火熱的PROTAC療法,體外研發難點和最佳化分析

基於作用範圍廣,以及在克服耐藥和靶向不可成藥靶點等方面展現出的巨大潛力,PROTAC領域近年來研發火熱。

超1000個潛在靶點,製藥巨頭紛紛佈局

PROTAC即蛋白降解靶向嵌合體技術,利用雜合雙功能小分子化合物將靶蛋白和細胞內的E3泛素連線酶拉近,透過泛素-蛋白酶體蛋白降解途徑來特異性降解靶蛋白。和傳統小分子藥物相比,PROTAC實現的是蛋白的降解而不是蛋白的功能抑制,可以靶向支架蛋白以及不可成藥蛋白等更多的藥物靶點,其不依賴於靶標的活性位點的結合,因而易於開發高選擇性的藥物,並且保留了小分子藥物能靶向細胞內靶點,給藥方式多樣的特點。

目前,全球基於PROTAC技術展開的藥物研發火熱,靶向AR、ER、BTK、BRD9、IRAK4等靶點的PROTAC分子已進入臨床開發階段,而根據今年7月發表於Nature Reviews Drug Discovery的報道,目前有超過1000個蛋白可以做為PROTAC的潛在靶點,這為基於PROTAC的藥物研發提供了新的潛在機會。據報道,預計將有15個PROTAC專案在2021年底進入臨床研究。

當前各大製藥巨頭紛紛瞄準該領域,今年7月,輝瑞以超20億美金與PROTAC明星公司Arvinas達成協議,共同開發和推廣其在研靶向雌激素受體(ER)的口服PROTAC蛋白降解劑ARV-471,目前該藥正處於處在II期臨床試驗。同時,羅氏、拜耳、默沙東、GSK、諾華、阿斯利康、BMS等也紛紛佈局PRORAC。國內,海思科、開拓藥業、諾誠健華、亞盛醫藥、科倫藥業、恆瑞、石藥集團、百濟神州等也已佈局,其中海思科、開拓藥業的PROTAC已在國內獲批進入臨床試驗階段。

區別傳統小分子藥,設計開發要點複雜

雖然擁有諸多優點,但PROTAC藥物開發仍然面臨許多技術難點。藥明康德生物學事業部研發生物部主任朱曉宇博士對醫谷表示,一般認為技術難點主要是在成藥性方面,如分子量太大、水溶性&透膜性差、生物利用度低、合成難度大等,但其實並不侷限於此。

“細胞內有600多種E3,但現在藥物的設計主要依賴於VHL和CRBN,由此會帶來耐藥和降解neo-substrate引起的毒性的問題,因而新的E3的開發是研究方向之一。基於POI和E3的選擇,如何選擇合適的ligand和linker進行PROTAC的設計,也會影響三元複合物的空間構象,進而影響其穩定性和降解效率。靶點蛋白和E3連線酶被PROTAC連線以後,是否會因為電荷和立體結構存在正向或反向協同效應,安全性和選擇性又如何,其實要考慮的點還有很多。”朱曉宇博士介紹道。

同時,PROTAC依賴UPS (Ubiquitin-Proteasome System),實現對靶點蛋白的降解,具有相對於小分子抑制劑和抗體藥物獨特的優點和特點,建立合適的體外篩選方法,是PROTAC藥物設計的一條快捷之路,而PROTAC體外研究與其他小分子藥物研究相比具體有哪些差異和挑戰呢?對此,朱曉宇博士表示,“傳統小分子藥物的研究也是要基於疾病和靶點的,但會依據靶點的功能(如激酶)和藥物分子的設計(如共價或變構)做一些調整。那麼PROTAC首先要看到的是靶點蛋白的有效降解。沒有看到有效降解的話,需要去分析可能的原因,比如是否能進入細胞等。在看到有效降解以後,會評估下游通路的變化、選擇性、安全性等等。除此之外,PROTAC可能還會有一些不同專案,需要探索的不同的點,比如是否有協同效應,是否有neosubstrate的降解,neosubstrate的降解是否會帶來毒性還是其他的表型。最近報道的三價的PROTAC透過結合三個蛋白位點增加協同性,提高了300倍的蛋白降解效率。所以PROTAC的體外研究應該還是要基於對靶點、專案、PROTAC的充分理解來進行藥物的評估。”

事實上,藥明康德研發生物部從2017年就開始支援PROTAC的藥物研發專案,累積了非常多的專案經驗,據朱曉宇博士介紹,主要在體外評估蛋白的降解、二元結合、三元複合物的形成以及建立HiBiT的細胞株方面,在靶點蛋白和E3連線酶協同作用、評價蛋白降解選擇性等方面也有豐富的研究經驗,同時也在與分析團隊合作,進行在蛋白組學層面分析蛋白降解譜的方法開發。此外,團隊一直在支援基於靶點的藥物開發整合專案,對於方法的開發和選擇,腫瘤相關的靶點和通路都有比較系統的理解,也能很好地支援PROTAC降解蛋白以後的功能和表型分析。

11月18日15:00-16:00

,朱曉宇博士將做客藥明直播間,透過真實案例與大家分享PROTAC藥物開發體外支援的相關經驗。歡迎大家一同參與!

火熱的PROTAC療法,體外研發難點和最佳化分析

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