PROTAC 技術實現靶向降解 BTK
PROTAC（Proteolysis-targeting chimera）是新興的利用化合物降解靶向蛋白的方法 [2]。PROTAC 技術利用細胞內天然存在的蛋白降解途徑-泛素化蛋白酶體途徑（Ubiquitin proteasome pathway）來清除需要被降解的特異蛋白。細胞內結構或功能異常的蛋白通過一系列酶（泛素化酶 E1，E2，E3）的作用，被標記上多泛素化，隨之被轉移到蛋白酶體里進行降解 [3]。一個 PROTAC 分子包括兩個關鍵的結構域：與需要降解的靶蛋白特異結合的結構域、與 E3 泛素化連接酶結合的結構域，二者通過特定的連接子相連（如圖1）。PROTAC 分子通過上述兩個關鍵結構域將需要降解的蛋白與 E3 泛素化連接酶連接起來，從而實現靶蛋白的多泛素化和蛋白酶體降解。
圖1. PROTAC 技術示意圖
近期，有兩組科學家都利用 PROTAC 技術研制出了可以靶向降解 BTK 激酶的化合物，他們的研究成果分別發表在國際頂級期刊 PANS [4]和 Cell Research [5]。他們設計的靶向降解 BTK 的 PROTAC 分子結構如圖 2 所示，該 PROTAC 由結合 BTK 的配體、連接子（linker）和結合 CRBN（cereblon，E3 連接酶的重要組分，介導 E3與底物結合）的配體構成。
圖2. PROTAC 靶向 BTK 分子示意圖
Adelajda Zorba 團隊[4]設計了擁有不同長度的連接子的靶向降解 BTK 的PROTACs 分子，并用 WesternBlot 檢測了細胞水平 PROTACs 對 BTK 的降解效率，結果發現 PROTACs 分子在 1h 左右的時間即可開始對 BTK 有明顯的降解作用，且 BTK 的降解作用對 PROTACs 分子有明顯的劑量依賴作用（圖3）。
圖3. PROTACs分子降解BTK
此外，他們還研究了連接子的長度對于 PROTACs 分子與靶蛋白及 E3 連接酶結合形成三元絡合物的效率關系，發現在一定范圍內，較長的連接子對于三元絡合物的形成更有利（圖4）。
圖4. 不同 linker 長度對 BTK-PROTAC-E3 三元絡合物形成的影響
Yonghui Sun 團隊[5]設計的 BTK 特異的 PROTAC 分子不僅可以靶向降解野生型的 BTK 蛋白，同時也可以高效的降解對 Ibrutinib 耐受的突變型 BTK 蛋白（圖5），可以為 ibrutinib 耐受的 NHL 病人提供新的治療思路。
圖5. PROTAC 在多種細胞系中降解 BTK [5]
PROTAC 利用細胞自身的蛋白質降解機制-泛素化蛋白酶體途徑來靶向降解特定的蛋白，除了上述兩組科學家發表的成果，目前還在諸多其他蛋白（如BET、ER、AR等）的降解中取得了進展。此外，PROTAC 技術可以很好地解決很多不可成藥（undruggable）的靶點如轉錄因子等的靶向降解問題，在以后的靶向治療中將會發揮重要作用。
參考文獻
[1] Davis, R. E. et al. Chronic Active B-cell-receptor Signalling in Diffuse Large B-cell Lymphoma. Nature 463, 88–92 (2010).
[2] Carmony KC, Kim KB.PROTAC-Induced Proteolytic Targeting
Methods MolBiol. 2012;832:627-38.
[3] RoetenMSF,et al. Positioning of proteasome inhibitors in therapy of solid malignancies.Cancer ChemotherPharmacol. 2018 Feb;81(2):227-243.
[4] Zorba A, et al.Delineating the role of cooperativity in the design of potent PROTACs for BTK.Proc Natl Acad Sci U S A. 2018Jul 31;115(31):E7285-E7292.
[5] Sun Y, et al.PROTAC-induced BTK degradation as a novel therapy for mutated BTK C481S induced ibrutinib-resistant B-cell malignancies.
Cell Res. 2018Jul;28(7):779-781.
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