深圳湾实验室化学生物学研究所与北京大学化学与分子工程学院合作，在Journal of the American Chemical Society发表了题为“Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation”的研究论文。研究团队开发了一种新的“肿瘤原位激活靶向膜蛋白降解嵌合体”（Pro-MPD），该技术仅在肿瘤微环境内蛋白酶激活穿膜肽后，才会引发靶蛋白的内化和降解。
蛋白质功能及表达的异常是多种疾病发生的原因。传统药物开发策略主要基于活性“阻断”原理，而靶向蛋白质降解技术则通过“消除”整个目标蛋白，为突变耐药和传统不可成药靶点提供了新的治疗方法。在PROTAC等靶向胞内蛋白的降解技术外，膜蛋白靶向降解技术通过直接结合膜蛋白的胞外结构域进而促进复合物内化和降解，实现了对这类重要蛋白质类型的靶向清除。代表性技术包括LYTAC、AbTAC/PROTAB、GlueTAC和TransTAC等，它们通过靶向细胞膜表面受体或穿膜肽修饰促进降解嵌合物的形成，使目标蛋白复合物内化并最终降解。然而，许多肿瘤相关抗原在正常细胞中也有低水平表达，无差别降解可能导致严重副作用，即“On target, Off tumor”效应。
深圳湾实验室化学生物学研究所与北京大学化学与分子工程学院合作，在Journal of the American Chemical Society发表了题为“Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation”的研究论文。研究团队开发了一种新的“肿瘤原位激活靶向膜蛋白降解嵌合体”（Pro-MPD），该技术仅在肿瘤微环境内蛋白酶激活穿膜肽后，才会引发靶蛋白的内化和降解。在正常组织中，由于缺乏相关蛋白酶，降解嵌合物仅结合而不降解，从而确保了肿瘤部位的特异性降解。Pro-MPD/PD-L1在细胞层面和活体肿瘤模型中展现出极高的降解活性和免疫细胞激活能力，其良好的肿瘤靶向性也使其具备成为肿瘤免疫治疗药物的潜力。值得注意的是，该降解策略不依赖于细胞表面蛋白，不受肿瘤异质性影响，可扩展至多个肿瘤靶点。
图1 Pro-MPD的开发流程和肿瘤特异性降解的示意图
Pro-MPD由三个模块组成：1. 靶向目标蛋白的双特异性纳米抗体，通过结合目标蛋白的两个不同表位增加亲和力；2. 可被蛋白酶切割激活的穿膜肽，负电氨基酸构成的遮蔽肽使穿膜肽暂时失活，实现肿瘤靶向和特异性降解；3. Fc结构域，延长降解嵌合物在体内的半衰期。以PD-L1为模式蛋白，研究者从免疫羊驼中筛选得到多个CDR3序列不同的纳米抗体，并组合得到亲和力极大提升的双表位抗体。测试结果表明，偶联穿膜肽的单抗降解嵌合物降解效率理想，可能原因是单抗亲和力不足，复合物在内化过程中解离，抗原循环回到细胞表面。偶联穿膜肽的双抗降解嵌合物普遍能实现对靶蛋白的高效降解，部分双抗因引发抗原多聚，自身即可引发靶蛋白在一定程度上的降解。在双抗降解嵌合物基础上，通过对穿膜肽的改造得到了Pro-MPD嵌合物。
Pro-MPD分子的穿膜肽和遮蔽肽之间由一段多肽连接，该多肽序列可被肿瘤微环境中的酶MMP2/9切割。在肿瘤微环境中被切割后，Pro-MPD释放出遮蔽肽，结合在POI表面的Pro-MPD变成激活形式的MPD，继而内化至溶酶体被降解。在正常组织中，Pro-MPD保持完整结构，遮蔽肽对穿膜肽的失活使得Pro-MPD不能被内化，也无法在溶酶体中降解，且此时Nb1和Nb2部分可以结合在PD-L1表面但不会阻断PD-1/PD-L1的结合，因此不会引起T细胞的激活。体外细胞实验验证了遮蔽肽对穿膜肽活性的阻断和蛋白酶的激活作用。
图2 Pro-MPD在细胞水平的活性表征
最后，研究者优化了蛋白酶切割linker的设计，在小鼠模型上成功展示了Pro-MPD能达到与商业化PD-L1阻断抗体相同的抑制效果，并带来更好的肿瘤浸润。
图3 Pro-MPD在转基因小鼠模型中有效抑制肿瘤生长
在该团队之前报道的GlueTAC技术基础上，Pro-MPD提供了一种开发条件激活型MPD的通用策略，减少了MPD由于非肿瘤降解引起的非预期系统毒性，为“不可成药”的膜蛋白靶点提供了新的治疗手段。这项工作创造性地使用非阻断PD-L1纳米抗体作为靶向官能团，生物学活性全部依赖于对肿瘤原位靶蛋白的降解引发，可以视为一种新的“前抗体”设计。
深圳湾实验室/北京大学陈鹏教授和深圳湾实验室张衡副研究员为该研究论文的共同通讯作者。深圳湾实验室研究助理刘鸿翔为论文第一作者，深圳医学科学院-西湖大学联培博士生付治江和北京大学韩雨博士为本研究做出了重要贡献。深圳湾实验室为第一完成单位。该研究获得了深圳湾实验室重大项目、国家自然科学基金、深圳博士后出站科研资助和腾讯基金会XPLORER PRIZE的支持。
Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c06160
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