随着分子胶和异双功能 PROTAC 药物的临床推进，催生靶向蛋白质降解进入以往从未探索的靶点和新兴疾病领域。近日，在《Nature Reviews Drug Discovery》上刊登了一篇题为 "Protein Degraders Push into Novel Target Space" 的评论文章。这篇文章深入探讨了蛋白降解技术的最新进展，展示了它们如何突破传统的靶点限制，成功靶向之前无法成药的疾病靶点，推动药物研发进入崭新疾病领域。
图片来源：Nature Limited
随着过去十年靶向蛋白质降解剂的发展，人们相信这些小分子将能够解锁以前难以成药的靶标。第一波分子胶和异双功能降解剂发展主要集中在已经过临床充分验证的目标上。第二次浪潮现在正在进入更新颖的靶标空间。
“我们正处于一场革命的风口浪尖，”百时美施贵宝 (BMS) 肿瘤学发现负责人Neil Bence说，该公司正在使用分子胶和配体定向降解剂来降解癌症和其他适应症中的新靶标。
不断增长的降解剂管线显示，传统上难以成药的靶标——包括转录因子、GTP酶和鸟嘌呤核苷交换因子 (GEF)——越来越触手可及（表 1）。
表 1 | 降解剂的靶标研发进展小结
这使得分子胶降解剂——重塑E3连接酶的小分子，使其用泛素标记靶标，将异常蛋白质分流到细胞的蛋白酶体回收系统——扩展到其肿瘤疾病之外的疾病领域。BMS 正在测试一种治疗镰状细胞病的转录因子降解胶，而 Monte Rosa 已将其针对 VAV1 的 GEF 降解剂推进到临床治疗自身免疫性疾病。
异双功能降解剂(PROTAC)——较大的哑铃状分子，其一端结合感兴趣的靶标，另一端结合E3连接酶——也在新的靶标中取得进展。例如，Kymera 正在开发一种针对免疫介导转录因子 STAT6 的一流降解剂，而 BMS 和 Arvinas 都在研究致癌转录因子 BCL6。
美国癌症研究所蛋白质降解中心主任 Zoran Rankovic 对这一进展感到鼓舞。他解释说，如果针对先前药物靶标的降解剂能够胜过已批准的抑制剂，那么它们可能会给患者带来福音。但大多数人类蛋白质组仍未成药，降解者更大的机会是突破这些界限。
他补充道，这个领域还有很长的路要走。分子胶降解剂的发现仍然主要局限于偶然发现的靶标，而异双功能降解剂仍然受到配问题和合理设计限制的限制。但研究人员正在整个降解剂研发方面取得进展。“这是一种真正兑现其承诺的营销，”。
1. 旧分子胶与新靶点
过去 10 年，人们对靶向蛋白质降解剂的兴趣激增，目前已有数十家公司涉足这一领域。虽然异双功能药物发现公司的发展速度更快，但分子胶降解剂生物技术的队伍也在不断壮大——尤其是在该领域对 FDA 批准的骨髓瘤药物来那度胺和相关免疫调节药物 (IMiD) 如何结合和重塑 E3 的了解的推动下连接酶 cereblon 泛素化转录因子 IKZF1 和 IKZF3。研究人员很快意识到，其他小分子分子胶也可能能够重塑cereblon以靶向其他靶标。
然而，第一个进入临床的项目所针对的靶标也被来那度胺降解。例如，现在隶属于 BMS 的 Celgene 公司通过来那度胺类似物研究，迅速发现并优化了CC-92480 （美齐格多胺，mezigdomide），以降解 IKZF1 和 IKZF3。该药物目前正处于治疗骨髓瘤的 III 期开发阶段。激酶 CK1α 是另一个容易实现的靶标，可被来那度胺降解。
另一个重要靶点是 GSPT1，这是一种 GTP 酶，研究人员在对 cereblon 和来那度胺类似物进行免疫沉淀测定时将其拉了下来。GSPT1 帮助蛋白质制造机器脱离合成完全的蛋白质，并且它的阻断会杀死细胞——尤其是快速生长的癌性细胞——为之前未成的 GTPase 靶标创造了肿瘤的临床应用。BMS 于 2016 年首次将其 GSPT1 降解剂 CC-90009 推向临床，但后来因未公开的原因终止了该分子胶。
Janus Drug Discovery 的顾问、之前为Amphista 和 GSK 的降解剂开发的研发人员 Ian Churcher警告说：“GSPT1 降解会导致全局蛋白质翻译停止，许多不良事件可能与之相关。” “这都是关于治疗指数的”。
在BMS，这意味着使用抗体-分子胶偶联物更好地将降解剂递送至癌细胞。其 BMS-986497 并购自 Orum Therapeutics，由附着在 CD33 靶向抗体上的 GSPT1 降解胶组成，可精准靶向恶性 B 细胞。
“为了提高 GSPT1 降解的功效和耐受性，抗体偶联复合物方法将是理想的，”Bence 说。“我们很高兴看到这种方法的表现如何。对于降解剂-抗体偶联物来说，现在确实是一个令人兴奋的时刻。”
BMS 还开发了一种胶降解剂通过降解一种转录因子，来治疗镰状细胞病的另，但尚未透露靶目标。。
诺华公司今年报道称，一种基于 cereblon 的胶降解剂以转录因子 WIZ为目标，可以提高小鼠和灵长类动物的胎儿血红蛋白水平，展示了分子胶在镰状细胞病中的用途。
2. 靶标扩张
Monte Rosa 是 GSPT1 的另一个早期推动者，开发了 MRT-2359。迄今为止的临床数据表明，这种分子胶对于MYC 驱动的实体瘤患者具有可行的治疗指数和可耐受的安全性。
然而，随着该公司建立了降解平台，更广泛的靶标也出现了。其中第一个是 VAV1。“我确信大型制药公司的每个免疫研究小组在过去 10 到 20 年的某个时候都曾关注过这个靶标，”Monte Rosa 首席执行官 Markus Warmuth 说道。“这似乎是一件完美的事情。”
VAV1 是一种 GEF，有助于从 GTPase RAC 卸载 GDP。越来越多的数据表明，通过激活 RAC 信号传导并充当其他信号传导蛋白的支架，将 GEF 与 B 细胞和 T 细胞信号传导联系起来。几十年前被批准用于治疗类风湿性关节炎的免疫抑制剂硫唑嘌呤（azathioprine）可将 RAC 锁定在非活性状态，从而达到与 VAV1 抑制类似的效果。但是，尽管研究人员推测 VAV1 抑制可以带来独特的好处，但该蛋白质缺乏明确定义的结合袋，并通过蛋白质-蛋白质相互作用发挥作用，使其成为医学转化的噩梦。
最新报道，诺华22亿美元收购了Monte Rosa的这款VAV1分子胶，剑指自免千亿市场。参考:
22.5亿美元！诺华青睐的VAV1分子胶长啥样？市场前景如何？
Monte Rosa 与分子胶领域的其他公司一样，经常使用无偏见的筛选来找出其化合物库中可以降解的成分，希望能够出现一种与治疗相关的蛋白质。“蛋白质组学方法在识别新靶标方面确实非常有用，”该公司的 CSO Sharon Townson 补充道。但该公司还使用其化合物库针对感兴趣的靶标筛选，以其分子胶可以结合的表面类型来指导的方式。她补充道，VAV1 项目源于这些方法的结合。
“当我们第一次看到蛋白质组学时，它几乎没有统计学意义，”Townson说。但她说，该团队的结构生物学家预测 VAV1 的一个结构域与 GSPT1 具有表面拟态性，所以他们坚持了下来。“最后，我们发现这种从化合物文库筛选开始的化学反应非常好。从一开始，这几乎就像hit分子一样的化学物质。”
Townson 补充道，由此产生的 VAV1 降解剂 MRT-6160在各种自身免疫性疾病的动物模型中具有临床前疗效，在某些情况下其效果与标准治疗的 JAK 抑制剂和 1-磷酸鞘氨醇受体调节剂相当。Monte Rosa 刚刚在健康个体中开始了 MRT-6160 的 I 期试验，并计划未来在自身免疫性疾病中进行试验。
此外，VAV1 案例说明了靶标扩张如何推动了分子胶降解剂前沿进展。转录因子 IKZF1 和 IKZF3 是典型的cereblon新底物，并依赖 G 环降解决定子与cereblon结合。Rankovic 指出，数百种转录因子具有含有 G 环的 C2H2 锌指（包括 IKZF2 和 WIZ），提供了丰富的潜在靶点。但非转录因子蛋白（如 GSPT1 和 CK1α）中的cereblon新底物携带 G 环降解决定子，这使它们也处于 IMiD 的范围内。尽管 VAV1 没有 G 环降解决定子，但它结构看起来很像 GSPT1，因此属于范围之内。
“当我们识别出新颖的结合表面时，我们可以问‘还有什么看起来像这样？’”Townson说。“这还不是一个完美的过程，但我们作为一家公司确定了许多新颖的结合模式，这有助于我们进一步进入新型靶标空间”。
Townson 及其同事最近在预印文献中预测，来自许多目标类别的 1,600 多种蛋白质可能已经可以被 cereblon 结合胶降解(超链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.07.616933v1 )。
3. 蛋白降解剂的当前机遇
然而，扩展分子胶降解剂的空间仍然需要很大的运气。“最常见的情况是，人们正在进行无偏差的筛选，发现新的蛋白质，然后说，‘啊，有趣。让我们研究它吧”，Kymera Therapeutics 首席执行官 Nello Mainolfi 说道，他同时研究分子胶和异双功能降解剂。
Rankovic补充道，这种思维方式有助于探索新的靶标，特别是考虑到大多数蛋白质仍未成药。“现在，我认为分子胶让我们有更好的机会识别新的靶标，”他说。
但这与靶标优先的分子胶发现方法相去甚远。“有许多公司声称他们正在利用合理设计的分子胶，但仍然需要看到真正的数据，” Churcher说。“真正将分子胶应用于整个蛋白质组将是一个漫长的旅程。”
朝这个方向发展的一种方法可能是招募其他 E3 连接酶。人体使用 600 多种 E3 连接酶来回收蛋白质，但药物发现中主要与 cereblon 作用。Warmuth 说：“为什么没有其他连接酶能够针对如此多种不同的蛋白质？”他解释了为什么 Monte Rosa 仍然致力于基于 cereblon 的降解剂。
SEED Therapeutics 是那些仍在努力研究其他 E3 连接酶的公司之一。其主导项目利用 DCAF15 连接酶来降解剪接因子 RBM39。SEED 总裁兼 CSO James Tonra 补充道，该计划建立在超过 25 年的芳基磺酰胺小分子研究基础之上。1999年，卫材报告称，其indisulam会阻碍癌细胞的细胞周期进程，导致该药物作为化疗候选药物的开发尝试失败。2017年，研究人员报告称，此类药物实际上通过重塑DCAF15以泛素化RBM39（一种调节mRNA前体剪接的蛋白质）来发挥作用。凭借对 RBM39 生物学的更好了解，SEED 计划于明年将优化的 RBM39 降解剂推向临床。
SEED 的更广泛方法是首先寻找所选靶标与 E3 连接酶之间的弱相互作用，然后寻找可以增强这种相互作用的小分子。SEED 的公开管线中有 9 个临床前项目，这些项目都不依赖 cereblon 或 VHL。只有RBM39程序使用DCAF15。“数据让我们相信，如果已经存在具有一定泛素化程度的相互作用，您可以加强它并提高泛素化程度，”他补充道。
Rankovic认为这种方法有其优点。作为潜力的进一步证明，他指出最近的一份预印本确定了一种 KRAS 降解剂，该降解剂通过将癌基因粘合到其天然 E3 连接酶 Nedd-1 上来发挥作用。将会看到越来越多的这样的方法，最终，人类基因组中的每种蛋白质都可以通过这种方法获得，因为大多数蛋白质都是某种降解或回收过程的底物。”
4. 蛋白降解剂长期展望
异双功能降解剂也正在推进新型的靶标。这些药物的早期被认为是它们可以用来破坏几乎任何药物化学家可以结合配体的靶标。但大多数首批进入临床的项目都是针对被下药的目标。第一个进入临床的 PROTAC 靶向治疗前列腺癌的雄激素受体 (AR)，并且至少有 5 个其他 AR 靶向降解剂已跟进进入人体试验。
Rankovic 说，这种关注已验证靶标，而不是新靶标的趋势可能是由“技术风险”和“生物机制风险”之间的权衡所驱动的。异双功能分子又大又笨重，PROTAC 先驱们希望证明这些笨拙的分子仍然是可行且安全的药物。值得庆幸的是，我们发现对于一些临床化合物，并且很难确定剂量限制性毒性。这确实令人着迷，而且非常有前途。但功效数据不太令人信服。
就前列腺癌而言，恩杂鲁胺等已获批准的 AR 拮抗剂在癌细胞上调雄激素或 AR 表达后失去活性。研究人员推测，一种具有催化活性的蛋白质降解药物即使在这种情况下也应该能够抑制 AR。但药物开发商仍在寻找这种功效优势。Arvinas 已经停止了其曾经领先的 AR 降解剂 bavdegalutamide (ARV-110) 的开发工作，今年初，诺华公司获得了该公司更好的 AR 降解剂 ARV-766 的权利。
“早期的数据并没有真正按照该领域想要的方式发挥作用，并且它已经使该领域的风向减弱了一些，”Mainolfi说。“人们开始质疑蛋白质降解是否真的是一项变革性技术。我的回答一直是，这取决于你追求的靶标”。在 Kymera，这意味着承担更多的生物机制风险。Mainolfi 解释说：“我们的目标始终是寻找以前未曾上市的靶标，其中蛋白质降解将为解锁新的靶标提供技术解决方案”。他补充说，这样做可以同时降低生物机制风险。Kymera 进入临床的第一个项目针对的是 IRAK4，这是一种众所周知且已成药的炎症 IL-1 通路中的激酶。药物开发商怀疑 IRAK4 靶向药物也可能具有实用性，但几种小分子激酶抑制剂未能证明这种潜力——可能是因为该蛋白质还充当介导炎症信号传导的复合物的支架作用。Kymera 的IRAK4 降解剂KT-474 目前正处于 IIb 期试验，测试阻断 IRAK4 的激酶活性和支架生物学是否会产生一种可上市的药物。
Kymera 的下一个临床进入者是名为 KT-621 的 STAT6 降解剂，再次提高了新颖性。“过去 10 年来，STAT6 一直是免疫学的圣杯，”Mainolfi 说。“但没有人认为这个靶标可以成药”。
STAT6 转录因子位于 IL-4Rα 受体的下游，调节过敏免疫信号。赛诺菲和再生元的 IL-4Rα 靶向抗体 dupilumab (Dupixent) 已证明在湿疹、哮喘和慢性阻塞性肺病等疾病中调节该通路，并且该注射抗体已成为目前全球最畅销的免疫学药物。但 Mainolfi 表示，STAT6 降解剂可以提供相同的功效，并且还可以作为口服药剂使用。“这可能是第一个口服药物不必影响疗效的免疫学项目，”他补充道。KT-621 将于今年晚些时候在健康志愿者中进入 I 期试验。
5. PROTAC 未来前景
截至目前，Kymera 尚未透露有关 KT-621 结构的一些细节。“它是一种皮摩尔降解剂，具有极高的选择性，并且比单克隆生物制剂更有效，”Mainolfi 说。一旦该公司公开了该药物的结构，一个关键问题将是它如何以及在何处与 STAT6 转录因子结合。
转录因子很难进行药物治疗，因为它们没有深层的活性口袋，而是通过蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA 相互作用来控制基因表达。在异双功能淘金热的早期，化学家希望这些降解剂能够很好地对抗这些类型的目标。该理论认为，即使是浅沟的弱结合剂也足以触发三元复合物的形成和泛素化。但这种希望并没有实现，或者说旧很难。
相反，降解剂开发人员仍然需要良好的粘合剂作为合理设计的起点。通常，这意味着是已知的抑制剂。在 PROTAC 的早期，你必须从靶标抑制剂开始，而且仍然有很多公司使用现有的抑制剂来制造 PROTAC。
毕竟，新的配体很难获得。Mainolfi 回忆道，2016 年，Kymera 着眼于大约 30 种无配体的转录因子作为可能的降解靶点。传统的药物发现技术已经无法针对这些靶标，因此 Kymera 与合作者进行DNA 编码库来执行进行筛选，但他们没有受到任何命中分子。“看来这是不可能的事情。说实话，我认为我们必须放弃，”他说。
相反，Kymera 建立了内部筛选平台。“我们不会采取地毯式轰炸的方式。我们选择我们要寻找的靶标，然后对它们进行筛选以寻找活性分子，”Mainolfi 说。“我们在过去 2 到 3 年中进行的所有转录因子筛选都取得了成功，”他补充道。
Kymera 在此过程中学会了优先考虑中性或无功能配体来结合其感兴趣的靶标。“我们公司内有很多例子，我们使用完全变构的、无活性的蛋白质结合剂，”他补充道。“我强烈地感觉到这个领域将会朝这个方向发展”。
与此同时，在 BCL6 方面，研究人员报告了这种备受关注的致癌转录因子的各种配体和小分子抑制剂。之前，这些都还没有公开推进到临床。因此，Arvinas 和 BMS 的 BCL6 降解剂是该靶点的首次进入临床 I 期测试。
Churcher说，扩大 PROTAC 靶标领域的另一种方法可能是采用更大的靶标结合弹头。异双功能降解剂曾经被药物化学家视为一个超大且难看的哑铃结构而嗤之以鼻，但甚至更笨拙的三管齐下的三价和十字形四价降解剂现在也出现在了文献中。他补充道，目前分子量超过 2,000 kDa 的降解剂已被证明在细胞中发挥良好作用，提供“合理的体内药代动力学”。他补充道，采用这种方法的公司可能不得不放弃口服生物利用度，但注射开发候选药物总比根本没有候选药物要好。
