蛋白降解靶向嵌合分子（PROTAC）介紹及分子設(shè)計(jì)要素

一、PROTAC 介紹

PROTAC 全稱為 PROteolysis-TArgeting Chimeras (蛋白降解靶向嵌合分子)，是一種雜合雙功能小分子化合物，結(jié)構(gòu)中含有兩種不同配體，一個(gè)是泛素連接酶 E3 配體，另一個(gè)是與細(xì)胞中目標(biāo)靶蛋白結(jié)合的配體，兩個(gè)配體之間通過(guò) linker 相連，從而形成 “ 三體 ” 聚合物——靶蛋白配體-Linker-E3 配體。

PROTAC 分子在進(jìn)入細(xì)胞后，其結(jié)構(gòu)中的目標(biāo)蛋白（Protein of Interest, POI）配體可特異性地與相應(yīng)的靶蛋白結(jié)合，而另一端可以募集 E3 連接酶從而形成 POI-Linker-E3 ligase 三元復(fù)合物，其中 E3 連接酶可介導(dǎo)泛素結(jié)合酶 E2 對(duì) POI 泛素化。被泛素標(biāo)記的 POI 被蛋白酶體識(shí)別并降解。此過(guò)程無(wú)需靶蛋白配體長(zhǎng)時(shí)間占據(jù)結(jié)合位點(diǎn)，只需三元復(fù)合物短暫的形成便可瞬時(shí)完成目標(biāo)蛋白的泛素化，并且 PROTAC 在細(xì)胞內(nèi)可多次循環(huán)利用。

二、PROTAC 分子設(shè)計(jì)要素

三、PROTAC 分子一般由三部分組成：靶蛋白配體、連接子 Linker 以及 E3 蛋白連接酶配體。

1）E3 連接酶配體的選擇（Ligand for E3 Ligase）

E3 連接酶是引起靶蛋白泛素化的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，它的配體包括諸多種類，CRBN (Cereblon)、VHL (von Hippel-Lindau)、IAP 及 MDM2 等為目前常見類別。在選擇上一般優(yōu)先挑選類藥性更好的 CRBN 度胺類配體，其次是 VHL 及 IAP 等由內(nèi)源性配體肽段的衍生結(jié)構(gòu)。最后也需考慮具體的靶標(biāo)蛋白所在細(xì)胞中相應(yīng) E3 連接酶的豐度以及最終 PROTAC 的理化性質(zhì)參數(shù)。

2）連接子 Linker 的選擇（PROTAC Linker）

連接子是連接 E3 連接酶配體和靶蛋白配體的化學(xué)分子。連接子的性質(zhì)對(duì) PROTAC 的細(xì)胞膜通透性、藥效和代謝分布均有很大的影響。理想的連接子長(zhǎng)度應(yīng)能在空間上既不影響兩個(gè)蛋白結(jié)合又能維持它們的結(jié)合熵。目前還有將連接子改造成多接頭、光轉(zhuǎn)換接頭的研究。

3）靶蛋白配體的選擇（Ligand for Target Protein for PROTAC）

靶蛋白配體作為 PROTAC 的導(dǎo)向基團(tuán)，負(fù)責(zé)對(duì)靶蛋白的捕獲，因而需要有較高的配位能力與選擇性。在實(shí)際應(yīng)用中，蛋白質(zhì)已有的抑制劑與激動(dòng)劑均可以作為配體候選，而無(wú)相關(guān)分子報(bào)道的蛋白則可采用高通量篩選與虛擬篩選等方式尋找配體，并不要求配體與蛋白是抑制性或競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，但需對(duì)靶蛋白具有較高專一性。