在细胞内,蛋白质的降解是一个高度调控的过程,主要由泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-Proteasome System, UPS)负责。UPS不仅维持蛋白质稳态,还参与细胞周期调控、应激响应等关键生物学过程。靶向蛋白降解(Targeted Protein Degradation, TPD)技术正是利用UPS的选择性机制,通过诱导目标蛋白与E3
泛素连接酶的相互作用,促进其泛素化并降解。与传统抑制剂相比,TPD具有显著优势:可靶向“不可成药”
蛋白(如转录因子、支架蛋白)、克服耐药性,并实现更持久的治疗效果。目前,TPD领域已涌现出多种策略,其中分子胶(Molecular Glues)和PROTAC(蛋白水解靶向嵌合体)是最具代表性的两类技术。
TPD、分子胶与PROTAC的关系
TPD是广义概念,涵盖所有通过人工干预诱导特定蛋白降解的技术,而分子胶和PROTAC是其两大分支。
1、分子胶:单一小分子,通过“粘合”目标蛋白与E3连接酶,促使二者接近并触发泛素化降解。其结构简单,无需依赖靶蛋白的明确结合位点。
2、PROTAC:双功能嵌合分子,由靶蛋白配体、E3连接酶配体和连接链(Linker)组成,通过物理连接强制招募E3至靶蛋白附近。
3、协同与互补:分子胶的发现常源于PROTAC研发中E3配体的优化(如沙利度胺衍生物与CRBN的结合);PROTAC设计灵活,可适配更多靶点,而分子胶因小分子特性更易成药。
分子胶相比PROTAC的优势
尽管两者均依赖UPS,分子胶在以下方面更具潜力:
- 分子量小(<500 Da):符合类药五规则,口服吸收和细胞渗透性优于大分子量(700-1000 Da)的PROTAC。
- 无需明确结合位点:可降解缺乏活性位点的蛋白,适用范围更广。
- 避免PROTAC的构象限制:无需优化Linker,降解效率更高。
- 组织选择性更强:某些分子胶(如来那度胺)特异性结合特定E3(如CRBN),减少脱靶效应。
- 开发更简单:单一分子结构,合成与优化成本低于PROTAC的三部分设计。
然而,分子胶的理性设计仍面临挑战,目前多数通过表型筛选偶然发现。
分子胶的组成与经典药物
分子胶虽为单一小分子,但其作用依赖三个核心部分的功能协同:
- E3连接酶结合域:如CRBN、DCAF15等E3的配体结构。
- 靶蛋白结合域:通过诱导构象变化与目标蛋白结合。
- 界面调控区:稳定蛋白-E3相互作用,触发泛素化。
分子胶的组成与经典药物
1、沙利度胺(Thalidomide):
最初作为镇静剂使用,后因致畸性退市,但研究发现其可降解转录因子IKZF1/3,成为多发性骨髓瘤(MM)治疗药物。
机制:结合CRBN,招募IKZF1/3至E3复合体,促使其泛素化降解。
2、来那度胺(Lenalidomide)与泊马度胺(Pomalidomide):
沙利度胺的优化衍生物,增强对CRBN的亲和力,降解效率更高,用于MM和骨髓增生异常综合征。
拓展应用:通过修饰化学结构,可靶向降解其他蛋白(如GSPT1)。
这些药物不仅验证了分子胶的临床价值,也为理性设计新型降解剂提供了模板。
TPD的未来与挑战
尽管TPD在癌症治疗中展现出突破性潜力(如ARV-471、ARV-110等PROTAC进入临床),但仍需解决以下问题:
1、药物递送:PROTAC的大分子量限制其组织分布;
2、耐药性:靶蛋白突变或E3连接酶下调可能导致失效;
3、毒性控制:需避免过度降解必需蛋白。
分子胶和PROTAC的互补发展将持续推动TPD领域的进步,为“不可成药”靶点提供全新解决方案。未来,结合结构生物学与人工智能的理性设计,有望加速下一代降解剂的开发。
Monte Rosa therapeutics,是分子胶领域的王,公司于2018年由蛋白质降解领域先驱Rajesh Chopra和Ian Collins联合风险投资机构Versant Ventures共同创立,在期刊上多次发表他们的研究成果。譬如,综述《从沙利度胺到靶向蛋白质降解的合理分子胶设计》(Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2024, 64, 291-312),最近在《Science》上发表《挖掘CRBN目标空间重新定义了分子胶诱导的新底物识别规则》(doi/10.1126/science.adt6736)。该公司聚焦分子胶降解剂(MGD),通过重编程E3泛素连接酶选择性降解致病蛋白,解决传统小分子抑制剂无法靶向的蛋白靶点(约占人类蛋白组的80%)。
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