史上最全 | 靶向溶酶体途径的降解新技术

史上最全 | 靶向溶酶体途径的降解新技术

靶向蛋白质降解(TPD)为药物发现提供了前所未有的新机会。虽然蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）技术已经进入临床试验并改变了小分子药物的格局，但利用其他降解机制，特别是溶酶体途径的新降解技术已经出现，相关技术拓宽了可降解靶点的范围。

近日，复旦大学鲁伯埙教授、丁澦教授、费义艳教授以及华东师范大学邢栋教授共同在Chemical Society Reviews杂志上发表了题为“Emerging degrader technologies engaging lysosomal pathways”的综述文章，盘点了基于溶酶体途径的新兴蛋白降解技术，并讨论了这些技术的未来发展方向。

自噬-溶酶体途径诱导的蛋白降解

自噬是一种高度保守的细胞降解机制。其中，巨自噬是最主要的自噬降解机制，可以吞噬各类细胞内生物大分子（如蛋白质、蛋白质聚集体、DNA/RNA分子等）后传递给溶酶体降解。

自噬涉及一系列步骤，包括吞噬泡的启动、吞噬泡的成核和扩张、围绕部分细胞质的双膜自噬体的闭合和完成、与溶酶体的融合，以及自噬体中内容物的降解。LC3蛋白在此过程中扮演了非常重要的作用，目前已开出泛素相互作用基序(UIM)结合剂、共价结合剂等多种LC3的小分子配体。这些潜在的LC3配体为开发自噬依赖的蛋白降解技术提供了必需的前提条件。

除了LC3，自噬受体为进入自噬通路提供了另一种可能的对接位点。自噬受体在选择性自噬（巨自噬的一种亚型）中起着至关重要的作用。选择性自噬的货物包括许多不同类型的生物分子和细胞器，例如泛素化蛋白、过氧化物酶体和受损的线粒体。选择性自噬依赖于识别货物并将其束缚在吞噬泡上的自噬受体。例如，泛素结合蛋白SQSTM1/p62通过充当与LC3-II相互作用的衔接蛋白，靶向泛素化蛋白聚集体和细胞内细菌进行自噬降解。

ATTEC

技术全称：Autophagosome-Tethering Compound，自噬小体绑定化合物

代表性公司：PAQ Therapeutics（济景医药）、 阿泰克

ATTEC是一种可以同时结合LC3和致病生物分子或细胞器的化合物。ATTEC可通过LC3将后者束缚在吞噬泡上，再通过自噬诱导降解。由于自噬底物的广谱性，ATTEC有望将降解剂的适用范围推广至非蛋白质生物分子或细胞器。

AUTAC

技术全称：Autophagy-Targeting Chimera，自噬靶向嵌合体

自噬靶向嵌合体(AUtophagy-TArgeting Chimera，AUTAC)是另一类利用自噬的降解技术。不同于ATTEC，AUTAC不适用LC3作为接头蛋白诱导降解，而是通过自噬受体SQSTM1/p62来劫持选择性自噬。类同于PROTAC，AUTAC也通过泛素化诱导降解。然而，PROTAC需要靶蛋白K48位点连接的多聚泛素化后的蛋白质能够被26S蛋白酶体识别并进一步降解；而AUTAC需要触发靶标的K63多聚泛素化才能实现诱导降解。核苷酸8-nitro-cGMP（8-nitrocyclic guanosine monophosphate）是细胞内调节自噬体（autophagosome）招募的重要信号分子。

AUTOTAC

技术全称：Autophagy-Targeting Chimera，自噬靶向嵌合体

代表性公司：AUTOTAC Bio

自噬靶向嵌合体 (AUTOphagy-TArgeting Chimera，AUTOTACs) 是另一种涉及SQSTM1/p62的降解技术。但不同于需要诱导靶标泛素化降解的AUTACs，AUTOTACs直接与SQSTM1/p62 (p62zz)的ZZ结构域相互作用，不需要多泛素化。目前已开发出专门用于合成AUTOTAC的自噬靶向配体(ATL)。

内涵体-溶酶体途径诱导的蛋白降解

内涵体主要将跨膜或细胞外底物内化后通过溶酶体降解。

LYTAC

技术全称：Lysosome-Targeting Chimaeras，溶酶体靶向嵌合体

代表性公司：Lycia Therapeutics

LYTAC也是一种双功能分子，有两个结合域一端为结合细胞表面跨膜受体CI-M6PR（cation-independentmannose-6-phosphatereceptor）的配体，另一端为靶蛋白配体。这两个结合域通过一个化学连接基团结合。在质膜上形成的三聚CI-M6PR–LYTAC–靶蛋白复合物会被细胞膜“吞没”，形成一个运输囊泡。囊泡会将复合物运输到溶酶体中，之后靶蛋白被降解。

来源：Nature

原则上其他内体穿梭受体也可以用于LYTAC，同时，细胞类型特异性受体可能为细胞类型受限的蛋白质降解提供合适途径。例如，ASGPR是一种内吞细胞表面受体，在内源性蛋白被内化到肝细胞并降解的自然过程中发挥关键作用。Avilar Therapeutics开发的去唾液酸糖蛋白受体靶向嵌合体（ASGPR Targeting Chimeras）一端与靶蛋白结合，一端与ASGPR结合。所产生的ASGPR-ATAC-靶蛋白复合物会被细胞膜“吞没”，形成一个运输囊泡，囊泡会将复合物运输到肝细胞溶酶体中，之后靶蛋白被降解。由于ASGPR是一种肝脏特异性溶酶体靶向受体，因此，相比LYTAC（CI-M6PR在多种细胞中广泛表达），ATAC技术能够以限制细胞类型的方式降解胞外蛋白，有潜在的安全性优势。

ASGPR Targeting Chimeras原理（来源：Avilar）

PROTAC的经验教训

对比基于溶酶体的降解剂，PROTAC的作用机制更为确定，部分原因是更多的研究团队集中于PROTAC相关研究。同时，许多关于PROTAC的机理研究提供了有价值的信息，可能有利于推动基于溶酶体的降解剂的研究。

靶点选择策略

溶酶体能够降解多种类型的底物，包括蛋白质、蛋白质聚集体、受损细胞器等。但是以下的因素在选择溶酶体途径降解剂靶标时需要考虑，这将显著影响开发高效降解剂的成功率：

鉴定或设计靶向溶酶体途径降解剂的策略

靶向溶酶体途径降解剂的潜在优势和局限性

基于溶酶体的降解技术正在兴起，并大大扩展了目标范围。然而，靶点的半衰期和亚细胞定位等其他方面特性可能会限制这些基于溶酶体降解技术的靶点谱。

结论

综上所述，包括ATTECs / AUTACs / AUTOTACs / LYTACs / MoDE-As在内的溶酶体途径降解剂，提供了前所未有的利用自噬或内体-溶酶体途径选择性降解致病蛋白和非蛋白质靶点的技术，从根本上扩展了降解的靶点范围。这些降解剂可能有不同的形式，包括分子胶和双功能嵌合化合物。将来还需要进一步分析以上技术的作用机理，以排除可能的其他机制。经过生物学和临床验证的，在自噬能力较强细胞里位于胞质的长半衰期靶点是基于基于自噬途径降解剂的理想靶点，而细胞外和一些跨膜靶点可以通过基于内体-溶酶体的降解剂来降解。进一步开发这些技术还需要精确的结构信息、具有更高亲和力和更具选择性的靶头、额外的SAR信息及实验数据。

本文原文来自PharmCube