AI设计靶向降解蛋白

2025-01-08 21:15   新加坡  
在精准医学与靶向治疗飞速发展的今天,如何高效且特异性地降解细胞表面及分泌型蛋白,依然是科研与医药领域的一大挑战。近日,《Nature》发表的一篇文章提出了一种基于蛋白质的溶酶体靶向嵌合体(pLYTACs)技术,这一创新技术通过设计全新的内吞诱导蛋白(EndoTags),实现了靶标蛋白的精准降解,标志着靶向降解领域的重要突破。

pLYTACs是什么?

pLYTACs,全称为 protein-based lysosome-targeting chimeras,是一种完全由蛋白构成的靶向降解工具。与传统的LYTAC技术相比,pLYTACs 完全摆脱了化学修饰的依赖,通过融合 EndoTags(内吞诱导蛋白)和靶标结合蛋白,直接诱导目标蛋白进入溶酶体降解。

其核心机制包括以下步骤:

  1. 靶标识别:通过高特异性的结合蛋白,识别细胞表面的靶标蛋白。
  2. 内吞诱导:EndoTags 触发靶标与其受体的内吞,形成胞内囊泡。
  3. 溶酶体降解:内吞后,靶标与受体被运输至溶酶体,降解为小分子

这种设计方法使 pLYTACs 具备极高的特异性与效率,特别适用于癌症、神经退行性疾病及自身免疫性疾病的治疗。

图1 Design strategies for endocytosis-triggering EndoTags.

研究亮点:EndoTags如何驱动pLYTACs实现突破?

1. 组织特异性靶向

研究团队设计了多种 EndoTags,通过结合不同组织特异性表达的受体,实现靶标的精准定位。例如:

  • AS_EndoTag:靶向肝脏特异性受体ASGPR,可降解与肝病相关的靶标蛋白。
  • TfR_EndoTag:结合转铁蛋白受体TfR,广泛分布于脑部、肌肉和肝脏,用于神经系统疾病。
  • IGF_EndoTag:靶向全身广泛分布的IGF2R受体,用于系统性靶标的清除。

图2 Surface receptor degradation with tissue-specific pLYTACs.

2. 高效降解癌症相关蛋白

  • EGFR降解:研究表明,将AS_EndoTag与EGFR结合蛋白融合后,可显著降低肝癌细胞表面的EGFR水平。
  • PD-L1降解:将IGF_EndoTag与抗PD-L1抗体(如Atezolizumab)融合,可大幅增强抗体的肿瘤免疫阻断功能,并在小鼠模型中延长生存时间。

图3  Clearance of soluble proteins by IGF2R pLYTACs

3. 可溶性蛋白的清除

研究团队进一步验证了 pLYTACs 在清除细胞外分泌蛋白方面的能力。例如:将EndoTags与蛋白G结合,可有效清除溶液中的IgG,为治疗自身免疫疾病(如红斑狼疮)提供了新思路。

图4  Logic-gated targeted degradation and locally secretable degraders


4. 逻辑门控的降解系统

通过与Co-LOCKR技术结合,pLYTACs实现了更高层次的精准性。例如,只有在癌细胞表面同时存在EGFR和HER2时,pLYTACs才会启动靶标降解,避免对健康细胞的副作用。

图5  EndoTags enhance signalling.


pLYTACs 的临床应用潜力

癌症治疗
     pLYTACs 在降解癌症相关蛋白(如EGFR、PD-L1)方面展现了巨大潜力,不仅可以显著抑制肿瘤生长,还能增强现有抗体药物的治疗效果。

神经退行性疾病
     通过靶向神经系统受体(如TfR或Sortilin),pLYTACs 有望清除神经毒性蛋白堆积,如阿尔茨海默症中β-淀粉样蛋白的清除。

自身免疫疾病
      针对异常增多的自身抗体或炎症因子,pLYTACs 可通过快速清除靶标蛋白,缓解疾病症状。

合成生物学与细胞疗法
      利用工程化细胞分泌 pLYTACs,可以实现目标区域的蛋白降解。这一策略在基因治疗和细胞治疗中具有广阔前景。

图4  Confocal imaging of lysosome co-localization of IgG-AF647 with lysosome in Hela WT cells with ProteinG-IGF_EndoTags treatment
pLYTACs 的诞生,为精准医学和靶向治疗开辟了全新的道路。通过整合计算蛋白设计、基因编辑技术和药物递送系统,这项技术正推动生物医药进入下一个高效、可控的时代。
文章链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07948-2

BioTender
拥抱问题,积极探索