PROTAC是药物研发中蛋白质降解新型靶向技术，通过捕获靶蛋白形成E3连接酶-PROTAC-靶蛋白三元复合物就能实现靶蛋白的降解，而传统抑制剂则需要与靶蛋白特异性结合。PROTAC可以靶向不可成药的蛋白质，通过“事件驱动”发挥作用，可以在非常低的皮摩尔浓度下使用。蛋白质泛素化由三种酶催化，即E1（泛素活化酶）、E2（泛素结合酶）和E3（泛素‑蛋白质连接酶）。人类基因组包括两个E1酶家族成员、大约40个E2连接酶和超过600个E3泛素连接酶。E3连接酶催化泛素从E2直接转移到底物，并通过严格控制泛素化的底物选择和泛素化级联的效率，在三酶级联中发挥关键作用。
PROTAC配体的设计
MDM2靶点和Nutlin配体
MDM2是靶向p53进行多泛素化和降解的E3连接酶。Nutlin‑3与MDM2的p53结合，通过破坏MDM2与p53的相互作用但不影响MDM2的E3连接酶活性来调节p53的稳定性和转录活性。因此，Nutlin‑3可以实现PROTAC劫持MDM2的功能。
cIAPs靶点和甲基贝他汀(MeBS)配体
凋亡蛋白抑制剂(IAP)是一个蛋白质家族，它通过泛素化凋亡蛋白（如胱天蛋白酶）来防止细胞凋亡。人类IAP家族有8个成员：神经元凋亡抑制蛋白(NAIP/BIRC1)、细胞IAP1(c‑IAP1/BIRC2)、细胞 IAP2 (c‑IAP2/BIRC3)、 X 染色体连锁IAP(X‑IAP/BIRC4)、Sur‑vivin(TIAP/BIRC5)、Apollon (BRUCE/BIRC6)、黑色素瘤IAP(ML‑IAP/BIRC7)和IAP样蛋白2(ILP‑2/BIRC8)。值得注意的是，只有四个成员是凋亡调节剂（c‑IAP1、c‑IAP2、X‑IAP和ML‑IAP），其余成员参与细胞分裂和迁移。甲基贝他汀(MeBS)能直接、选择性地与cIAP1的BIR3结构结合，并促进依赖于其RING的自身泛素化。
Cereblon（CRBN）靶点和沙利度胺配体
CRL4 CRBN，是一种E3泛素连接酶复合物，由CRBN、受损DNA结合蛋白1(DDB1)、cullin‑4A/B和cullins‑1调节剂(RBX1)组成，参与多种生物过程中底物的降解。沙利度胺及其衍生物可以与CRBN结合，导致多发性骨髓瘤细胞和骨髓增生异常综合征中的抗凋亡蛋白BCL2和干扰素调节因子4(IRF4)的蛋白质水平降低，这表明沙利度胺及其衍生物可以劫持泛素连接酶CRL4 CRBN进行蛋白质降解。
Von Hippel–Lindau (VHL) 靶点和噻唑配体
VHL蛋白是多蛋白复合物的一部分，该复合物与elonginB和C、cullin2和Rbx‑1一起存在，并具有E3泛素连接酶活性。Cullin RING E3连接酶对于HIF‑1α的泛素化和随后的蛋白酶体降解至关重要，该因子通过调节相关基因来控制氧感应和缺氧反应。通过靶向VHL蛋白来中断这种相互作用将导致HIF‑1α存活并诱导缺氧反应。Ciulli研究小组以HIF‑1α结构为指导，报道了一系列基于噻唑的VHL抑制剂的开发，这些抑制剂与天然底物共享羟基脯氨酸骨架，并带有噻唑环。左侧部分的优化产生了两种有效的噻唑基VHL底物，带有乙酰胺基的VH032和带有氰基环丙烷基团的VH298。
PROTAC的连接
烷基和聚乙二醇(PEG)链是降解剂构建中最常用的连接部分，因为它们易合成、并且容易修饰。此外，改变 PEG和烷基可以控制一些物理特性，如亲脂性和拓扑极性表面积(TPSA)，从而影响溶解度、细胞通透性，进而影响口服吸收。哌嗪或哌啶连接可以降低亲脂性和代谢清除率，并提供分子刚性以增强三元复合物的生物活性构象。三唑连接不仅具有简单地促进PROTAC合成的优势，而且它们还可以被设计来调节物理性质，或发挥新的分子间相互作用以稳定三元复合物。炔烃和芳香族连接提供构象限制和pi堆积相互作用。酰胺连接具有更高的刚性，可以增加细胞对PROTAC分子的摄取。然而，肽连接使PROTAC易被蛋白酶水解。
PROTAC的临床进展
下图对目前PROTAC的临床实验进行了汇总，包括临床阶段，靶点，适应症，给药方式。数据来源于ClinicalTrials.gov网站。
参考文献doi: 10.1016/j.ejmech.2024.116717
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