PROTAC（Proteolysis－Targeting Chimera，蛋白降解靶向嵌合體），一項近來年發(fā)展蓬勃的熱門技術(shù)，來源于2004年的諾貝爾化學(xué)獎（以色列科學(xué)家Aaron Ciechanover、AvramHershko和美國科學(xué)家Irwin Rose被授予該獎，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解）。

目前國外布局該領(lǐng)域的有C4 Therapeutics、Cullgen、Kymera Therapeutics、Nurix Therapeutics等，國內(nèi)布局該領(lǐng)域的企業(yè)有凌科藥業(yè)、分迪科技、蘇州開拓藥業(yè)、五元生物等。此外，一些大藥企也通過合作的方式布局該領(lǐng)域，如羅氏、默沙東、禮來、AZ、諾華、GSK、基因泰克、拜爾、輝瑞等。

這樣一種被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界所肯定的技術(shù)，是被誰最先發(fā)現(xiàn)的呢？那我們就不得不提一提該技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)——耶魯大學(xué)教授兼PROTAC概念提出者Craig Martin Crews。

Crews先后創(chuàng)辦過兩家公司。2003年創(chuàng)辦Proteolix，該公司在2009年被奧尼克斯制藥公司收購；2013年Crews再創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)辦了全球首個專注于PROTAC領(lǐng)域的公司Arvinas。Arvinas于2018年9月上市，發(fā)行價只有16美元。在不到三年的時間里，Arvinas的股價已迅速上漲至77．55美元，市值達(dá)37．99億美元，較上市時翻了近5倍。值得一提的是，其股價甚至到達(dá)過92．77美元的高峰，峰值市值超過40億美元。

這樣一位集科學(xué)家與企業(yè)家于一身的人物，他與PROTAC之間又有哪些故事？讓我們一起來看看Crews和他的PROTAC科研轉(zhuǎn)化之路。

科學(xué)家、企業(yè)家、編輯等數(shù)職集一身的PROTAC先驅(qū)Crews

早在2001年，Crews教授團(tuán)隊和加州理工大學(xué)Raymond J． Deshaies教授就首次提出了PROTAC這一概念，并成功設(shè)計合成了第一批PROTAC雙功能分子用于降解甲硫氨酰氨肽酶2（MetAP－2）。第一本描述PROTAC技術(shù)的出版物也于2001年7月由Crews教授團(tuán)隊出版。

靶向蛋白降解構(gòu)造圖，圖源耶魯官網(wǎng)

PROTAC技術(shù)在一定程度上利用細(xì)胞內(nèi)的泛素－蛋白酶體系統(tǒng)來降解掉目的蛋白。PROTAC分子一端為目的蛋白（POI），另一端為E3泛素連接酶，中間通過適合長度的linker相連接（其組成和長度可對PROTAC活動產(chǎn)生顯著影響）。在結(jié)構(gòu)綁定后形成三元復(fù)合物，該蛋白從而被打上“泛素化”的標(biāo)簽，并進(jìn)而被蛋白酶體識別和降解。

它的發(fā)現(xiàn)也推動了靶向蛋白降解（TPD）領(lǐng)域的發(fā)展，為新藥和新型化學(xué)敲除工具開啟了新的篇章。該技術(shù)具有克服癌癥藥物耐藥性、可消除激酶的酶促和非酶促功能、降解“不可成藥（undruggable）蛋白質(zhì)靶點(diǎn)”等優(yōu)點(diǎn)。尤其是“不可成藥”靶點(diǎn)：傳統(tǒng)的小分子抑制劑需要與目標(biāo)蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的結(jié)合，通常到其活性部位；但PROTAC蛋白降解物只需要與目標(biāo)蛋白質(zhì)弱結(jié)合，以便具體“標(biāo)記”它。PROTAC技術(shù)預(yù)計可解決80％的“不可成藥”蛋白質(zhì)靶標(biāo)。

隨后在2003年，Crews參與創(chuàng)立了Proteolix，該公司的蛋白酶抑制劑Kyprolis?獲得FDA批準(zhǔn)治療多發(fā)性骨髓瘤。期間，通過不斷地研究，2008年Crews教授團(tuán)隊首次合成了含有nutlins的小分子PROTAC，成功地將AR募集到鼠雙微體2（mouse double minute 2 MDM2）上，并作為E3 泛素連接酶觸發(fā)其泛素化和蛋白酶體降解。2009年，Proteolix被奧尼克斯制藥公司收購，Crews則繼續(xù)堅持PROTAC領(lǐng)域的研發(fā)。

基于該知識產(chǎn)權(quán)，Crews 2013年成立了首個專注于PROTAC的制藥企業(yè)Arvinas，2018年Arvinas成功登錄納斯達(dá)克（NASDAQ：ARVN）。除上述所言之外，Crews不僅是科學(xué)家、企業(yè)家，他還在多個編輯委員會任職，并擔(dān)任過細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)編輯，并在這幾個領(lǐng)域都取得了不錯的成就。其中，最讓人關(guān)注的是Crews是如何將自己的科研項目轉(zhuǎn)化到企業(yè)商業(yè)化發(fā)展的，或許Arvinas可以告訴我們答案。

PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎與技術(shù)平臺完美配合

Arvinas是一家臨床階段的生物制藥公司，致力于通過發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和商業(yè)化降解治病蛋白的療法。除了上述提到的Cerws外，公司還有一眾在生物醫(yī)藥行業(yè)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)導(dǎo)、董事、科學(xué)官，包括總裁兼CEO John G． Houston（曾是百時美施貴寶藥物發(fā)現(xiàn)高級副總裁）、CSO Ian Taylor（曾是輝瑞腫瘤藥物早期開發(fā)負(fù)責(zé)人、拜耳癌癥生物學(xué)副總裁）、科學(xué)顧問委員會Tomasz M． Beer， M．D．， F．A．C．P．（國際知名前列腺癌研究員和臨床醫(yī)生）等。

在具有豐富經(jīng)驗(yàn)團(tuán)隊的帶領(lǐng)下，Arvinas基于Cerws教授的PROTAC技術(shù)建立了PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎和PROTAC靶向蛋白降解技術(shù)平臺。

自2013年成立以來，Arvinas PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎在口服生物利用率、臨床前研究中通過血腦屏障的降解物、First－in－h(huán)uman安全數(shù)據(jù)、人體藥代動力學(xué)和藥效學(xué)數(shù)據(jù)、First－in－h(huán)uman效果數(shù)據(jù)等方面都有突破。

PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎的藥物發(fā)現(xiàn)過程主要分為三個步驟：

首先是連接酶的選擇和配體的鑒定。人體有超過600種E3連接酶，Arvinas通過高通量和DNA編碼文庫（DEL）的先進(jìn)篩選能力從E3知識庫中匹配正確的E3連接酶到正確的靶標(biāo)，包括識別新的靶標(biāo)結(jié)合“彈頭”、“不可藥物”靶標(biāo)以及E3連接酶的新結(jié)合物。Arvinas還通過創(chuàng)建新的PROTAC蛋白降解物發(fā)現(xiàn)具有靶向表達(dá)模式的E3連接酶，如腫瘤或中樞神經(jīng)系統(tǒng)定位的E3連接酶，以助力靶向癌癥和神經(jīng)療法的發(fā)展。

其次是PROTAC快速設(shè)計。PROTAC降解物、靶蛋白和E3連接酶之間的三元配合物是必要的基礎(chǔ)條件。但科學(xué)團(tuán)隊對“泛素化區(qū)域”的深刻理解使他們意識到，想要提高設(shè)計效率，還需要利用結(jié)構(gòu)和生化信息精確預(yù)測目標(biāo)蛋白上哪些賴氨酸殘基可以被泛素“標(biāo)記”。Arvinas從進(jìn)化鏈接器、預(yù)算計算模型、蛋白質(zhì)組學(xué)這三個方面入手，快速精準(zhǔn)的了解藥物特性并快速迭代以優(yōu)化降解物對藥物靶點(diǎn)的選擇性。

最后是將降解物轉(zhuǎn)化為藥物。不同于人們提出并運(yùn)用了二十幾年的小分子藥物發(fā)現(xiàn)指導(dǎo)法則——“Lipinski五倍率法則”，Arvinas擁有一套自己專利的“Arvinas規(guī)則”，以指導(dǎo)PROTAC降解物的研發(fā)。Arvinas還通過研究PK／PD和療效關(guān)系，研發(fā)出具有藥物性質(zhì)和活性的PROTAC降解物。

通過結(jié)合PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎和PROTAC靶向蛋白降解技術(shù)平臺，運(yùn)用PROTAC技術(shù)系統(tǒng)性地選擇、鑒定、設(shè)計、轉(zhuǎn)化靶向蛋白藥物，達(dá)到藥物設(shè)計高效和藥物治療有效的目的。

在研產(chǎn)品13個，腫瘤學(xué)、免疫腫瘤學(xué)、神經(jīng)學(xué)等均布局

Arvinas通過使用PROTAC發(fā)現(xiàn)引擎建立起一組廣泛的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)品候選管道，管道產(chǎn)品治療范圍涵蓋靶向腫瘤學(xué)（包括免疫腫瘤學(xué)）、神經(jīng)學(xué)和其他治療領(lǐng)域的疾病，目前在研項目達(dá)13個。

在研管線，圖源Arvinas 2020年報

Arvinas的主要候選產(chǎn)品是ARV－110和ARV－471。

2019年3月，Arvinas開始對ARV－110靶向蛋白降解物進(jìn)行臨床研究，這是全球首款進(jìn)入臨床試驗(yàn)的PROTAC藥物，用于治療用于治療轉(zhuǎn)移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC）。

在美國，前列腺癌是第二大常見癌癥，也是癌癥死亡的第二大原因。目前針對mCRPC的標(biāo)準(zhǔn)治療藥物恩雜魯胺（enzalutamide）和阿比特龍（Abiraterone）對部分患者有益，其余多達(dá)25％的患者會因?yàn)樾奂に厣�產(chǎn)水平增加、AR基因增強(qiáng)表達(dá)、AR點(diǎn)突變等原因，對此治療沒有反應(yīng)，且絕大多數(shù)有反應(yīng)的患者最終會產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致診斷者預(yù)后不良。

而ARV－110是一種靶向AR的PROTAC蛋白降解物，而調(diào)節(jié)AR信號的能力則是控制疾病進(jìn)展的重要因素。ARV－110利用人體的自然機(jī)制降解AR蛋白來起效，因此可以克服目標(biāo)蛋白表達(dá)增加和突變從而克服耐藥性。

ARV－110研發(fā)數(shù)據(jù)對比，圖源Arvinas官網(wǎng)

在臨床前研究中，ARV－110顯示了作為AR靶向降解物的良好活性。在恩雜魯胺敏感模型中，ARV－110以更低的劑量顯示出與恩雜魯胺相似的前列腺特異性抗原（PSA）減少。在獲得性和固有耐藥恩雜魯胺的體內(nèi)模型中，ARV－110已被證明分別抑制腫瘤生長70％和100％。

2019年8月，Arvinas宣布另一款主要候選產(chǎn)品ARV－471進(jìn)入臨床研究，ARV－471是一款口服靶向雌激素受體蛋白（ER）的PROTAC蛋白降解物，用于治療局部晚期或轉(zhuǎn)移性ER陽性／HER2陰性乳腺癌患者。

大約80％新診斷的乳腺癌病例中是ER陽性（ER＋）。雖然批準(zhǔn)的治療方法對于患者有一定的療效，但許多ER＋乳腺癌在接受治療的過程中會逐漸產(chǎn)生耐藥性。例如氟維司群（Faslodex，抗雌激素治療后ER＋轉(zhuǎn)移性乳腺癌的標(biāo)準(zhǔn)治療藥物），氟維司群已驗(yàn)證了ER的退化可作為治療干預(yù)的重要因素，但與使用氟維司群治療六個月后的基線水平相比，仍有高達(dá)50％的ER被保留。

與通過肌肉注射施用的氟維司群不同，Arvinas的ER定向PROTAC蛋白降解物ARV－471是一種正在開發(fā)的口服療法。在臨床前研究中，ARV－471顯示出了作為ER降解物的良好活性，顯示出比氟維司群更優(yōu)越的腫瘤生長抑制能力；I期臨床試驗(yàn)中期數(shù)據(jù)顯示，針對接受過多種前期療法的ER陽性／HER2陰性晚期或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者，該藥表現(xiàn)出強(qiáng)勁的療效信號，具有 “Best－in－class”雌激素受體降解物的潛力。

ARV－471研發(fā)數(shù)據(jù)對比，圖源Arvinas官網(wǎng)

目前，ARV－110以及ARV－471項目均處于II期臨床研究階段，由Arvinas全資擁有。

除此之外，Arvinas還在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病方面有所布局。PROTAC蛋白降解物能夠跨越血腦屏障，進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞，使得致病蛋白（如Tau）從細(xì)胞內(nèi)降解。這樣便防止了細(xì)胞內(nèi)功能障礙和病理性Tau蛋白向細(xì)胞外空間和健康神經(jīng)元的“朊病毒樣”擴(kuò)散，有期望成為治療與致病性Tau蛋白和α－突觸核蛋白相關(guān)疾病的有效療法。

管線的分布雖然豐富，但除了ARV－110和ARV－471均處于II期臨床研究之外，Arvinas的其他藥物管線仍處于臨床前研發(fā)階段。目前Arvinas仍處于產(chǎn)品開發(fā)的早期階段，尚未完成任何候選產(chǎn)品的商業(yè)化。

PROTAC未來發(fā)展如何？Linker、脫靶、評估方法等還有待優(yōu)化

可是，PROTAC技術(shù)真的就完美無缺嗎？

它的發(fā)展其實(shí)還面臨著許多挑戰(zhàn)等待著我們?nèi)ネ黄啤�—由于PROTAC以催化模式起作用，傳統(tǒng)方法難以準(zhǔn)確評估PROTAC的藥代動力學(xué) （PK） 和藥效學(xué) （PD） 特性，因此迫切需要更多的研究來建立PROTACs的PK和PD評估體系；人類基因組編碼超過600個E3泛素連接酶，然而在PROTAC的設(shè)計中使用的E3連接酶（VHL、CRBN、cIAP和MDM2）卻很少，如何擴(kuò)大E3泛素連接酶的范圍也是該領(lǐng)域面臨的另一個挑戰(zhàn)。另外PROTAC技術(shù)還面臨著linker長度的選取問題、脫靶效應(yīng)、三元復(fù)合體形成困難等問題。

未來，如何在發(fā)揚(yáng)PROTAC技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時解決這些問題，才是決定PROTAC技術(shù)能否成為突破性藥物研發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵。

作者：周秋寒