双配体 PROTACS 介导卓越的体外靶蛋白降解和体内治疗功效
文摘
2024-10-23 18:32
北京
近日，来自根特大学的Olivier De Wever和Bruno G. De Geest在Chemical Science上发表了一篇文章，提出了双配体PROTACs的概念，旨在通过同时引入两个靶蛋白配体和两个E3连接酶配体，在细胞内形成高亲合力、长寿命的三元复合物，增加半衰期同时提高降解效率，解决传统PROTACs存在的一些挑战。![]()
为了验证这一想法，作者首先设计了一条基于L-天冬氨酸为核心的合成路线，选取了BET蛋白靶向配体（JQ1）与E3连接酶配体（Cereblon和VHL），通过铜催化的叠氮-炔环加成（CuAAC）反应将两个二聚体连接起来，形成双配体PROTACs。研究者合成了多种双配体PROTACs，并对其降解效率和细胞毒性进行了广泛的测试。![]()
在体外实验中，双配体PROTACs相比于传统单配体PROTACs，显示出高达十倍的降解效率提升，并在多种癌细胞系中展现了高达百倍的细胞毒性增强。此外，双配体PROTACs在细胞中的降解效果持续时间较长，在洗去药物后的60小时内依然保持靶蛋白降解作用。作者使用了HEK293、A549等细胞系，测试了这些双配体PROTACs对BRD2、BRD3、BRD4蛋白的降解效果。在低浓度下（0.1 μM 和 1 μM），双配体PROTACs展示了远超单配体PROTACs的降解效果，而在较高浓度下（10 μM），由于所谓的“钩效应”，降解效果有所下降。![]()
此外，实验表明双配体PROTAC在二维和三维细胞培养中都表现出更强的抑制作用。尤其是双配体VHL介导的PROTAC（2J2V）在A549细胞系和类器官模型中的代谢抑制作用更强，优于CRBN介导的PROTAC（2J2P），这表明其在更复杂的肿瘤微环境中具有更好的抗癌效果![]()
为了进一步验证双配体PROTACs的优越性，研究者在小鼠模型中测试了其抗肿瘤效果。与传统的单配体PROTACs相比，双配体PROTACs2J2V在抑制肿瘤生长方面表现出更强的治疗效果，特别是在0.5 mg/kg的高剂量下。肿瘤体积的减少与体重变化之间的关系显示了双配体PROTACs的良好耐受性和药物安全性。![]()
A549细胞在处理了10 nM的2J2V或MZ1后，进行蛋白质组定量分析，发现2J2V降解的蛋白主要是BET家族蛋白（BRD2、BRD3和BRD4），且降解效率显著高于MZ1。与MZ1相比，2J2V显示出更强的特异性和选择性，尤其是在BET蛋白的降解上，表明双配体PROTAC具有更高的蛋白质降解能力和选择性![]()
双配体PROTACs通过其独特的设计理念，展示了比传统PROTACs更优越的靶蛋白降解效果，尤其是在癌症治疗中的应用潜力。这一研究表明，通过设计多价结构，可以显著提高PROTACs的蛋白降解效率，并改善其药代动力学性质。尽管目前双配体PROTACs在某些情况下可能导致E3连接酶的自我降解，但这一挑战可以通过进一步优化配体设计来克服。未来的研究可以进一步扩展双配体PROTACs的应用范围，开发出针对更广泛靶标的蛋白降解工具。
