AACR 2024：PROTAC降解剂最新进展

2024-04-20

抗体药物偶联物蛋白降解靶向嵌合体AACR会议

深度聚焦多肽、多肽偶联药物研发、质控、工艺开发，7月相约苏州，联系电话181 1603 6798在AACR 2024年年会上，关于PROTAC降解剂的最新研究包括了多个值得注意的进展。这些研究不仅涵盖了PROTAC降解剂的开发和设计，还包括了它们在靶向癌症治疗中的应用。从ADC到DAC：PROxAb简介在今年的AACR年会上，PROTAC先锋Arvinas公司，赞助了一个名为“从化学到临床”的专题，聚焦于PROTAC和ADC，以及这两大领域结合带来的技术突破。来自德国默克的科学家Marcel Rieker的报告引起了广泛的关注和讨论。他的报告围绕着一个激动人心的概念：将两个前沿的药物发现领域——PROTAC和ADC结合在一起，探索一种新的策略，将降解剂输送到病变细胞。Marcel Rieker在AACR 2024年会上介绍的PROTAC-ADCs（抗体药物结合物）和自组装PROxAb穿梭体，代表了PROTAC技术在药物递送系统设计领域的一个重要创新。通过这一研究，展现了如何提高药物对特定靶点的选择性和疗效，这对癌症治疗具有重要意义。图1 这张幻灯片展示了生成Degrader Antibody Conjugates（DACs，降解剂抗体偶联物）的过程。图片来源：AACR会议截图从上图我们可以了解到降解剂抗体偶联物（Degrader Antibody Conjugates，简称DACs）的生成过程，揭示了其中的高度复杂性以及影响其开发的关键因素。DACs的设计始于小分子抑制剂，其有效性、选择性和是否适用于PROTAC（定向蛋白降解剂）技术是研发初期需要考虑的问题。随后，研究人员需要将E3连接酶配体和连接器引入系统中，用于将抑制剂与PROTAC连接。在DACs的构建中，确定在PROTAC上连接器的最佳附着点，以及是否需要对PROTAC进行修改，是至关重要的步骤。为了进一步引入化学手柄，可能还需要对PROTAC进行特定的化学修改。在抗体部分，确定偶联的最优位点和药物对抗体比率（DAR）对于保证偶联物的整体性质至关重要。生物偶联过程涉及将抗体与连接器-PROTAC结合，这是形成最终DAC产品的关键步骤。过程的复杂性随着从单个组分向完整的偶联物的转化而递增。图中还提到了几个重要问题，如何评估偶联产物的质量、将PROTAC与抗体偶联的好处、以及E3连接酶的活性与所追求的适应症之间的相关性。此外，研究人员必须决定裂解机制，并在血浆稳定性和细胞内释放动力学之间找到最佳平衡。最终，连接器的选择对DAC性质的影响也是一个关键因素，不容忽视。幻灯片中还提到了不同类型的连接器，如二硫键桥和改造过的半胱氨酸，这些选择将直接影响DAC的裂解机制及其在治疗应用中的效能。在ADC中，二硫键桥和改造过的半胱氨酸是两个关键的组成部分，它们在药物的稳定性和释放方面发挥着重要作用。二硫键桥（Disulfide Bridges）：这些是抗体分子内部的硫-硫键，通常存在于抗体的重链和轻链之间，以及重链的铰链区域。在ADC的设计中，可以利用这些二硫键作为连接点，将药物有效载荷与抗体偶联。这种偶联方式可以通过还原二硫键来暴露出游离的半胱氨酸残基，从而为连接子有效负载与抗体的偶联提供了可用的位点。改造过的半胱氨酸（Engineered Cysteines）：通过基因工程技术，可以在抗体的特定位置引入新的半胱氨酸残基。这些特别添加的半胱氨酸残基提供了额外的偶联位点，使得药物可以以更均一的方式与抗体结合。这种方法有助于减少ADC的异质性，提高药物的稳定性和治疗效果。在ADC的开发中，选择合适的连接位点非常关键，因为它直接影响到药物的释放和抗体的功能。二硫键桥和改造过的半胱氨酸提供了一种方法，可以在不影响抗体结构和功能的前提下，有效地将药物有效载荷与抗体偶联。这些技术的发展和应用，使得ADC成为了一种有前景的癌症治疗策略。图2 非共价 PROxAb Shuttle 技术与共价抗体-PROTAC 共轭物的比较。A) 蛋白质溶解靶向嵌合体（PROTAC）的作用模式。B) PROTAC 与抗体的共价连接依赖于在 PROTAC 上找到合适的出口载体进行连接。随后，需要将相应的连接子-PROTAC 分子与抗体骨架共轭。C) PROxAb Shuttles 依靠的是从驼科动物中提取的单结构域抗体，这种抗体能与 PROTAC 的 VHL 配体结合亚基结合。通过将这种抗体结构域与现有的抗体支架融合，可获得双特异性融合蛋白。图片来源：参考论文1笔者从他们发表的预印本论文中发现这一技术的另一大亮点在于它没有选择传统抗体选择，而使用了骆驼和羊驼体内的纳米抗体（nanobody）。与传统的抗体相比，纳米抗体拥有更长的活性结合区域，氨基酸数量高达16到18个。纳米抗体的真正魅力在于它们卓越的温度稳定性和对有机溶剂的强大耐受性，这使得它们在药物开发和递送中展现出无比的优势。更重要的是，当这些纳米抗体被用作PROxAb穿梭体的一部分时，它们不仅能够精确地将PROTACs等小分子药物递送到病变细胞，还能在此过程中保持其结构和功能的完整。这意味着，即使在复杂的生物体环境中，纳米抗体也能确保药物递送的高效性和精准性，为疾病治疗带来新的希望。STAT3 PROTAC降解剂新篇章STAT3，全名为信号转导与转录激活因子3，属于STAT家族的关键成员。它通过响应多种细胞因子和生长因子的信号，激活下游基因的表达，进而调控癌细胞生存、增殖、新生血管形成、侵袭、转移、耐药和免疫逃逸等关键过程。由于STAT3在多种人类疾病，尤其是癌症中的异常活化，使其成为治疗这些疾病的潜在靶点。然而，针对STAT3的小分子药物开发长期以来受到特异性不足等问题的阻碍。2019年11月11日，来自美国密歇根大学的王少萌教授及其团队在《Cancer Cell》杂志上发表了一项开创性研究。该研究利用PROTAC设计了一种新型小分子，这种小分子能够在体外和体内特异性地降解癌细胞中的STAT3蛋白。这项研究不仅为治疗多种癌症开辟了新的药物策略，也为利用PROTAC技术针对其他难以成药的靶点设计降解剂提供了新思路。这标志着在癌症治疗领域，向长期难以攻克的靶点发起挑战的大门已经被打开。图3 STAT3 SH2 域抑制剂和 PROTAC 降解剂的结构引导设计 (A) STAT3 SH2 结构域抑制剂的设计。Ki 值为三次独立实验的平均值。(B）PROTAC STAT3 降解剂 SD-36 及其非活性对照 SD-36Me 的化学结构。(C）SD-36（橙色）与 STAT3（灰色）的共晶体结构。SI-109 与 STAT3 的结合模式与 SD-36 几乎相同。图片来源：参考论文2今年AACR年会他们又发布了新一代STAT3降解剂UM-STAT3-1218。与SD-36相比，新一代化合物在细胞中诱导STAT3降解的效力提高了50倍以上，并且对其他STAT成员展示了超过500倍的降解选择性。蛋白质组分析显示，先导化合物UM-STAT3-1218在细胞中仅降低STAT3蛋白的水平，对其他超过6700种蛋白质无影响。在激活了STAT3的白血病和淋巴瘤癌细胞系中，UM-STAT3-1218实现了低纳摩尔级别的IC50值。3 mg/kg的单次静脉注射剂量可以在异种移植肿瘤和原发组织中降低STAT3蛋白水平超过4天，而不降低其他任何STAT成员的水平。令人印象深刻的是，3 mg/kg的单剂量UM-STAT3-1218在多个异种移植肿瘤模型中实现了完全且持久的肿瘤消退，而没有毒性迹象。结论和展望在这个时代，我们用小分子启开未知的门。技术创新，如同夜晚的北风，吹拂着药物发现的帆。降解剂，从课堂的低语变成了会议中的高歌。化学与蛋白质，交织成一场未完的梦。化学蛋白质组学，如同探路者的灯火，在未知的夜行船上，首批药物，它们是希望的种子，在临床的土地上悄悄发芽。药物候选分子，它们的复杂性如同深海中的珊瑚，每一次的选择，都是对深渊的挑战。我们寻求的，不仅仅是一个目标，而是万千生命的光明。而这个行业，如同一场长久的航行，从竞争的风暴中驶向合作的港湾。癌症的战场，不再是你争我夺的孤岛，而是手牵手，共同面对风浪的大陆。这是一个新的旅程，我们在寻找的，不仅仅是治愈，而是理解，是共生，是和谐。在这条路上，每一步都铭记着过去，朝着更加光明的未来，坚定前行。参考资料：PROxAb Shuttle 技术论文预印版DOI:10.1101/2023.09.29.558399上一代stat3降解剂SD-36论文doi.org/10.1016/j.ccell.2019.10.002AACR 2024摘要下载AACR2024_Regular_Abstracts_04-01-24.pdf ADC生物偶联技术及研究进展详述 - 知乎.https://zhuanlan.zhihu.com/p/383720783. 参考资料从头学习抗体药物偶联（ADC）https://zhuanlan.zhihu.com/p/163027244.END深度聚焦多肽、多肽偶联药物研发、质控、工艺开发，7月相约苏州，联系电话18116036798戳“阅读原文”立即报名多肽药物论坛吧!