当克雷格·克鲁斯（Craig Crews）首次设法使一种奇怪的新化合物使蛋白质消失时，这位生物化学家说他认为这是一种“骗术”。 “好奇的化学好奇心”？
如今，这种可爱的把戏正在推动罗氏，辉瑞，默克，诺华和葛兰素史克等制药公司的数十亿美元投资。加利福尼亚Thousand Oaks的安进公司全球研究高级副总裁，Crews的早期合作者之一雷蒙德·德沙伊斯（Raymond Deshaies）说：“您可以推断出，几乎所有公司都在该领域设有计划。”
这种称为靶向蛋白质降解的药物策略利用细胞天然系统清除不需要的或受损的蛋白质。这些蛋白质降解剂有多种形式，但是今年将要进行临床试验的是Crews的一种类型，其总部位于康涅狄格州纽黑文的耶鲁大学已经花费了20多年的时间开发：靶向蛋白水解的嵌合体或PROTAC。
PROTAC大而笨拙，违背了关于应该使用哪种药物的传统观念。但是它们也增加了解决周围一些最顽固疾病的可能性。因为它们破坏而不是抑制蛋白质，并且可以在其他药物可以结合的地方结合蛋白质，所以可以想象，蛋白质降解剂可以用来追踪药物开发者长期以来认为“药物可降解”的目标。导致癌症的恶棍，例如MYC蛋白质或在阿尔茨海默氏病中缠结的tau蛋白质。
英国邓迪大学的生物化学家亚历西奥·库利（Alessio Ciulli）说：“这是新领域。”“违反了我们认为是可药物治疗的规则。” / p>
该领域有理由保持乐观。2014年，科学家发现骨髓瘤治疗来那度胺（Revlimid）是世界上最畅销的药物之一，其作用类似于蛋白质降解剂，可咀嚼两种以前不可接触的蛋白质1,2。
然而，该领域缺乏公开的数据来证实PROTAC和其他新兴化合物可以使不可消耗的蛋白质消失。还有关于这些看起来怪异的分子将在体内何处以及如何起作用的问题。
目前，所有人的目光都集中在克鲁斯在康涅狄格州纽黑文市成立的生物技术公司Arvinas。它计划开始针对前列腺癌测试PROTAC，尽管它攻击的是其他药物成功靶向的蛋白质。Arvinas生物学高级副总裁Ian Taylor说：“证明这些PROTAC可能是药物。”紧随其后的是：我们可以用一种不可dr药来做到这一点吗？？/ p>
学术练习
在图中，PROTAC常常看起来像哑铃。它们是由两个通过细系链连接的结合末端组成的分子。
动作发生在两端。一个抓住了目标蛋白，而另一个抓住了泛素连接酶-细胞天然垃圾处理系统的一部分，该系统通过将一种称为泛素的小蛋白拍打到它们上来标记有缺陷或受损的蛋白（参见“为破坏而变黑”） ？泛素标签充当一种“租赁收集”标签，指示细胞蛋白切碎机（称为蛋白酶体）完成其任务。
接近在生物学中占很大比重，因此只需将连接酶和靶蛋白结合在一起，PROTAC即可确保靶标被标记为可被破坏。甘草是有效的，顾名思义，泛素很丰富，因此单个PROTAC应该能够在整个细胞中反复执行其捕获和释放功能，这表明有效活性只需要少量此类药物即可。 。
关于PROTAC样分子的最早已知公开描述是1999年由马里兰州盖瑟斯堡的一家生物技术公司Proteinix的两位科学家提交的专利。在该专利（请参阅go.nature.com/2vyjf9l）中，John Kenten和Steven Roberts提议采用细胞蛋白质降解系统。同事们驳回了这个想法，称肯滕和罗伯茨通过试图一次结合两种蛋白质（不需要的蛋白质和连接酶）使药物研发变得复杂。马里兰州罗克维尔市Meso Scale Diagnostics的现任研究主管Kenten回忆说：“内部并没有那么多的热情。”Proteinix没有采用这种方法。
但是在美国的另一边，另一对人正在思考同样的想法。1998年，在华盛顿西北塞米亚穆湾的一个风景胜地进行的一次研究务虚会上，戴西（Deshaies）停在克鲁斯的海报前，听他谈论使用小分子将两种蛋白质连接在一起的话题。Deshaies当时是帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的一名生物化学家，他对泛素连接酶的研究非常了解。人类基因组编码约600种，需要与其他蛋白质形成复合物进行标记。大约一年前，Deshaies共发现了一个蛋白质家族，目前已知该蛋白质家族包含250个泛素连接酶。
Deshaies回忆说，“没想到”，gee有了很大的飞跃，如果您可以将其与泛素连接酶连接起来，那么就有可能推动蛋白质的泛素化及其降解。 。他和克鲁斯整个周末继续聊天，并分道扬with，计划寻找资金来探索这个想法。
当时，克鲁斯正在研发一种与PROTAC药物相反的药物。它阻断了细胞中的泛素系统，导致蛋白质积累到危险水平，并最终触发细胞死亡。卡非佐米（Kyprolis）的工作成果现已用于治疗血液癌多发性骨髓瘤。克鲁斯说：“泪以为反面也同样有趣。”“事实证明确实如此。”？/ p>
Crews和Deshaies很快发表了一项研究，证明他们的第一个PROTAC Protac-1成功地捕获了非洲爪蟾蛙卵提取物中的一种癌相关蛋白METAP2，并导致其降解。
克鲁斯说，Protac-1远非毒品，他称该论文为“学术锻炼”？第一代PROTAC在人类细胞中的活性较低，可能是因为这些化合物难以进入内部。他们依靠大而无用的肽与连接酶结合。克鲁斯说，科学家们必须找到一种方法，使连接酶的结合末端更像药物一样具有潜在的药物作用。或者他们需要继续前进。
在伦敦葛兰素史克公司的资助和研究支持下，克鲁斯继续前进，主要针对一种特殊的连接酶，即冯·希佩尔·辛道疾病抑制因子（VHL）。在2012年，Crews与他的研究生Dennis Buckley和Ciulli（曾是Crews实验室的前访问学者）一起报道了VHL5的小分子粘合剂。克鲁斯终于开始相信PROTAC确实可以成为毒品。
钓鱼小分子
克鲁斯不是唯一追逐蛋白质降解物的人。2010年，化学生物学家詹姆斯·布拉德纳（James Bradner）在马萨诸塞州波士顿的达纳-法伯癌症研究所（Dana-Farber Cancer Institute）期间，阅读了由Hiroshi Handa领导的日本研究团队的论文，然后在横滨的东京工业大学（Tokyo Institute of Technology）进行了研究。汉达一直试图了解为什么臭名昭著的药物沙利度胺在1950年代末和1960年代初在某些国家被批准用于帮助妊娠恶心，从而导致肢体发育问题。（现已批准用于治疗多发性骨髓瘤和皮肤疾病。）Handa发现沙利度胺是诱捕细胞中蛋白质的诱饵，发现该药物钩住并阻断了泛素连接酶cereblon的活性。他的研究小组发现，这种抑制作用会影响斑马鱼和小鸡的肢体生长和发育6。
布拉德纳意识到，如果沙利度胺与泛素连接酶结合是“不容易的事，因为众所周知这种酶很难捕获”，那么也许他可以找到一种方法来与相同的连接酶结合，但将其靶向与疾病有关的蛋白质。2013年，Buckley以博士后身份加入了Bradner团队，他们开始寻找与大脑神经结合的小分子。
2015年5月和2015年6月，由Bradner，Ciulli和Crews领导的三个小组发表了五篇单独的论文，描述了具有强大的类药活性的小分子PROTAC7 / sup> 11。在葛兰素史克公司的伊恩·丘吉尔（Ian Churcher）的帮助下，克鲁斯将PROTAC与VHL结合，并用它来降解几种蛋白质的水平，使其低于未处理细胞中蛋白质的10％7。Bradner和他的同事将大脑与PROTAC结合，以降低致癌蛋白的水平8，那时Dundee大学的Ciulli和他的团队使用VHL作为连接酶降解了相同的蛋白9。蛋白质降解剂在培养皿中的细胞和小鼠的人类肿瘤中均起作用。
除了设计类似药物的蛋白质降解剂外，Crews和Bradner团队还建立了“ HaloPROTACs10和dTAG12”系统，使研究人员能够将目标蛋白质降解物用作实验室工具，并使用遗传标签标记蛋白质。在培养的细胞和小鼠中被破坏。使用dTAG，“测出可以在数分钟或数小时内消耗蛋白质并监控发生的情况”？化学生物学家Behnam Nabet说，他是Dana-Farber癌症研究所的Nathanael Gray领导的系统开发工作。“他为您提供了研究具有非常快速活性的癌基因，激酶和蛋白质的强大能力。” dTAG材料目前可免费获得：超过150个学术实验室使用该探针来研究耗尽细胞中特定蛋白质的作用，纳贝特（Nabet）说。
布拉德纳（Bradner）于2016年离开达纳-法伯（Dana-Farber）成为诺华生物医学研究所所长，他估计大约有30种不同的工具已经采用了该技术。他说：“现在已经建立了化学探针的途径。”“用这些配体制造现实世界的药物是巨大的挑战。” / p>
淘金热
在2015年小分子PROTAC泛滥之后，离开该领域的Deshaies写下了一条意见书，宣布PROTAC有潜力成为一种主要的新型药物，可能超过有史以来最热门的两个药物开发领域蛋白激酶抑制剂和单克隆抗体13。 Deshaies当时写道：“淘金热持续了！”
他说，从那以后，它只会加剧。他于2017年加入安进公司，目前负责该公司在该地区的工作。
泰勒说，预计在2019年中开始的Arvinas试验将包括28-6名转移性前列腺癌的男性，并将持续约9个月。通常，任何新类别的药物都会追随众所周知的靶标，因为生物学和毒理学已广为人知，而Arvinas也不例外。它降解雄激素受体，一种已经被少数批准的药物靶向的蛋白质。该公司希望，通过降解而不是抑制受体，它的PROTAC将能够治疗对现有药物产生抗药性或从中受益的人。如果候选人成功，该领域将最终获得每个人都在寻找的临床数据。阿维纳斯将证明PROTAC可以是药物。
之所以如此重要，是因为人们对蛋白质降解剂是否可以在人类中发挥作用存在相当大的怀疑。完全组装的PROTAC打破了众所周知的药物经验法则。其中最主要的是尺寸。好的小分子药物的质量通常小于500道尔顿。当前的PROTAC范围高达1,000道尔顿。但是分子仍然可以进入细胞7、10、11。克鲁斯怀疑这是因为它们可能被细胞膜识别为恰好束缚在一起的两个较小分子，而不是单个大分子。
泰勒说：“扔掉了我们对大于平均大小的小分子的先入为主的观念。”
窗外还出现了关于不可消费品的先入为主的想法。这些困难的蛋白质靶标中的许多问题在于，大多数小分子药物或单克隆抗体需要结合酶或受体上的活性位点才能发挥作用。但据估计，人类细胞中80％的蛋白质缺少这种位点。但是，PROTAC可以通过任何角落，缝隙或缝隙来捕获蛋白质，而他们不必坐在活跃的口袋里工作。因此，它们可以使这些蛋白质容易接近。
已经有一些证据支持这种方法。去年，伦敦癌症研究所的一个研究小组生产了一种小分子，该分子可以与没有活性位点的转录因子调节剂结合。他们能够通过连接泛素连接酶脑的粘合剂来产生有效的PROTAC。
该领域仍然缺乏可以靶向并降解有价值的不可消耗蛋白质的PROTAC的公开证据。Deshaies说，Amgen在培养的细胞和动物中均具有针对未命名的高价值癌症靶点的PROTAC，该靶点历来难以结合。Arvinas声称在体内有PROTAC在小鼠脑中降解tau的证据。该公司在其网站上表示，将其tau蛋白降解物直接注射到小鼠海马体中可将tau水平降低50％。
泰勒表示，通过开发针对多种疾病（包括影响大脑的疾病）的PROTAC，许多研究人员希望证明该技术“对治疗区域不可知”。各个小组也在努力扩大蛋白质降解剂可以募集的连接酶的范围。目前只有四种主要的使用，包括VHL和cereblon，并且更广泛的可用连接酶可以使药物开发人员将最有效的连接酶-ROTAC组合与其感兴趣的细胞类型或蛋白质相匹配。与德国制药公司勃林格殷格翰（Boehringer Ingelheim）合作开发PROTAC的Ciulli说：“有可能通过这种方法劫持任何连接酶。”
受新靶标的提振，效力的提高以及即将开始的临床试验的鼓舞，研究人员已经准备证明蛋白质降解剂不仅是一个绝招。丘利说：“天空是极限。”这仅仅是什么时候的问题。
自然567，298-300（2019）
