疗效，验证了 PROTAC 治疗的可行性。截至 2021 年底，至少 15 个 PROTAC 候选药物已进入临床开发，未来还将有更多项目推进。
五、PROTAC 发展现状
随着技术日益成熟，PROTAC 吸引了众多生物技术公司和投资机构关注。该领域先行者创立企业推动蛋白降解平台发展。海外领先企业包括 Arvinas、C4 Therapeutics、Kymera Therapeutics、Vividion、Nurix 和 Oncopia Therapeutics 等。
- Arvinas（2013 年由 Crews 创立）：最早聚焦 PROTAC 的公司之一。其领先候选药物 ARV-110 和 ARV-471（均处于 II 期）分别靶向前列腺癌和乳腺癌。
- C4 Therapeutics（2015 年由 James Bradner 创立）：聚焦 IKZF1/3、BRD9、EGFR、BRAF-V600E、RET 等肿瘤靶点。其 TORPEDO 平台整合设计、合成和活性评价。与 Biogen 和 Roche 的合作金额分别达到 4.15 亿美元和 9 亿美元。
- Kymera Therapeutics（2016 年创立）：聚焦癌症和免疫炎症性疾病，靶点包括 IRAK4 和 STAT3 等。领先候选药物 KT-474 处于 I 期。2020 年，Kymera 与赛诺菲签署多项目合作，获得 1.5 亿美元首付款，以及最高 20 亿美元里程碑付款和销售分成。
- Nurix（2009 年创立）：专注于口服降解剂，靶点包括 BTK 和 CBL-B。依托 E3 连接酶专业积累和自有 DELigase 平台，Nurix 正在推进 NX-2127，用于复发/难治性 B 细胞恶性肿瘤，处于 I 期阶段。
除初创企业外，诺华、BMS、安进等跨国药企也已加入该领域。
中国 PROTAC 领域：国内已有 20 余家生物技术公司和大型药企布局 PROTAC。海正药业率先在国内启动临床试验，处于领先梯队。其他重要参与者包括凌科药业、凡迪科技、美实药业、江苏恒瑞、开拓药业、成都先导、海创药业、海和药物、凌科生物、合晶医药、百奥泰、诺诚健华、五元生物、亚盛医药、科伦药业、石药集团、嘉兴优博、上海瑞因、苏州德甘生物、MultiDomain Bio、鲁南制药等。具备 PROTAC 平台的 CRO 包括药明康德、康龙化成和美迪西等。
结语
过去 20 年间，PROTAC 作为前沿药物发现技术快速演进。近年来，它已成为重要治疗模式。早期 I 期和 II 期临床试验的积极结果，凸显了其在肿瘤及其他疾病领域的巨大潜力。
凭借广阔治疗靶点和市场潜力，PROTAC 有望与小分子抑制剂、单克隆抗体和免疫疗法一起，成为重要治疗类别，惠及全球患者。
参考文献：
- PROTAC targeted protein degraders: the past is prologue. Nat Rev Drug Discov. 2022 Jan 18 : 1–20.
