蛋白降解靶向嵌合分子（PROTAC）介紹及分子設計要素

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，結構中含有兩種不同配體，一個是泛素連接酶 E3 配體，另一個是與細胞中目標靶蛋白結合的配體，兩個配體之間通過 linker 相連，從而形成 “ 三體 ” 聚合物——靶蛋白配體-Linker-E3 配體。

PROTAC 分子在進入細胞后，其結構中的目標蛋白（Protein of Interest, POI）配體可特異性地與相應的靶蛋白結合，而另一端可以募集 E3 連接酶從而形成 POI-Linker-E3 ligase 三元復合物，其中 E3 連接酶可介導泛素結合酶 E2 對 POI 泛素化。被泛素標記的 POI 被蛋白酶體識別并降解。此過程無需靶蛋白配體長時間占據結合位點，只需三元復合物短暫的形成便可瞬時完成目標蛋白的泛素化，并且 PROTAC 在細胞內可多次循環利用。

二、PROTAC 分子設計要素

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鍵結構，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。在選擇上一般優先挑選類藥性更好的 CRBN 度胺類配體，其次是 VHL 及 IAP 等由內源性配體肽段的衍生結構。最后也需考慮具體的靶標蛋白所在細胞中相應 E3 連接酶的豐度以及最終 PROTAC 的理化性質參數。

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分子。連接子的性質對 PROTAC 的細胞膜通透性、藥效和代謝分布均有很大的影響。理想的連接子長度應能在空間上既不影響兩個蛋白結合又能維持它們的結合熵。目前還有將連接子改造成多接頭、光轉換接頭的研究。

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

靶蛋白配體作為 PROTAC 的導向基團，負責對靶蛋白的捕獲，因而需要有較高的配位能力與選擇性。在實際應用中，蛋白質已有的抑制劑與激動劑均可以作為配體候選，而無相關分子報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爭性結合，但需對靶蛋白具有較高專一性。