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自2001年首个PROTAC概念性分子问世，到2020年靶向雄激素受体（AR）和雌激素受体（ER）的PROTAC药物在癌症患者中完成临床概念验证（POC），该领域已实现从理论到临床的跨越，并进入快速发展阶段。 如今，PROTAC技术相关研发管线已在全球各类药企中广泛布局，标志着这一技术不仅是强大的新型工具，更代表药物研发范式的根本性转变。 2022年1月，PROTAC技术的奠基人之一、耶鲁大学教授Craig M. Crews与合作者在Nature Reviews Drug Discovery上发表了该领域的系统性综述。该文章堪称PROTAC研究的里程碑之作，仅从文章官网页面显示，其访问量已突破36万次；发表三年来，被引频次近2500次，持续引领领域发展方向。 1. 背景概述 靶向蛋白质降解技术因其在调控传统小分子难以靶向的蛋白质方面展现出治疗潜力，正受到广泛关注。部分靶点因活性位点呈宽阔平坦的囊状结构而难以被小分子结合；另一些则因表面过于"光滑"，缺乏小分子的结合位点。尽管这些靶点对传统小分子抑制剂具有抗性，但由于它们在癌症等疾病中发挥关键作用，仍是治疗研发的重要目标。 蛋白降解靶向嵌合体作为TPD领域的主要分子类型，是一种异双功能小分子。其结构由连接子连接两个配体构成：一个配体识别并结合靶蛋白，另一个配体则招募E3泛素连接酶。当PROTAC分子同时结合靶蛋白与连接酶时，可诱导靶蛋白发生泛素化修饰，进而被泛素-蛋白酶体系统降解，而PROTAC分子自身可循环作用于下一个靶蛋白（图1）。这种催化式的作用机制和事件驱动型药理学特性，使PROTAC与传统抑制剂形成鲜明对比——后者与靶蛋白呈一对一结合关系，其药效取决于化学计量比，且通常作用于催化位点。 除PROTAC外，靶向蛋白质降解领域还存在其他重要类型。基于沙利度胺及其类似物意外发现的分子胶技术是另一重要治疗策略。尽管分子胶不具备PROTAC的异双功能结构，但能通过增强连接酶与潜在底物间的蛋白质相互作用来促进靶蛋白泛素化。 自首个小分子PROTAC文献发表二十年来，该技术已从学术界走向工业界。目前多家生物技术和制药公司公开了处于临床前及早期临床开发阶段的项目。2019年首批PROTAC分子进入临床试验，2020年针对雌激素受体和雄激素受体这两个成熟癌症靶点首次获得临床概念验证。在此成功基础上，TPD领域正蓄势攻克"不可成药"靶点及其他难靶向蛋白类型。 本文将简要回顾PROTAC发展二十年历程及TPD临床转化现状，随后重点探讨TPD治疗潜力的关键问题，并展望未来二十年推动该领域发展所需的核心要素。 2. TPD技术基础 泛素依赖性蛋白水解是细胞内蛋白质降解的主要途径，属于正常细胞代谢过程的重要组成部分。该途径通过三步酶级联反应标记靶蛋白，使其被蛋白酶体降解：首先由泛素激活酶（E1）启动，再经泛素结合酶（E2）传递，最后由泛素-蛋白质连接酶（E3）协调泛素分子向靶蛋白（底物）的转移过程。人类基因组编码超过600种E3连接酶，每种都对特定蛋白亚群具有识别特异性。 利用这一天然降解系统进行治疗开发的理念，源于早期对病毒和植物的研究。这些研究揭示了通过设计小分子药物劫持E3连接酶，并招募其降解靶蛋白的可能性。早期E3连接酶的研究聚焦两个方向：一是利用连接酶招募配体探究靶蛋白的生物学功能和表型，以此替代靶向抑制、基因敲除或敲降技术；二是探索工程化E3连接酶作为新型治疗手段，针对KRAS小GTP酶和MYC转录因子等传统小分子抑制剂难以作用的靶点。 首例全合成PROTAC分子（命名为Protac-1）的概念验证于2001年通过体外实验完成。该分子设计靶向甲硫氨酰氨基肽酶2（METAP2）——强效血管生成抑制剂卵圆孢菌素与烟曲霉素的作用靶点。Protac-1由两个功能域构成：卵圆孢菌素结构域，以及源自核因子κB抑制蛋白α（NF-κB1α，亦称IκBα）的十氨基酸磷酸肽段（可被E3连接酶β-TRCP识别）。在非洲爪蟾卵提取物中，Protac-1作为METAP2与β-TRCP之间的分子桥梁，成功引导连接酶对METAP2进行泛素化修饰。 随后发现的缺氧诱导因子1α亚基（HIF1α）肽段可与E3连接酶VHL结合，这一发现推动了具有细胞穿透能力的PROTAC分子的设计，成功实现了一系列靶蛋白的降解。从技术层面看，这些早期PROTAC现被归类为"生物PROTAC"，因其并非完全的小分子结构，而是包含针对E3连接酶的肽段配体。随着HIF1α肽段的小分子模拟物的发现，基于全小分子结构的PROTAC理性设计大门由此开启——例如首个基于溴结构域蛋白抑制剂JQ1设计、通过招募VHL来降解含溴结构域蛋白4（BRD4）的PROTAC。 在早期PROTAC分子发展的同期，研究证实E3连接酶CRBN是沙利度胺及其类似物来那度胺、泊马度胺的作用靶点，这些药物在癌症治疗中被称为免疫调节酰亚胺类药物。它们通过劫持CRBN来靶向降解IKAROS家族锌指蛋白1和3，现被视为分子胶技术的先驱范例。 此外，磺胺类药物indisulam（一种用于治疗实体瘤和白血病的小分子细胞周期抑制剂）被证明通过促进E3连接酶DDB1与CUL4关联因子15以及前mRNA剪接因子RBM39和相关剪接因子RBM23的相互作用，以类似机制发挥作用。 过去二十年间，PROTAC及其他靶向蛋白降解（TPD）分子广泛治疗潜力的证据，已从细胞裂解液和细胞培养研究拓展至动物及疾病动物模型研究。在此期间，TPD分子也从基于肽段的初始形态，发展为全合成、理性设计的小分子结构。尽管TPD作为治疗模式的探索仍处于早期阶段，但人们已认识到这种小分子治疗新范式可能相较于靶点抑制和基因组靶向技术（如小干扰RNA、反义寡核苷酸、短发夹RNA及基于CRISPR的基因编辑工具）具有独特优势，这激发了学术界和工业界探索其全部潜能的广泛兴趣。3 TPD临床转化现状 理性设计的靶向蛋白降解剂作为潜在人类治疗药物的时代始于2019年，随着两款异双功能降解剂——分别靶向雄激素受体（AR）的ARV-110（NCT03888612）和靶向雌激素受体（ER）的ARV-471（NCT04072952）——首次进入人体临床试验，标志着这一领域的正式启动。这两款降解剂目前均已进入二期临床试验阶段（表1），随后百时美施贵宝、Nurix Therapeutics、Kymera Therapeutics、Dialectic Therapeutics、Foghorn Therapeutics等公司也陆续推进了各自的降解剂进入临床研究。 此外，分子胶化合物的临床进展同样凸显了蛋白降解治疗模式的成熟。基于新基医药（现属百时美施贵宝）IMiD平台开发的CC-90009与CC-92480，以及C4 Therapeutics和诺华开发的分子胶化合物（表2），均体现了该领域在理解和利用蛋白降解机制方面取得的重大突破。这些新一代CRBN调节剂虽非异双功能结构，但通过针对特定治疗靶点（如IKZF1/IKZF3及G1至S期转换蛋白1）的工程化设计，以分子胶机制招募靶蛋白并引导其降解（专栏1）。 两大奠基性TPD模式（图2）：其—是基于新基/百时美施贵宝开创的IMiDs发现与理性设计平台，其二是基于Arvinas首创的E3连接酶招募剂与靶蛋白结合弹头理性配对的异双功能PROTAC概念与开发体系，共同成为推动TPD技术从实验室走向临床的关键催化剂。 4 降解剂靶点选择 新型CRBN调节剂的研发建立在沙利度胺类似物作用机制的基础认知之上。这类药物主要靶向IKZF转录因子家族，并可能作用于其他C2H2锌指转录因子及含有Gly-β-发夹环结构模体的蛋白质。与之形成对比的是，理性设计的异双功能PROTAC降解剂在研发之初便聚焦于特定的靶蛋白，这推动了该TPD方法在不同治疗靶点和疾病适应症中的快速扩展。 对于任何新型治疗模式而言，选择已知靶点对确立概念验证至关重要——这仅引入了一个变量（新模式本身），而非两个变量（新模式加新靶点）。因此，首波进入临床的异双功能降解剂（表1）主要聚焦于具有以下特征的蛋白质：其生物学和生化特性已得到充分研究，在未满足临床需求的疾病中具有经临床验证的作用机制，且针对该靶点的抑制疗法已显示临床疗效。乳腺癌中的雌激素受体和前列腺癌中的雄激素受体是此类靶点的典型代表。 5 PROTAC临床概念验证 2020年之前，关于异双功能降解剂分子仍有四个关键问题悬而未决： Ø它们是否具备类药性质？ Ø在人体中是否安全？ Ø是否能按预期作用于靶蛋白？ Ø是否具有治疗效果？ 2020年，ARV-110与ARV-471一期临床试验报告的初步积极数据，对所有四个基础问题均给出了肯定答案——这不仅关乎化合物本身，更对整个TPD领域具有重要意义。鉴于这些发现对TPD模式的重要性，我们在此简要总结如下： 雄激素受体降解剂ARV-110在经历多重治疗的转移性去势抵抗性前列腺癌患者中进行了评估。该一期试验（NCT03888612）为PROTAC降解剂提供了极佳的测试案例，因为雄激素受体是前列腺癌的明确驱动因子，且mCRPC患者（特别是这部分经多重治疗的患者）由于对前列腺癌主流治疗抗雄激素疗法不敏感或产生耐药，治疗选择非常有限。初期试验数据显示ARV-110在高达420mg剂量下耐受性良好。数据还证明了ARV-110能在肿瘤中介导靶蛋白降解——这是PROTAC分子在人体中的首次此类证据——并通过前列腺特异性抗原水平降低和/或实体瘤疗效评价标准显示出早期抗肿瘤活性迹象。这些数据支持ARV-110的持续开发，二期ARDENT试验已于2020年10月以420mg剂量启动。 ARV-471作为一种雌激素受体降解剂，作为单药疗法进入临床试验，用于治疗ER+/HER2−局部晚期或转移性乳腺癌患者。中期数据显示ARV-471具有可控的耐受性特征和强劲的临床疗效信号：在经多重治疗的患者群体中实现42%的临床获益率，且在相同研发阶段相比氟维司群及其他临床阶段选择性雌激素受体降解剂表现出更优的雌激素受体降解效果。该药物目前已作为单药进入转移性乳腺癌二期试验（VERITAC；NCT04072952），同时已启动一项Ib期研究评估ARV-471与CDK4/6抑制剂帕博西尼的联合疗法。Arvinas与辉瑞正共同开发ARV-471用于治疗ER+/HER2−转移性乳腺癌。 这两款PROTAC降解剂在两个截然不同的患者群体中展现出早期但强劲的临床特性——包括理想的安全性、有效的暴露量、临床疗效迹象以及对患者的实质获益——正在巩固该治疗模式的可行性。自其理论构想提出二十年后，截至2021年底至少已有15款靶向蛋白降解剂（包括异双功能PROTAC和分子胶）进入临床（表1、2），预计未来将有更多跟进。6 TPD未来二十年展望 除了当前进入临床试验及多家公司研发管线中的化合物，TPD领域在未来二十年可能且应该迈向何方？该领域仍面临哪些挑战与机遇？当这些挑战被探索和解决时，还能实现哪些突破？哪些新工具（E3连接酶、配体及靶向蛋白降解剂类型）可能对特定疾病产生效用？ 过去几年中，TPD背后的基础科学呈指数级增长并显著成熟。我们认为，这一TPD"新时代"的下一个里程碑将聚焦四个临床转化拐点： Ø通过临床验证明确界定哪些靶点类别更适合降解而非抑制； Ø扩展临床靶向应用的E3泛素连接酶范围以实现精准医疗； Ø将该模式临床适用范围拓展至肿瘤学之外； Ø在临床环境中验证超越IMiD和PROTAC的TPD模式。6.1 最适合降解的靶点特征 如上文所述，首批进入临床阶段的蛋白质降解剂主要针对经典药物靶点——这些靶点在疾病中的作用已获临床验证，且已有成熟的化学配体可供使用。对这些靶点的成功干预正在巩固PROTAC作为一种治疗模式的地位，并凸显这类分子通过降解而非抑制靶点成为同类最优药物的潜力。然而，该模式的真正前景在于攻克现有疗法难以干预或完全尚未成药的靶点。 迄今为止，针对细胞内靶点的传统小分子药物研发通常聚焦于开发高亲和力抑制剂，通过占据酶的活性位点或变构位点来阻断靶蛋白功能（占据驱动型药理学）。虽然这种策略极为有效，但仍导致大量潜在药物靶点处于未成药或未充分成药状态。PROTAC为靶点带来降解功能（事件驱动型药理学），摆脱了对活性位点的依赖，从而将"不可成药"靶点重新定义为"尚未成药"。 我们归纳的"PROTAC靶点核心特征"显示，最适合PROTAC治疗的靶点通常具备以下共性： Ø通过过表达、突变、聚集、亚型表达或定位异常等方式偏离自然状态，导致功能获得性致病； Ø存在可供E3连接酶接近的结合表面； Ø最好含有可进入蛋白酶体的非结构化区域。 对靶向治疗产生耐药突变的蛋白质、具有支架功能的蛋白质，以及其他治疗模式认为"不可成药"的蛋白质，同样可能成为PROTAC的理想靶点。早期PROTAC研究主要针对已有配体（如现成抑制剂）但仍存在明确未满足临床需求的靶点。现有配体未能完全惠及患者的常见原因包括抑制不彻底、治疗窗狭窄和选择性不足等。通过将配体整合进PROTAC分子——这类分子通常以迭代或"拟催化"方式工作，通过结合并促进连接酶与靶蛋白的相互作用——即使没有过量药物也能实现靶蛋白降解，从而产生更彻底的目标阻断效果和更宽的治疗窗。PROTAC还可能受益于E3连接酶与靶蛋白间的协同相互作用，这有助于提升效力与选择性。 尽管适合PROTAC的靶蛋白不需要酶活性位点，但仍需存在可供E3连接酶接近的小分子结合位点。若与恰当的E3配体结合，该位点不要求高亲和力配体，但通常需要中等亲和力（≥1-500 nM），且被招募的E3连接酶必须能接近结合位点附近的靶蛋白表面。实现这种结合亲和力常具挑战性，这促进了对替代型降解剂的研究。对于支架蛋白而言，配体结合位点的选择尤为关键，因为靶蛋白在特定复合体中可能仅部分暴露。通过靶向蛋白质复合体中的相邻蛋白实现靶蛋白降解（旁观者效应）或成为可能，这种方法对于降解表面深埋于复合体内部的支架蛋白或膜相关蛋白可能具有价值。 由于泛素-蛋白酶体系统位于细胞内部，细胞表面蛋白目前并非PROTAC治疗的最优靶标。但Bensimon等人通过dTAG技术证明溶质载体家族的多跨膜蛋白可被降解，对此观点提出了挑战。他们进一步开发出基于泊马度胺的PROTAC分子d9A-2，能降解SLC9A1蛋白（对其他SLC9家族成员也有较弱作用），通过UPS依赖性TPD机制导致多种癌细胞系pH稳态失衡和细胞毒性。最近，Wang等人在MC-38细胞中使用基于CRBN连接酶、搭载BMS-37弹头的PROTAC，成功降解了PD-L1（在细胞表面执行天然功能但在表面与胞质间循环的免疫检查点蛋白）。 虽然对靶蛋白的配体亲和力可以较低，但理想的E3连接酶配体应是具有缓慢解离速率的强效结合剂。与靶蛋白共价结合的PROTAC会失去迭代催化能力，而与E3连接酶共价结合的PROTAC则能将三体组装动力学简化为二元问题，从而提升催化效率。目前选择性蛋白质共价结合方法有限，但生物正交化学的进展有望开发出具有更长作用时间和更高催化效率的PROTAC分子。 总体而言，由于PROTAC分子的双功能特性，其理化性质通常超出"五规则"范围。该规则于20世纪90年代作为高通量筛选库构建指南被提出。然而，目前已开发出多款具有口服生物利用度但超出五规则参数的化合物。这些化合物通常具有更高的分子量和氢键受体数量，但同时也需特别关注氢键供体数、拓扑极性表面积、计算脂水分配系数以及亲脂效率等理化参数。短链连接子可用于调控PROTAC分子量和性质，但"连接子"的作用远不止连接靶蛋白与E3弹头并影响性质。连接子还能影响PROTAC的溶液构象和降解效率（DC50/Dmax），并调控E3连接酶与靶蛋白的相互作用以及靶蛋白在泛素化区域的呈现方式（图5）。 短连接子限制了E3连接酶与靶蛋白的结合方式，最终影响靶蛋白在完整E3-E2-泛素复合体中的构象匹配。为充分发挥PROTAC诱导的有利E3-靶蛋白相互作用，需要更多样化的可招募E3连接酶类型，下一节将对此展开讨论。 总体而言，理解靶点的"PROTAC适用性"至关重要，特别是当新兴靶点和已验证靶点需在传统小分子抑制与靶向蛋白降解疗法间进行选择时。为评估"可PROTAC基因组"（即PROTAC模式可干预的成药靶点比例），Schneider等人首次根据靶点被PROTAC分子降解的能力进行了系统性评估。他们的分析基于本文提及的多个蛋白质降解维度，包括靶点小分子结合剂的可得性、靶点内源性泛素化状态信息以及靶蛋白半衰期。该研究为着眼于蛋白质降解的未来潜在靶点提供了首份全面评估框架，可为蛋白质降解领域研究人员提供重要参考资源。6.2 扩展连接酶应用类型 近期披露信息显示，ARV-110与ARV-471均使用CRBN作为招募至各自靶标（AR与ER）的E3连接酶，以催化其泛素化及蛋白酶体降解。结合已确立的CRBN调节剂——如靶向IKZF1/IKZF3的IMiD类药物和靶向GSPT1的新一代CRBN调节剂——CRBN似乎正成为首波进入临床试验的TPD疗法的首选E3连接酶。值得注意的例外是Dialectic Therapeutics开发的BCL-xL降解剂DT2216，其使用VHL作为招募连接酶，目前处于一期临床试验阶段（表1）。 然而，受TPD治疗潜力的推动，过去几年学术界和制药业对UPS及E3连接酶的研究正迎来复兴开端，CRBN和VHL作为TPD初始"主力"连接酶的地位很可能被替代。人类拥有超过600种泛素E3连接酶可供探索，问题已不再是"是否"会有基于新型E3连接酶的TPD疗法问世，而是"何时"问世，以及将应用于哪些疾病？ 如前所述，降解剂发现主要汇聚于两条实现特定靶标降解的分子研发路径（图2）。第一条源于机遇性发现：特定化合物被证明能引起靶标降解，随后通过追溯研究确定负责降解的E3连接酶。例如已获批的IMiD类药物通过分子胶机制依赖CRBN降解IKZF1/IKZF3；先前进入临床试验的磺胺类药物现已被证明通过DCAF15降解RBM39，其分子胶机制在近期多个研究组通过精细结构生物学得以阐明。最新研究还发现一类独特的CDK12抑制剂（以CR8为代表）意外地能直接劫持DDB1作为E3连接酶降解细胞周期蛋白K。实际上，不仅CR8，通过四种不同筛选方法发现的四类化合物均表现出分子胶特性，能增强DDB1与CDK12的相互作用导致细胞周期蛋白K降解。这些发现提示，更多化合物（包括已获批或进入临床的药物）可能在其作用机制中具有迄今被忽视的降解剂功能。 降解剂发现的另一路径基于靶点驱动的理性设计，通过选定靶蛋白抑制剂与连接酶招募分子经连接子组合，实现连接酶与靶点的适配优化。VHL连接型、MDM2连接型及凋亡抑制蛋白连接型降解剂在临床前研究中的探索，以及招募CRBN的ARV-110、ARV-471等临床化合物均体现了这种PROTAC发现策略。此类PROTAC的模块化特性支持"连接酶切换"（即替换能提供最强降解效能和最佳理化性质的连接酶"手柄"），并可能利用具有独特特性的E3连接酶，为特定靶点或治疗场景带来优势。 这波理性的TPD疗法浪潮可能会继续沿用过去十年间经过降解剂验证的E3连接酶——主要包括VHL、CRBN以及潜在的IAPs。仅凭这少数几种连接酶，结合可转化为降解剂弹头的临床验证抑制剂，其应用范围已显得极为广阔。 因此，在细胞培养实验和疾病动物模型中，使用VHL或CRBN作为招募连接酶来生成并表征新型降解剂已成为常规操作。该模式的模块化特性及其对多种靶蛋白实现近乎即时降解的能力，使得这类基础降解剂能够被快速评估，并通过急性蛋白缺失在细胞中表征其功能。尽管小分子PROTAC在内源性环境中的应用受限于需具备可用配体的蛋白靶点，但Buckley等人开发了基于HaloTag融合蛋白的标记系统，可通过HaloPROTAC进行靶向降解；Nabet等人则建立了异源标记平台dTAG，该系统支持VHL和CRBN两种连接酶，可用于验证无配体或尚未获得配体的蛋白质作为降解靶点的可行性。HaloPROTAC、dTAG及其他降解概念验证策略（如AID系统）已在其他文献中获得详细综述，现已成为探索新治疗性靶蛋白时不可或缺的靶点验证工具。 6.2.1 开发新型E3连接酶的必要性 鉴于基于VHL、CRBN及其他已知配体E3连接酶的PROTAC降解剂表现优异，且PROTAC概念本身具有模块化特性，人们可能会质疑是否真有必要为TPD寻找和使用新型E3连接酶。我们认为，当前正是开发未探索E3连接酶用于蛋白质降解的成熟时机。虽然基于VHL和CRBN的PROTAC分子作为研究工具已实现常规化制备，但其临床前与临床开发仍面临挑战。 尤其在肿瘤学领域，治疗药物的耐药机制可能快速产生。这引发担忧：肿瘤细胞可能通过突变逃逸依赖非必需连接酶（如CRBN和VHL）的降解剂——根据DepMap中CERES评分定义，这些连接酶的基因组缺失或敲除对细胞活力或表型无明显影响。事实上，临床前研究已发现，使用CRBN或VHL靶向多类蛋白的降解剂会出现通过泛素连接酶组分突变或下调产生的耐药性。类似地，在多发性骨髓瘤临床治疗中，对泊马度胺和来那度胺等IMiD药物的耐药性已被证明包括靶蛋白（IKZF1/IKZF3）和CRBN连接酶组分的基因组改变。这些挑战为识别和开发替代性E3连接酶留下了探索空间。 认识到对新型E3连接酶的需求，自然引出一个问题：要有效利用E3连接酶进行TPD，需要理解它的哪些特性？从最基本层面看，泛素E3连接酶在靶蛋白与携带泛素分子的活化泛素E2结合酶（E2-Ub）之间发挥支架作用，通过同时结合这两种分子，催化泛素从E2活性位点半胱氨酸转移至靶蛋白的赖氨酸侧链。泛素连接酶通过多种机制实现这一催化过程；因此，人类基因组中600多种E3连接酶根据其采用的泛素连接策略分为不同类别。作为便捷的在线工具，结构基因组联盟开发的UbiHub数据库系统收录了UPS系统中的E3连接酶及其他蛋白质类别信息。 简而言之：E3连接酶主要分为三类： ØRING型：直接将泛素从E2酶传递给靶蛋白； ØHECT型：先将泛素接到自身，再转给靶蛋白； ØRBR型：结合RING和HECT两种机制。 其中，RING连接酶又分为：Cullin-RING连接酶（CRLs）：多亚基复合物，由Cullin支架蛋白组装，RING蛋白（如RBX1/2）负责结合E2-Ub，其他亚基（如CRBN、VHL等底物受体）负责识别靶蛋白；以及非CRL的RING连接酶。 此外，新研究发现RING和RBR连接酶还能协同作用，实现更精准的泛素化修饰。 总之，不同E3连接酶通过不同机制催化泛素转移，理解这些机制有助于在TPD中合理选择和利用E3连接酶，尤其是可模块化配对的CRL系统（如CRBN、VHL等）。6.2.2 找寻新型E3连接酶 E3连接酶的多样性与复杂性对TPD领域提出了两个关键问题：从何处开始寻找新型连接酶？哪些特性能使它们成为理想的新型PROTAC开发平台？我们认为，在寻求和开发适用于PROTAC的新型连接酶时，有几个值得探索的重要方向。 一个实用且有价值的途径是寻找像CRBN和VHL那样广泛表达、普遍存在的连接酶，它们可与任意选定靶标配对，并无限制地应用于多种治疗领域。目前，所有已报道的PROTAC仅使用了少数非特异性连接酶，这些信息已整合于在线数据库PROTAC-DB。 然而有趣的是，针对同一靶点，选择VHL与CRBN可能产生不同的降解效率，这在最初通过PROTAC靶向BCR-ABL融合癌基因的研究中已得到验证。因此特定连接酶可能对某些靶点具有更优的降解能力。近期针对内源性蛋白质研发时过度依赖单一连接酶的典型案例（亦具警示意义）是KRASG12C变体降解剂的开发——该研究得益于共价KRAS(G12C)抑制剂领域的突破性进展，包括安进公司近期获批的sotorasib及其他已进入二期试验的药物。Zeng等人最初基于KRAS(G12C)共价弹头ARS-1620与沙利度胺（作为CRBN招募配体）开发了共价PROTAC分子XY-4-88。虽然XY-4-88能降解GFP-KRAS(G12C)融合蛋白（因其与靶标共价结合而以非催化方式作用），但无法降解未标记的内源性KRAS(G12C)。后续研究发现XY-4-88能诱导CRBN-KRAS(G12C)复合体形成，却未引发多聚泛素化。相比之下，Bond等人基于MRTX849靶向弹头与VHL配体开发的共价VHL-KRAS(G12C) PROTAC（LC-2）能结合内源性KRAS(G12C)，诱导其多聚泛素化并通过20S蛋白酶体降解。两项研究结果的差异可能源于KRAS弹头结构、连接子设计及/或E3连接酶选择的不同。 KRAS是小分子蛋白（189个氨基酸），法尼基化后定位于质膜。其膜邻近性以及相对庞大的CUL4A-DDB1-CRBN-E2-Ub复合体（相较于较小的CUL2-ELOB-ELOC-VHL-E2-Ub复合体，图5）可能是影响因素。这些发现共同证明KRAS(G12C)可通过PROTAC机制特异性靶向，但靶向效果取决于E3连接酶的选择；该结论可延伸至使用非共价弹头靶向其他KRAS变体（如KRAS(G12D)或KRAS(G12D/G12V)）的非共价PROTAC，为未来治疗KRAS驱动型癌症提供了新策略。 同样地，基于早期关于激酶可降解性的研究，最近一项大规模激酶降解研究利用多种激酶抑制剂作为弹头，揭示了"可降解激酶组"以及不同E3连接酶在激酶降解谱中的多样性，这凸显了连接酶选择对靶向激酶降解的重要性。不同连接酶产生降解谱差异的驱动因素包括：其一，连接酶与靶点间的结构互补性；其二，连接酶与靶蛋白形成具有降解能力的三元复合体的能力。三元复合体形成是PROTAC分子作用必需步骤，但其形成程度可能因底物而异，即过于高效且紧密结合的三元复合体反而可能导致降解效率降低。三元复合体的协同性（衡量异双功能系统中三元复合体形成的指标）在PROTAC介导的连接酶-靶点配对中可呈正向或负向，且两种情况下均能导致降解。协同性在VHL-BRD4降解剂MZ1的效率中起关键作用，但对CRBN-BRD4降解剂则非必需。其三，连接酶与靶点的差异化亚细胞定位，例如核内E3连接酶DCAF16被证明能将靶标降解限制在细胞核内。其四，连接酶与靶点的细胞类型特异性表达谱，我们将在下一节详细讨论。 因此，除前述连接酶（CRBN、VHL、MDM2、IAPs、DCAF15和DCAF16）外，另有少数"通用型"E3连接酶已被证明可通过PROTAC利用，使用特异性招募连接酶降解典型TPD底物BRD4的小分子共价工具；这些连接酶包括RNF4、RNF114、KEAP1以及最新的FEM1B。针对这些新确立的降解剂连接酶的初始化学物质将开发到何种程度，它们能否及如何被广泛采纳为具有广谱靶向能力的体内兼容性连接酶，将成为未来几年密集实验研究的主题。 除了已通过TPD开发验证的连接酶外，还存在其他若干泛素连接酶，它们凭借结构信息和/或已验证的底物信息，为开发最终可转化为PROTAC的小分子提供了路径，但尚未作为潜在PROTAC适用连接酶进行开发。这些具有结构数据的"唾手可得"连接酶大多已由两篇优秀综述进行了系统总结。然而必须指出，关于连接酶结构可及性的"唾手可得"定义，近期随着Google/DeepMind和RoseTTAFold人工智能驱动三级结构预测模型的突破性发表被重新定义。DeepMind的AlphaFold已公开其在整个蛋白质组中的高质量预测模型（https://alphafold.ebi.ac.uk/），现已成为通过计算机辅助药物发现技术攻克许多迄今难以触及的靶点与连接酶的重要基石。6.2.3 组织与细胞特异性E3连接酶 为TPD发现和开发新型E3连接酶时，需要综合考虑多个实际因素，例如结构可及性、成药性以及对连接酶作用机制的理解。例如：是否有已验证的底物？能否利用该连接酶-底物关系建立生化或细胞结合检测方法以构建筛选平台？该连接酶是否持续处于"开启"状态，还是需要生理刺激激活？部分连接酶在无激活翻译后修饰或结合伴侣存在时处于"关闭"状态并具有自抑制特性，选择这类自抑制连接酶进行降解剂开发可能面临额外挑战。 然而，连接酶还具有其他关键特性，如组织与细胞类型特异性、肿瘤富集性和肿瘤必需性（图6），这些为"小众"连接酶降解剂的开发提供了机遇。这些小众连接酶在实际开发与理想属性间的交集往往有限，从而为招募此类特异性连接酶的PROTAC发现与降解剂开发带来了高风险/高回报的研发场景。最终，整个UPS领域将受益于工业界对PROTAC新型连接酶表征的浓厚兴趣，以及即将开发的工具分子。 学术界与工业界高度重视鉴定具有独特表达谱的E3连接酶，以实现组织与细胞类型特异性的靶标降解——这一概念早在20年前Sakamoto等人的开创性PROTAC论文中就已提出。TPD领域现已发展至着手实现此类特异性目标、推动精准TPD（pTPD）的阶段。在我们看来（这也是TPD领域的普遍共识），这是该领域的终极目标之一。为此，近期多篇综述通过分析GTEx、TCGA、ProteinAtlas等公开数据集，对健康与疾病状态下的连接酶表达进行了系统分类，以凸显具有明确差异表达谱的连接酶。但由于许多E3连接酶是多亚基复合体，仅分析单个亚基的表达水平只能反映部分情况。 迄今已发现多个此类E3连接酶。最具代表性的组织特异性表达连接酶包括骨骼肌中的KLHL40与KLHL41，它们在杆状体肌病的生物学机制中具有明确作用。此外，还涌现出多个中枢神经系统特异性E3连接酶，如在神经疾病靶向治疗中RNF182和TRIM9，为避免全身性脱靶和毒性效应，中枢神经系统特异性靶向治疗备受关注。还有一些E3连接酶在特定组织或细胞类型中表现出一定程度的富集（虽非绝对特异性），例如聚糖特异性底物衔接蛋白的非糖结合成员FBXO44，它在某些组织中富集但非完全特异。尽管缺乏明确的组织或细胞特异性表达，FBXO44及其他组织或细胞富集性连接酶仍具有TPD开发潜力，因为通过调节其配体亲和力，可设计出对特定组织的靶向特异性——即使在基础水平上这些连接酶存在普遍表达。 值得注意的是，某些连接酶呈现出"反向特异性"，即在特定组织或细胞类型中低表达，这一特性也可能为蛋白质降解剂带来优势。一个典型案例是VHL在血小板中的低表达：通过VHL招募型PROTAC DT2216降解BCL-xL的过程在血小板中被豁免，从而降低了血小板介导的毒性，与BCL-xL抑制剂相比改善了治疗指数。DT2216目前已进入一期临床试验，这标志着向精准TPD迈出的重要一步。6.2.4 疾病与健康组织/细胞中E3连接酶的富集差异 pTPD探索的另一新前沿是通过靶向肿瘤特异性或肿瘤富集性E3连接酶，实现PROTAC分子对肿瘤细胞（相较于邻近非癌组织）的特异性靶向，或使其被特定肿瘤起始细胞摄取。通常，E3连接酶的肿瘤富集性与肿瘤对该连接酶表达的依赖性相关联。这种相关性可通过分析DepMap中多种肿瘤细胞系E3连接酶的CERES评分得到验证，从而鉴定出在多种癌细胞类型中具有高肿瘤必需性的E3连接酶及其他UPS基因——部分基因（如CDC20、CIAO1和WDR82）的特征已较为明确。这类连接酶的优势在于肿瘤细胞难以产生基于连接酶的PROTAC耐药性（如前所述，某些招募CRBN和VHL的PROTAC已出现此类耐药机制）。 但需注意：其一，肿瘤富集性仅为PROTAC提供了潜在的机会窗口，对于转化为肿瘤特异性PROTAC的多效毒性抑制剂而言，未必能显著扩大治疗指数。其二，高度肿瘤富集且肿瘤依赖的E3连接酶及衔接蛋白（如CDC20、SKP2等）常与细胞周期相关，可能在肿瘤与人体快速分裂的非癌细胞（如骨髓细胞）中具有相似表达谱。基于这些连接酶的PROTAC可能表现出类似经典化疗药物的毒性，但这尚待验证。 最后，睾丸癌抗原家族也包含泛素连接酶，它们在正常睾丸组织中表达受限，却在多种癌症类型中高度过表达。此类连接酶的典型代表是MAGE（黑色素瘤抗原基因）家族泛素E3连接酶（常称为MAGE-RING连接酶），它们作为其他RING E3连接酶的底物招募模块发挥作用，增加和/或改变其协同E3连接酶的底物特异性。MRL的泛素化机制尚未如CRLs那样明确，后者的多适配器底物招募机制及E2-Ub向靶标转移泛素的分子细节已在完整CRL1复合体的原子层面得到深入表征。但MAGE因其独特表达谱近期备受关注。尽管并非所有MAGE E3连接酶都具有肿瘤特异性，且部分无法用于PROTAC（因其不降解靶标），但睾丸特异性、肿瘤富集性E3连接酶仍是值得关注的领域，有助于深化对MRL功能与生物学的理解。 通过筛选能劫持肿瘤特异性E3连接酶进行TPD的小分子，从而鉴定、表征并开发适用于PROTAC的这类连接酶，是实现PROTAC肿瘤特异性及更高治疗指数的潜在途径之一。另一策略是采用抗体偶联药物技术，通过肿瘤特异性抗体介导肿瘤靶向性，将降解剂分子与抗体偶联。该技术近期已成为肿瘤定向递送PROTAC分子的新兴方向。基因泰克的Dragovic团队已推进该模式，并利用VHL-BRD4 PROTAC构建的ADC在两种不同类型癌症中成功证明了肿瘤特异性靶向能力。尽管这类抗体-PROTAC偶联物显然失去了小分子PROTAC的口服生物利用度和可调节给药方案等优势，但对于理化性质不佳但效力强大的降解剂而言，ADC方法对实现注射给药具有重要价值。6.3 肿瘤学以外的治疗领域 目前已上市的降解剂药物（IMiD类药物）及绝大多数新开发的PROTAC与分子胶化合物（表1、2）主要针对各类癌症。然而，鉴于TPD具有降解任意选定靶点的潜力，其应用范围正逐步向肿瘤学以外扩展。 **炎症、免疫与免疫肿瘤学** 在首波临床降解剂浪潮中，已有两款进入临床试验的化合物将测试PROTAC模式在非肿瘤适应症中的应用。Nurix Therapeutics的BTK降解剂（NX-5948）与Kymera Therapeutics的IRAK4降解剂（KT-474）均处于一期临床试验阶段（表1），可用于治疗类风湿关节炎等多种免疫炎症性疾病。 BTK在炎症及肿瘤领域已是成熟靶点，已有获批药物应用于临床，并成为学术界与工业界PROTAC分子研发的热点，特别是针对BTK C481S耐药突变导致第一代BTK抑制剂疗效下降的问题。这正凸显了PROTAC的一大优势：凭借其事件驱动型（相较于占据驱动型）药理学特性，PROTAC可通过催化降解靶点克服此类耐药突变带来的不敏感性。Nurix Therapeutics针对血液系统恶性肿瘤的BTK PROTAC（NX-2127）目前已进入一期试验（表1）。 相比之下，IRAK4靶向疗法目前尚未获批，但其在炎症性疾病及B细胞淋巴瘤中的作用已明确，数款抑制剂正在自身免疫适应症中开展临床试验。值得注意的是，IRAK4作为靶点的潜在支架功能尤其值得关注，因为其激酶功能抑制剂可能无法完全干预IRAK4在这些疾病中的作用。PROTAC降解剂的另一优势在于能完全降解靶蛋白，而非仅抑制其酶活性——后者不影响靶点可能具有的任何支架功能。特别对于IRAK4，其在Toll样受体信号通路中围绕myddosome的支架作用已被证实，目前可能仅能通过PROTAC降解剂干预，迄今已有多种此类降解剂被报道。其中Kymera Therapeutics的KT-474为首个进入临床试验的IRAK4降解剂（表1）。 紧随免疫疗法发展步伐，小分子介导的抗肿瘤免疫应答激活已成为药物研发的热点领域。PROTAC有望在免疫肿瘤学中成为靶向免疫细胞活化、模拟PD1/PDL1靶向药物作用表型的小分子首创新药。最新研究报道了靶向MAP4K1（亦称HPK1）的PROTAC分子，在临床前研究中展现出良好活性，尽管HPK1抑制剂也显示同等效力。在此场景中，使用PROTAC替代抑制剂或许并非必要或优势明显，但考虑到PROTAC相较于部分激酶抑制剂可能实现更高的脱靶效应特异性，PROTAC策略或能产生更精准的抑制表型及更好的治疗耐受性。 **神经学与神经退行性疾病** PROTAC的关键特性在于能够降解传统小分子抑制剂难以靶向的蛋白质。这一特点使得多种涉及毒性蛋白累积的神经退行性疾病靶点（如tau蛋白、α-突触核蛋白、突变亨廷顿蛋白、TDP43及FUS蛋白）有望通过PROTAC模式干预。 tau蛋白病是小分子抑制剂疗效不佳但PROTAC可能取得突破的典型疾病领域。这类疾病包括阿尔茨海默病、额颞叶痴呆和进行性核上性麻痹等神经系统疾病，其病理过程与异常tau蛋白的毒性累积密切相关，导致tau聚集成双螺旋细丝并最终形成神经纤维缠结，引发神经元死亡。因此，在tau蛋白从单体到寡聚体再到聚集体的动态转化过程中任何环节下调tau水平，都是理想的治疗策略。事实上，临床前模型研究表明，通过ASO技术及近期开发的锌指转录因子降低tau蛋白水平具有持续效力并能逆转tau病理。重要的是，UPS系统诱导的tau周转及其可降解性已通过tau-KEAP1嵌合肽PROTAC分子和VHL-tau PROTAC得到证实。目前研究焦点集中在：干预tau聚集动态过程并引导其降解的最佳作用节点，以及不同tau蛋白亚型是否同时通过UPS和溶酶体途径降解。 开发小分子tau靶向PROTAC及其他降解剂是当前高度活跃的研究方向，旨在将ASO技术的tau敲低表型与全身给药及血脑屏障穿透能力相结合。单体tau作为固有无序蛋白缺乏明确的小分子结合口袋，这使得小分子抑制剂开发极具挑战。然而，针对tau寡聚体的小分子探针（如18F-T807）已被开发并作为临床tau蛋白PET示踪剂使用。实际上，已有研究将此类PET示踪剂转化为工具型PROTAC分子，通过招募CRBN靶向tau蛋白，在tau蛋白病的细胞模型中成功降解tau蛋白亚型。 关键问题仍在于：何种tau蛋白亚型具有病理相关性？以及是否无论其寡聚状态如何，普遍降解tau蛋白更具优势？鉴于tau蛋白病存在明确的未满足临床需求，且PROTAC策略特别适合应对神经退行性疾病，该领域将在未来十年取得重要突破，有望带来革命性疗法。 神经学领域中PROTAC可能较现有疗法具明显优势的其他靶点包括α-突触核蛋白——该蛋白在帕金森病患者神经元中异常累积。α-突触核蛋白与tau蛋白均为固有无序蛋白，其特定构象可能驱动各自病理过程，而诱导蛋白水解降解或能改变疾病进程。目前已报道一种基于肽段的α-突触核蛋白降解剂，该降解剂能保护神经元免受α-突触核蛋白过表达诱导的毒性损伤。 **抗病毒PROTAC** 有趣的是，PROTAC也有望成为潜在的抗病毒药物——这实质上是该领域从病毒劫持UPS系统启发了TPD概念，发展到反过来利用该劫持策略对抗病毒、靶向降解病毒蛋白的完整循环。抗病毒PROTAC的可行性首先在基于细胞的实验中通过HCV抑制剂偶联CRBN降解丙型肝炎病毒NS3/4A蛋白酶得到验证，而随着引发COVID-19大流行的SARS-CoV-2病毒出现，该方向研究备受关注。一项针对SARS-CoV-2感染细胞的大规模蛋白质相互作用研究揭示了多个可通过抑制剂重定向利用的潜在成药通路和靶点，这些靶点也可能通过靶向SARS-CoV-2的PROTAC分子干预。一篇开创性论文提出了靶向病毒包膜蛋白的可能性，但SARS-CoV-2的催化毒力因子——如两个蛋白酶Mpro和PLpro，以及瑞德西韦的靶点RNA依赖性RNA聚合酶——均可能成为PROTAC的靶标。值得注意的是，辉瑞公司于2021年2月启动了其口服生物可利用的SARS-CoV-2 Mpro抑制剂PF-07321332（NCT04756531）在健康受试者中的一期试验，随后开展II/III期研究并于2021年9月完成首例患者给药（NCT04960202）。辉瑞还开发了静脉给药的Mpro抑制剂前药PF-07304814，该药已于2020年在COVID-19住院患者中进入临床试验（NCT04535167）。这些抗病毒抑制剂可为开发靶向SARS-CoV-2的抗病毒PROTAC提供起点。 此外，Nurix Therapeutics公司宣布正处于针对SARS-CoV-2的三种蛋白质降解嵌合靶向分子（COVID-CTMs）的发现阶段。6.4 替代型PROTAC模式 尽管PROTAC有望成为特定靶点类别的重要干预模式，但仍存在缺乏小分子结合位点的靶蛋白。即便如此，这些靶点仍可通过替代型PROTAC策略实现降解，包括生物PROTAC与杂交PROTAC。此外，PROTAC的发展也启发了其他类型异双功能分子的探索——这些分子利用非UPS机制降解靶蛋白，各自具备区别于其他TPD模式及小分子抑制剂的独特特性（表3）。 本节我们将PROTAC广义分为三类：由传统小分子配体构成的PROTAC；由肽段配体构成的生物PROTAC；以及同时包含肽段与传统小分子弹头的杂交PROTAC。该分类将2001年报道的原始PROTAC重新定义为杂交PROTAC，因其由结合METAP2的小分子弹头与结合E3连接酶β-TRCP的磷酸肽连接而成。这三种形式均为药物发现提供了强大工具分子，但作为治疗剂开发时各有独特的挑战与考量因素。如ARV-110和ARV-471所证明的，PROTAC可开发为口服治疗药物，而生物PROTAC与杂交PROTAC因其肽段成分难以实现口服给药。实际上，生物PROTAC很可能需要通过病毒载体基因递送系统或纳米颗粒以mRNA或DNA构建体形式递送。 **生物PROTAC与肽段PROTAC** 生物PROTAC可进一步分为三个亚类：双功能肽段（pepTAC）、融合蛋白和双特异性抗体模拟物。其中pepTAC与PROTAC最为相似，其结构由结合E3连接酶的肽段和结合靶蛋白的肽段通过肽链连接子构成，通常在N端或C端连接有细胞穿透肽。不过，由天然氨基酸组成的pepTAC可省略细胞穿透肽，通过转染DNA或mRNA转录本在细胞内原位合成降解剂。 Zhou等人报道了最早的嵌合生物PROTAC，包括由全长β-TRCP蛋白与HPV-16 E7蛋白N端肽段组成的融合蛋白，能在人骨肉瘤细胞系中降解视网膜母细胞瘤蛋白。这些研究证明SCF E3连接酶可被重定向用于降解非SCF底物。 此后，其他研究组陆续报道了降解HER2、MYC和KRAS等癌症靶点的融合生物PROTAC，并在过表达这些靶点的人源癌细胞系和小鼠异种移植瘤模型中证明了治疗相关效应。这些融合蛋白通过替换E3连接酶（如CBL、STUB1、VHL、E6AP和HIV-1 Vif）的底物结合结构域为靶蛋白特异性结构域实现功能重编程——对于MYC靶点则采用其异源二聚体伴侣蛋白MAX。值得注意的是，Pan团队报道的基于Vif的生物PROTAC是其最优KRAS降解剂。但在携带胰腺癌异种移植瘤的小鼠模型中，基于Vif的降解剂原位注射比腹腔注射更有效，凸显了优化递送系统以推动生物PROTAC从实验室工具向治疗药物转化的必要性。 此外，多个研究组开发了多种利用SKP1/SCF F-box、VHL、KEAP1等E3连接酶的pepTAC，能在原代神经元和其他细胞系中降解tau或α-突触核蛋白，进一步印证了TPD技术干预帕金森病、阿尔茨海默病及其他tau蛋白病的潜力。 **抗GFP生物PROTAC平台** Partridge团队开发的抗绿色荧光蛋白生物PROTAC平台为探索CRL家族嵌合E3连接酶的降解效率与靶标特性提供了新方法。该平台通过将衔接蛋白的天然底物识别结构域替换为GFP结合域（如抗GFP纳米抗体vhhGFP4），结合多西环素诱导系统驱动生物PROTAC与报告基因在稳定表达H2B-GFP的细胞中共表达。 该平台已成功构建了基于多种E3连接酶的GFP降解型生物PROTAC：包括CUL1连接酶β-TRCP、FBW7和SKP2；CUL2连接酶VHL；CUL3连接酶SPOP；CUL5连接酶SOCS2和ASB1；以及U-box连接酶CHIP。 该平台还能将GFP降解结构转化为靶向特定蛋白的生物PROTAC。例如，在证明其GFP降解型生物PROTAC也能降解GFP标记的增殖细胞核抗原后，研究团队将其中一种生物PROTAC的GFP结合域替换为含有PCNA结合伴侣保守PIP序列的16氨基酸Con1肽段，构建了Con1-SPOP生物PROTAC。该构建体能快速降解PCNA，并在10天多西环素给药期间维持PCNA低表达水平。此外，该平台还被应用于发现靶向KRAS的生物PROTAC。 **寡核苷酸基PROTAC** 转录因子和RNA结合蛋白是DNA修复、复制、转录及多种RNA依赖性过程的关键调控因子。然而当其发生突变时，会引发多种癌症、肥胖症、心血管及神经系统疾病。尽管研究投入巨大，由于多数缺乏配体结合位点，这些靶点仍基本处于未成药状态。 为攻克这类靶点，已开发出靶向RNA结合蛋白的RNA-PROTAC，以及靶向转录因子的寡核苷酸基PROTAC和转录因子靶向嵌合体。 RNA-PROTAC采用RNA共有序列作为RNA结合蛋白识别弹头，连接至E3连接酶结合元件。类似地，寡核苷酸基PROTAC和转录因子PROTAC使用双链DNA共有序列作为转录因子结合弹头，与E3连接酶招募配体连接。此类构建体已被证实在多种人源癌细胞系中可降低LIN28A、ERG和LEF1等蛋白水平。 转录因子靶向嵌合体系统由桥接E3连接酶与dCas9-HT7融合蛋白的HaloPROTAC，结合双功能双链DNA-CRISPR-RNA形成转录因子招募复合体。该系统已在人源细胞系中以UPS依赖方式实现了对NF-κB和TBXT的降解，且降解过程具有双链DNA序列与E3连接酶特异性。 **生物PROTAC的未来前景** 尽管生物PROTAC、寡核苷酸基PROTAC和转录因子靶向嵌合体具备成为治疗药物的潜力，但其递送与给药方案仍是亟待突破的关键瓶颈。小分子PROTAC具有口服给药的潜力，且可通过剂量调控细胞内药物水平。嵌合生物PROTAC有望以基因产物的形式递送，并通过精密调控的启动子控制胞内表达水平。纳米粒药物递送系统与病毒载体基因递送技术的持续进步，将在推动这些新型模式惠及患者的过程中发挥关键作用。 短期内，生物PROTAC将主要作为工具分子驱动小分子PROTAC药物研发。与小分子PROTAC类似，若已知靶点识别弹头，生物PROTAC可快速组装以筛选高效降解剂。对于尚未发现小分子配体或缺乏有效小分子结合位点的未成药靶点，生物PROTAC具有独特优势：这类靶点常参与难以用传统药物阻断的蛋白质相互作用，但其蛋白结合结构域为构建生物PROTAC提供了起点，可由此启动药物发现进程。因此，生物PROTAC可用于以下方面：评估通过完全降解实现蛋白抑制与小分子部分抑制的生物学效益差异；比较表达后降解与RNA干扰沉默表达的生物学效应差异；确定靶蛋白的哪个表面可被E3连接酶接近，并在完整E3复合体中实现赖氨酸正确定位以启动多聚泛素化。7 结语 鉴于过去二十年的进展以及学术界和工业界近期的高度关注与投入，靶向蛋白降解显然有潜力成为一种关键的治疗方式。我们欣慰地见证了它从一个引人入胜的想法发展为临床验证的概念，首先是通过免疫调节药物和分子胶，最近则是通过处于一期和二期临床试验阶段的异双功能PROTAC分子。我们对基础生物学和化学领域的未来发现感到振奋，这些发现将在未来几十年进一步推动靶向蛋白降解技术的发展。我们相信这种治疗方式有潜力为多种疾病的患者提供新的治疗选择。 *由于译者水平有限，译文仅供参考 后台回复“PROTAC”可获得原文DOI号 （此文旨在学术交流，内容以出版物原文为准）

在人类癌症治疗的历史长河中，RAS 信号通路的靶向研究曾长期处于 “攻坚死角”。作为细胞内关键的分子开关，RAS 蛋白家族（KRAS、NRAS、HRAS）的突变在超过 20% 的人类癌症中驱动肿瘤发生，尤其在胰腺癌（KRAS 突变率达 90%）、结直肠癌（40%）和非小细胞肺癌（25%）等恶性肿瘤中高发，是全球癌症患者死亡的重要诱因之一。然而，由于 RAS 蛋白表面光滑、缺乏传统小分子药物可结合的深度口袋，且对 GTP/GDP 的亲和力极强（皮摩尔级别），自 20 世纪 80 年代被发现以来，它始终被业界贴上 “不可成药” 的标签。直至 21 世纪 10 年代后，随着共价抑制、分子胶、蛋白降解等创新技术的突破，RAS 靶向治疗才迎来质的飞跃，从实验室走向临床，为无数患者带来新的生存希望。 RAS 蛋白的核心功能是作为 “分子开关” 调控细胞信号传递。在正常生理状态下，它通过 GDP 结合的失活态（OFF）与 GTP 结合的激活态（ON）之间的动态转换，精准控制细胞增殖、存活、分化及迁移等关键过程：当细胞外生长因子与细胞膜上的受体酪氨酸激酶（RTKs）结合后，会触发受体二聚化与自磷酸化，招募 GRB2、SOS1 等适配蛋白，其中 SOS1 作为鸟苷酸交换因子（GEF），可催化 RAS 蛋白上的 GDP 向 GTP 转换，使其进入激活态；激活后的 RAS 会进一步结合并激活下游 RAF-MEK-ERK、PI3K-AKT-mTOR 等信号通路，最终调控与细胞生长相关的基因表达。而在癌症中，RAS 基因的突变（主要发生在 12、13、61 位密码子）会破坏其固有的 GTP 水解能力 —— 突变后的 RAS 蛋白对 GTP 酶激活蛋白（GAPs，如神经纤维瘤蛋白 NF1）的敏感性显著降低，导致 GTP 无法有效水解为 GDP，RAS 持续处于激活态，即使在没有外部生长信号的情况下，也会驱动下游通路异常激活，最终引发细胞无限增殖、抗凋亡、侵袭转移等恶性表型。 2013 年，Kevan Shokat 团队的一项突破性研究为 RAS 靶向治疗打开了突破口：他们发现 KRASG12C 突变体（约占 KRAS 突变的 13%）的 12 位半胱氨酸残基附近，存在一个此前未被发现的变构口袋 —— 开关 II 口袋（Switch II Pocket）。该口袋在 RAS 蛋白处于 GDP 结合的失活态时短暂开放，可被带有丙烯酰胺等共价弹头的小分子化合物特异性结合，形成共价键后将 KRASG12C 锁定在失活态，从而阻断其与下游效应蛋白的相互作用。这一发现不仅颠覆了 “RAS 不可成药” 的认知，更直接推动了 RAS 抑制剂的化学进化历程，开启了针对特定 RAS 突变体的精准治疗时代。 RAS 抑制剂的化学进化呈现出 “多路径并行、从单一突变到广谱覆盖” 的鲜明特征，其中小分子抑制剂的发展最为成熟，可细分为共价抑制与非共价抑制两大技术路线。在共价抑制剂领域，早期研究以 2013 年发现的化合物 12 为起点 —— 该分子虽缺乏成药性，却首次验证了 “通过开关 II 口袋共价结合 KRASG12C” 的可行性。随后，Araxes 公司基于化合物 12 的结构，优化丙烯酰胺共价弹头与 Cys12 残基的结合距离，开发出首个具有细胞活性的 KRASG12C 抑制剂 ARS-853，其细胞水平 IC50 达 2μmol/L，为后续优化奠定了基础。2015 年，该公司进一步通过结构修饰得到 ARS-1620，不仅在动物模型中首次展现出体内抗肿瘤活性，更通过专利公开（WO2015054572）向业界分享了核心结构，成为后续多款 KRASG12C 抑制剂的设计模板。 真正的临床突破来自安进公司的索托拉西布（AMG 510）。研发团队借鉴 ARS-1620 的喹唑啉母核结构，在 N1 原子位置引入新型侧链，优化了分子与开关 II 口袋的疏水相互作用及水溶性，最终使索托拉西布在 2021 年成为首个获 FDA 批准的 KRASG12C 抑制剂，用于治疗既往接受过至少一种全身治疗的 KRASG12C 突变局部晚期或转移性非小细胞肺癌患者。临床数据显示，在 CodeBreak 100 临床试验中，索托拉西布的客观缓解率（ORR）达 41%，中位无进展生存期（mPFS）为 6.3 个月，显著优于传统化疗。此后，Mirati Therapeutics 开发的阿达格拉西布（MRTX849）通过在四氢吡啶位引入萘环、嘧啶环位添加环戊胺结构，进一步提升了分子的靶向性与代谢稳定性，在 KRYSTAL-1 试验中，其对非小细胞肺癌的 ORR 达 42.9%，mPFS 为 6.5 个月，且在 2022 年获 FDA 批准用于相同适应症。 随着研发深入，共价抑制剂的优化方向逐渐从 “提升单药活性” 转向 “克服耐药与扩大适应症”。例如，阿斯利康通过将喹唑啉与哌嗪环化，开发出 AZD4625—— 这种环化修饰不仅将分子构象固定在更优的结合状态，还提升了生物利用度、降低了肝外清除率；基于 AZD4625，研究人员进一步去除一个杂环得到 AZD4747，使其具备血脑屏障穿透能力，为治疗中枢神经系统转移的 RAS 驱动型癌症提供了可能。此外，针对 KRASG12C 抑制剂单药治疗易出现的 MAPK 通路再激活耐药，药企还开发出 “下一代” 共价抑制剂，如 Genentech 的多拉西布（GDC-6036），其通过优化侧链与口袋的相互作用，在非小细胞肺癌中实现 53.4% 的 ORR 和 13.1 个月的 mPFS，且与西妥昔单抗联合使用时，对结直肠癌的 ORR 可提升至 62.5%，显著优于前代药物。 与共价抑制剂聚焦 “特定突变体” 不同，非共价抑制剂的研发初衷是突破 “依赖突变体特有氨基酸（如 Cys12）” 的限制，实现对更多 RAS 突变类型的覆盖。这一领域的里程碑成果来自 Mirati Therapeutics 的 KRASG12D 抑制剂 MRTX1133—— 研发团队摒弃传统共价弹头，转而通过引入哌嗪结构与 Asp12 形成盐桥相互作用，同时优化萘环、环戊胺等侧链与 H95、D69 等保守区域的结合，最终使 MRTX1133 成为首个进入临床的非共价 KRASG12D 抑制剂，其对 KRASG12D 的解离常数（Kd）达 3.5μmol/L，且在临床前模型中展现出对胰腺癌、非小细胞肺癌的显著抑制活性。这一突破证明，通过非共价相互作用的精准优化，即使缺乏可共价结合的氨基酸残基，也能实现对 RAS 突变体的有效抑制，为开发 “泛 KRAS 抑制剂” 提供了关键思路。 勃林格殷格翰团队则通过另一条路径推动非共价抑制剂的发展：他们采用 NMR 片段筛选技术，在 KRAS 蛋白的开关 I/II 界面发现了一个全新的非保守口袋，并筛选出可特异性结合该口袋的片段分子。以其中的片段 1 为起点，研究人员通过 “片段生长” 策略逐步优化结构，得到前驱体 1—— 该分子虽仅通过 H95、D69 两个区域与 KRAS 结合，活性较低，但具备 “不依赖 G12 位突变” 的广谱结合能力。基于前驱体 1，团队进一步开发出 G12C 抑制剂 BI-0474（通过添加丙烯酰胺共价弹头）和泛 KRAS 抑制剂 BI-2865、BI-2493：BI-2865 将哌嗪结构优化为吡咯烷，增强了与 H95 区域的疏水作用；BI-2493 则通过螺环结构替换季 chiral 中心，提升了分子的构象稳定性。这两款分子的 ORR 较前驱体 1 显著提升，且 BI-2865 的优化片段（如环戊胺）还被用于改进 G12C 抑制剂 BI-1823911 的活性，体现出 “跨突变体” 的结构复用价值。目前，基于这些分子的泛 KRAS 抑制剂 BI-3706674 已进入临床开发阶段，有望覆盖 KRASG12V、G12R 等此前难以靶向的突变类型。 除小分子抑制剂外，分子胶与蛋白降解剂的出现为 RAS 靶向治疗提供了 “全新模态”，尤其在克服耐药性方面展现出独特优势。分子胶策略的代表是 Revolution Medicines 开发的 “三复合物抑制剂”，其核心机制是通过小分子化合物（分子胶）同时结合亲环蛋白 A（CypA）与激活态（GTP 结合）RAS 蛋白：分子胶首先与 CypA 结合并重塑其表面拓扑，利用 CypA 与 RAS 蛋白天然的静电互补性，引导二者形成 “CypA - 分子胶 - RAS” 三元复合物，最终阻断 RAS 与下游效应蛋白（如 RAF）的结合，从而抑制通路激活。与传统抑制剂仅靶向失活态 RAS 不同，这类分子胶可直接作用于致癌性更强的激活态 RAS，尤其适用于对 KRASG12C 共价抑制剂耐药的患者（耐药机制常涉及 RAS-GTP 积累）。 目前，该技术路线的代表药物 RMC-6291 已进入 I 期临床试验，在既往接受过 KRASG12C 抑制剂治疗的非小细胞肺癌患者中，ORR 仍达 57%，在未接受过抑制剂治疗的结直肠癌患者中 ORR 为 44%，验证了其克服耐药的潜力。在此基础上，研发团队进一步优化结构得到 RMC-9805（针对 KRASG12D）和 RMC-6236（泛 RAS 抑制剂）：RMC-9805 通过氮丙啶共价弹头靶向 KRASG12D，在非小细胞肺癌中 ORR 达 61%；RMC-6236 则可同时抑制 KRAS、NRAS、HRAS 的突变体与野生型，在胰腺癌二线治疗中实现 36% 的 ORR 和 8.8 个月的 mPFS，为 “泛 RAS 靶向” 提供了临床证据。 蛋白降解剂（如 PROTAC）则通过 “催化降解 RAS 蛋白” 的机制，解决了传统抑制剂 “需持续占据活性位点” 的局限性。2019 年，Gray 研究团队首次报道 KRASG12C 降解剂 XY-4-88，其通过连接子将 CRBN 配体（泊马度胺）与 KRASG12C 抑制剂偶联，可在 293T 细胞中降解过表达的 GFP-KRASG12C，但无法降解内源性蛋白。2020 年，Crews 团队改进设计，将 VHL 配体与阿达格拉西布偶联得到 LC-2—— 这款 PROTAC 分子的降解活性（DC50）达亚微摩尔级别，可有效降解多种 KRASG12C 突变细胞系中的内源性 KRAS 蛋白，且在动物模型中展现出比阿达格拉西布更持久的抗肿瘤效果。 后续研究进一步优化降解剂的结构设计，如 YN14 通过将 VHL 配体锚定在索托拉西布的酚羟基位点，使 DC50 降至纳摩尔级别；ASP3082 则作为首个进入临床的 KRASG12D 降解剂，采用 “短刚性连接子” 设计，在 I 期临床试验中，对 KRASG12D 突变的胰腺癌、非小细胞肺癌、结直肠癌患者均展现出活性，在 300mg 剂量下 ORR 达 33.3%，疾病控制率（DCR）为 75%。值得关注的是，泛 KRAS 降解剂 ACBI3 通过将 BI-2865（泛 KRAS 结合单元）与 VHL 配体偶联，在 GP2d 细胞中实现 3.9nmol/L 的高效降解活性，且在异种移植模型中显著抑制肿瘤生长，为覆盖 “无成药位点” 的 RAS 突变体提供了可能。不过，蛋白降解剂仍面临挑战：大分子量可能影响体内递送效率，且对正常组织中 RAS 的降解可能引发毒性，未来需通过靶向递送技术（如抗体偶联）进一步优化。 随着 RAS 抑制剂的临床应用不断深入，单药治疗的耐药问题逐渐显现，联合治疗成为提升疗效、延长患者生存期的关键方向。目前的联合策略主要分为三类：垂直联合（靶向 RAS 上下游通路）、水平联合（靶向并行信号通路）及免疫联合（调控肿瘤免疫微环境），且均在临床研究中取得积极进展。 垂直联合的核心是通过同时抑制 RAS 及其上下游分子，阻断通路的 “代偿性激活”—— 这是 RAS 抑制剂单药耐药的主要机制之一。例如，在结直肠癌中，KRASG12C 抑制剂单药治疗的 ORR 通常低于 20%，主要原因是 EGFR 的代偿性激活导致 MAPK 通路再激活；而索托拉西布与 EGFR 抑制剂帕尼单抗联合使用时，ORR 提升至 26.4%，mPFS 延长至 5.6 个月，该联合方案已在 2025 年获 FDA 批准用于转移性结直肠癌。类似地，SHP2 作为 RAS 上游的关键磷酸酶，其抑制剂（如 JAB-3312）与 KRASG12C 抑制剂（如 glecirasib）联合时，在非小细胞肺癌中的 ORR 达 64.7%，显著优于单药。此外，针对 RAS 下游的 MEK 抑制剂（如曲美替尼）与 KRAS 抑制剂的联合，也在临床前模型中展现出协同抑制肿瘤生长的效果，目前多项临床试验正在开展中。 水平联合则通过靶向与 RAS/MAPK 通路并行的信号通路（如 mTOR、CDK4/6、VEGF），进一步抑制肿瘤细胞的增殖与存活。例如，mTOR 通路的激活会增强肿瘤细胞对 RAS 抑制剂的耐药性，而 KRAS 抑制剂与 mTOR 抑制剂（如依维莫司）的联合，在胰腺癌临床前模型中可显著延长小鼠生存期；CDK4/6 抑制剂（如帕博西尼）则通过抑制细胞周期 G1/S 转换，与 KRAS 抑制剂协同阻断肿瘤细胞增殖，相关联合方案已进入 I 期临床试验（如 NCT05178888）。此外，VEGF 抑制剂（如贝伐珠单抗）通过抑制肿瘤血管生成，可改善肿瘤微环境中的药物递送，与 KRAS 抑制剂联合使用时，在非小细胞肺癌中展现出更高的疾病控制率。 免疫联合策略则利用 RAS 抑制剂对肿瘤免疫微环境的调控作用，与免疫检查点抑制剂产生协同效应。研究发现，KRAS 突变会通过激活 MAPK 通路上调 PD-L1 表达，并招募肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、髓系来源抑制细胞（MDSCs）等免疫抑制细胞，导致肿瘤免疫逃逸；而 RAS 抑制剂可逆转这一过程 —— 例如，索托拉西布可减少 MDSCs 的浸润，增加 CD8+T 细胞的肿瘤浸润；阿达格拉西布与 PD-1 抑制剂帕博利珠单抗联合使用时，在高 PD-L1 表达的非小细胞肺癌患者中 ORR 达 63%，12 个月无进展生存率为 60.8%，显著优于单药治疗。不过，部分联合方案（如索托拉西布 + 帕博利珠单抗）出现了严重不良反应，未来需通过剂量优化或生物标志物筛选（如 PD-L1 表达水平）提升安全性。 尽管 RAS 靶向治疗已取得显著进展，仍有三大核心挑战亟待解决：一是 “突变覆盖范围有限”—— 目前获批的 RAS 抑制剂主要针对 KRASG12C，而 KRASG12D、G12V、Q61H 等更常见的突变类型（如 KRASG12D 占 KRAS 突变的 44%）仍缺乏有效药物；二是 “成药模态的局限性”—— 小分子抑制剂易受耐药突变影响，PROTAC 分子的递送效率与毒性问题尚未完全解决；三是 “临床应用的精准性”—— 缺乏有效的生物标志物指导患者分层，导致部分患者无法从治疗中获益。 针对这些挑战，未来的研发方向将聚焦三个维度：首先，扩大靶点覆盖范围，开发 “泛 KRAS / 泛 RAS 抑制剂”—— 例如，基于 BI-3706674、RMC-6236 等分子的结构，进一步优化与 RAS 保守区域（如 H95、D69）的结合，实现对多种突变体的广谱抑制；其次，探索新型成药模态，如循环肽抑制剂 —— 日本中外制药开发的 LUNA18 是首个口服生物利用度达 30% 的泛 KRAS 环肽抑制剂，其通过环化结构提升稳定性，且可同时结合 RAS 的多个位点，在临床前模型中展现出对 KRASG12C、G12D、G12V 的抑制活性，为肽类药物用于胞内靶点治疗提供了范例；最后，推动 “精准联合治疗” 的开发，通过多组学分析（如基因组、转录组、蛋白质组）挖掘耐药机制，设计个体化的联合方案，例如，针对 “KRASG12C 抑制剂耐药伴 MET 扩增” 的患者，可采用 “KRAS 抑制剂 + MET 抑制剂” 的联合方案。 从 2013 年开关 II 口袋的发现，到 2021 年索托拉西布的获批，再到如今分子胶、蛋白降解剂等新型模态的临床推进，RAS 靶向治疗的发展历程不仅打破了 “不可成药” 的魔咒，更彰显了基础研究与药物化学协同创新的力量。随着技术的不断突破，我们有理由相信，在未来 5-10 年内，RAS 抑制剂将实现从 “单一突变” 到 “泛 RAS 覆盖”、从 “单药治疗” 到 “精准联合” 的跨越，成为继免疫治疗、化疗之后，又一类改变癌症治疗格局的核心手段，为全球数百万 RAS 驱动型癌症患者带来长期生存的希望 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓