双靶PROTAC降解神经退行性疾病相关聚集体
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科技
2024-03-07 11:28
北京
2024年2月14日，中山大学化学院庞冀燕老师在Journal of Medicinal Chemistry上发表了最新研究成果《Discovery of Effective Dual PROTAC Degraders for Neurodegenerative Disease-Associated Aggregates》，开了发了一个有效的选择双靶PROTAC分子T3降解神经退行性疾病相关聚集体，有望为神经退行性疾病治疗提供新的策略。特异性蛋白的聚集是各种神经退行性疾病(NDs)的组织病理学标志，其中α -突触核蛋白(a- syn)和tau蛋白受到越来越多的关注。靶向蛋白降解(targeted protein degradation, TPD)策略在NDs治疗中的研究较多，但对多靶点双功能分子的研究较少。在此，作者开发了一系列有效的双PROTAC降解剂，可以同时降解a- syn聚集体和tau的总量。体外降解效果评估结果表明，T3对a-Syn聚集体和总tau的降解效率分别为1.57±0.55 μM和4.09±0.90 μM。进一步的机制探索表明，降解作用是由泛素-蛋白酶体系统(UPS)介导的。此外，在MPTP诱导的PD小鼠模型中证实了T3的治疗效果。作者的研究结果表明，这些双靶PROTACs可能为NDs提供潜在的治疗策略。苄星染料Thioflavin-T (ThT)在组织学上是一种有效的淀粉样蛋白荧光标记物，可选择性定位于原纤维。2-[49-(甲氨基)苯基]-6-甲基苯并噻唑(简称BTA)是硫黄酮的类似物，由于其具有良好的脑穿透能力和与蛋白质聚集体和低聚物的结合能力，可以考虑用作降解某些蛋白质聚集体的靶头。值得注意的是，Arvinas公司已经公开了一系列PROTAC的a- syn降解剂，包括以BTA为靶头的化合物(WO2020/041331)。且作者通过荧光偏振(FP)测定表明，BTA与两种pff的结合能力较强，Kp值分别为0.32±0.17和2.55±0.72 μM。因此作者考虑将BTA和泊马度胺、VH032作为靶头，选定了不同linker，设计了一系列PROAC分子（图一）。![]()
通过对所设计合成分子进行降解活性评估，最终发现以泊马渡胺作为E3配体的T3分子具有最优的降解活性，且能实现双靶降解。并且MG132可以明显阻断T3分子的降解效果，说明了它依赖于蛋白酶体的特性（图二）。![]()
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接下来对化合物T3是否能透过血脑屏障进行了体外和体内试验。T3在体外表现出有效降解后，采用动物模型综合评价双靶PROTAC降解剂的效果。为了探索T3是否也能促进体内a- syn聚集体和总tau的清除，在小鼠(小家鼠)模型上进行了进一步的实验。首先，采用体外血脑屏障模型评估T3穿透血脑屏障的能力。如图所示，不同条件下SH-SY5Y细胞的共聚焦LSM图像(活细胞，比尺:50 μm)证实了T3的体外通透性。此外，通过不同剂量T3静脉注射1 h后小鼠脑组织荧光成像检测体内T3的通透性。脑组织用于后续的高效液相色谱(HPLC)和液相色谱-质谱(LC-MS)检测，结果显示脑组织样品中T3的浓度与给药剂量呈正相关。说明了该分子较好的体内外血脑屏障穿透性，于是进行进一步体内活性评估。在测定了脑内的ADME水平后进行药效学测试，T3分子可以很好的实现对体内的a- syn聚集体和tau的总量的降解（图三）。![]()
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综上所述，作者发现了一系列有效的双PROTAC降解剂，可以同时降解a- syn聚集体和总tau。体外降解实验结果表明，T3能够以剂量依赖性的方式降解a- syn聚集体和总tau蛋白，其DC50分别为1.57±0.55 μM和4.09±0.88 μM。此外，作者还检测了T3对SH-SYSY细胞的细胞保护作用。在MPTP诱导的PD小鼠模型中证实了T3的治疗作用，结果表明，8 mg/kg的T3可以有效降低MPTP诱导的聚集蛋白水平，保护多巴胺能神经元。研究结果提供了一系列基于PROTAC靶向a- syn聚集体和tau聚集体的新型双小分子降解物，这可以拓宽基于PROTAC的降解物的应用范围，并可能为神经退行性疾病的治疗提供潜在的治疗策略。应该指出的是，在微摩尔药物浓度下的多药理学高风险是这些双PROTACs的局限性，需要进一步优化。本文作者：LYB
