近年来,CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体,不仅可以用作E3连接酶配体来设计合成PROTACs,也可以用来设计分子胶降解剂,在PROTACs和分子胶领域中起着非常重要的作用。PROTACs最常用的E3连接酶是VHL和CRBN,而基于CRBN的PROTACs相对基于VHL的PROTACs来说在口服吸收方面处于更合适的化学空间,多个基于CRBN的PROTACs进入临床研究,包括最著名的两个化合物ARV-110和ARV-471,其中ARV-471已经进入三期临床。目前PROTACs和分子胶主要使用的CRBN配体仍然是免疫调节抑制剂,如来那度胺(Lenalidomide),沙利度胺(Thalidomide)和泊马度胺(Pomalidomide)。但是这些化合物都会存在一些缺陷,如易消旋和易降解neosubstrate等,所以人们一直在开发新型的CRBN配体。靶向蛋白质降解剂靶向蛋白质降解剂,包括分子胶和异型双功能降解剂如蛋白水解靶向嵌合体(PROTACs),是一类快速发展的药物,利用内源性蛋白质降解过程来靶向以前“不可治疗”的蛋白。分子胶与PROTACs具有不同的特性。分子胶是一种小分子,它们与各种难以预测的靶蛋白相互作用,通过诱导和增强两种蛋白质的相互作用显示出不同的生物活性,否则两种蛋白质之间不会显示出内在的亲和力。PROTACs是由两个部分组成的二价分子,一个与靶标蛋白(POI)结合,另一个与E3连接酶结合,通过连接子连接(图1)[1]。 图1. PROTACs和分子胶区别但是分子胶和PROTACs也有相似性,它们都通过E3连接酶使蛋白降解,PROTACs最常用的E3连接酶是VHL和CRBN,而基于CRBN的PROTACs在口服吸收方面处于更合适的化学空间,它们的MW可以降至700以下,并且具有合理的药物亲脂性和降低的HBD/nRotB数量(图2)[2]。目前为止发现的分子胶涉及的E3连接酶都是CRBN,所以CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体。 图2. E3连接酶配体根据法则5(Ro5)进行比较分子胶分子胶是目前唯一的获批上市的降解剂药物,目前被批准上市的分子胶药物有来那度胺(Lenalidomide),沙利度胺(Thalidomide)和泊马度胺(Pomalidomide)。它们被称为cereblon(CRBN)E3连接酶调节剂(CELMoD)或者免疫调节药物(IMiDs),与CRBN结合,CRBN与 DDB1 (damaged DNA binding protein 1)、Cul4A (Cullin 4A)、ROC1 形成 E3 泛素连接酶复合物(CRL4),CRBN作为底物受体并结合一些蛋白质,促进其泛素化和蛋白酶体依赖性蛋白水解,如CK1-a和Ikaros (IKZF 1)/Aiolos (IKZF 3)等(图3)[3]。图3. 分子胶的降解机制除了已上市的三种药物之外,还有多种进入临床研究,如临床II期的CC-90009,CC-92480和CFT-7455等,具体见图4。图4. 进入临床和上市的分子胶基于CRBN的PROTACsPROTAC是近几年研究非常火热的一门新兴领域,基于CRBN的PROTACs通过招募CRBN复合物靠近靶标蛋白,使靶标蛋白多泛素化,从而被蛋白酶体降解(图5)。图5. 基于CRBN的PROTAC dBET1的结构与作用机制多个基于CRBN配体的PROTACs已经进入临床研究,包括最著名的两个化合物ARV-110和ARV-471,其中ARV-471已经进入三期临床(图6)。图6. ARV-110和ARV-471的结构新型CRBN配体目前PROTACs和分子胶主要使用的CRBN配体仍然是免疫调节抑制剂,如来那度胺,沙利度胺和泊马度胺。但是这些化合物都会存在一些缺陷,如易消旋和易降解neosubstrate等,所以后续人们也研发了一些新型的CRBN配体。最新的AACR会议上,已经有一批公司使用新型CRBN配体,包括Arvinas公司的第二代AR降解剂ARV-766,C4公司的BRD9 降解剂CFT8634和BRAF V600E降解剂CFT1946,以及Kymera的IRAK4降解剂KT474(图7)。图7. 基于新型CRBN配体的PROTACCC-122(avadomide)也具有抗癌和免疫调节活性。有两个课题组分别采用了CC-122的类似物用于PROTACs的设计中,如图8所示,Nurix公司在他们的专利中(WO 2021113557)发表了一类BTX降解剂,另外也有一个韩国课题组也将他们研发的CRBN配体用在BRD4的降解上,设计了化合物TD-428。在前列腺癌细胞22Rv1中可以有效地降低BET蛋白,下调C-MYC,抑制细胞增殖[4]。图8. 基于CC-122类似物的PROTACs美国圣裘德儿童研究医院(St. Jude Children’s Research Hospital)在国际期刊Angew. Chem.和ACS Med. Chem. Lett.报道了他们的新型CRBN 配体Phenyl-Glutarimides(PG),可以显著提高化学稳定性而不影响CRBN的结合活性。并且将PG与BRD4的小分子抑制剂结合设计了PROTACs。Phenyl glutarimide可以作为一个备选的CRBN 配体,它具有更高的配体效率,显著提高化学稳定性,细胞活性和容易合成等优点。把它作为E3配体合成的BET PROTACs在MV4-11和HD-MB03细胞系中具有很好的降解活性,其中最优化合物4c在MV4-11细胞系中IC50 = 3 pM, DC50 = 0.87 nM (D max = 99%)[5]。随后该课题组又运用这个配体研发出一种JAK2/3 PROTACs,与经典的IMiDs相比,SJ10542可以降低对GSPT1的降解活性,减少脱靶效应(图9)[6]。图9. 化合物4c和SJ10542的结构天津大学发表了发现了一类新型CRBN配体,在苯环与glutarimide之间用酰胺键相连。通过TR-FRET实验测试了这些化合物对CRBN的结合能力,这3个化合物(YJ1b,YJ2c,YJ2e)均表现出了较好的结合能力[7]。除此之外,Dana-Farber 肿瘤研究所的Nathanael Gray小组在2篇专利(WO 2020/006233 A1, WO 2020/006265)中也报道了类似的结构,并且还将其用在溴结构功能域降解剂上(图10)。图10. 化合物YJ1b,YJ2c,YJ2e和BET PROTAC的结构王少萌课题组也发表了一系列三元环的新型CRBN配体,并将它们运用到多个靶点降解剂上。如AR降解剂495(WO 2021/055756),ER降解剂E453(WO 2022/187588),均具有较好地活性(图11)。图11. AR降解剂495和ER降解剂E453的结构小结靶向蛋白质降解剂,包括分子胶和异型双功能降解剂如PROTACs,是一类快速发展的药物,利用内源性蛋白质降解过程来靶向以前“不可治疗”的蛋白质,以及以新的方式确定药物靶向。PROTACs作为一个热门领域,近几年受到投资者和学术界广泛关注,除了PROTACs之外,也有很多其它相关的技术被发现,如LYTAC,CHAMP,ATAC,ATTEC,单价蛋白降解剂和AnDC等。PROTAC领域进展最快的是Arvinas的ARV-110和ARV-471,都是基于CRBN的PROTACs。目前为止发现的分子胶涉及的E3连接酶都是CRBN,所以CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体,关于CRBN的优化一直在进行,希望同时可以改善成药性和安全性。参考文献:1.Janet M. Sasso, Rumiana Tenchov, DaSheng Wang, Linda S. Johnson, Xinmei Wang, and Qiongqiong Angela Zhou, Molecular Glues: The Adhesive Connecting Targeted Protein Degradation to the Clinic, Biochemistry 2023, 62, 601−6232.Nicolas Guedeney, Marie Cornu, Florian Schwalen, Charline Kieffer, Anne Sophie Voisin-Chiret, PROTAC technology: A new drug design for chemical biology with many challenges in drug discovery, Drug Discovery Today d Volume 28, Number 1 d January 20233.Junichi Yamamoto, Takumi Ito, Yuki Yamaguchi and Hiroshi Handa, Discovery of CRBN as a target of thalidomide: a breakthrough for progress in the development of protein degraders, Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 62344.Kim, S. A.; Go, A.; Jo, S.-H.; Park, S. J.; Jeon, Y. U.; Kim, J. E.; Lee, H. K.; Park, C. H.; Lee, C.-O.; Park, S. G.; Kim, P.; Park, B. C.; Cho, S. Y.; Kim, S.; Ha, J. D.; Kim, J.-H.; Hwang, J. Y., A novel cereblon modulator for targeted protein degradation. 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