2024年十大新型蛋白降解技术：TransTAC、pLYTAC、TrimTAC、IBG、DePLT、Pro-MPD……|介导|叶酸|活性|细胞|蛋白降解技术

蛋白质是生命活动的主要承担者，其合成与降解的平衡对维持细胞稳态至关重要。靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation，TPD）技术能够特异性地识别并降解目标蛋白质，为疾病治疗提供了新的策略。

PROTAC、分子胶等代表性蛋白降解技术已成为当前最热门的药物研发赛道之一，与此同时，新型蛋白降解技术仍在不断涌现。在刚刚过去的2024年，新型蛋白降解技术如雨后春笋般竞相迸发，频繁登上Cell、Nature、Science等国际顶刊。

值得一提的是，在2024年公布的新型蛋白降解技术中，多项技术由国内院校及科研单位开发，如LIVTAC、Lin28A-miRNA-PROTAC、TrimTAC、Pro-MPD；此外，海外华人科学家也开发了TransTAC、FRTAC、DePLT等新技术

以下，医药魔方Pro梳理并筛选了2024年值得关注的十大新型蛋白降解技术，希望能够给TPD赛道的参与者、关注者提供一些参考。

1. 分子内二价胶水——IBG

杂志： Nature

发表日期： 2月21日

论文DOI： 10.1038/s41586-024-07089-6

通讯作者： Alessio Ciulli（英国邓迪大学），Georg E. Winter（奥地利科学院）

技术介绍： 分子内二价胶水（intramolecular bivalent glue，IBG）是一种新型机制的降解剂，可顺式连接靶蛋白相邻的两个结构域，通过构象改变增强靶蛋白与E3连接酶之间的结合力，最终导致靶蛋白的降解。

研究人员通过正交遗传筛选、生物物理表征和结构重构，研究了BRD2和BRD4的双功能降解物（即IBG）的作用机制，发现它们不像PROTAC那样在反式（trans）中连接靶标和连接酶，而是在顺式（cis）中同时连接靶标蛋白的两个相邻区域。所造成的结构改变使得靶标蛋白BRD4被E3连接酶DCAF11或DCAF16所识别，从而标记该蛋白质以供降解。通过对BRD4-IBG1-DCAF16三元复合物的结构解析，研究人员得以改良并设计出具低皮摩尔效力的降解剂。

大约60%-80%的人类蛋白质具有至少两个不同的结构域，因此有可能通过分子内二价胶接进行靶向降解。（推荐阅读：）

2. 特异靶向肝脏蛋白的降解剂——LIVTAC

杂志： Journal of Controlled Release

发表日期： 9月2日

论文DOI： 10.1016/j.jconrel.2024.08.044

通讯作者： 张翾（中国科学院上海药物研究所），何永捍（中国科学院昆明动物所）

技术介绍： PROTAC技术存在组织靶向性不足、成药性优化困难以及水溶性差等挑战，特异靶向肝脏蛋白的降解剂（Liver-Targeting Chimera，LIVTAC）克服了这些难题，成功实现了肝内靶蛋白的精准降解，并在肝细胞癌（hepatic cell carcinoma，HCC）模型上进行了概念验证。

研究者们利用肝实质细胞特异高表达去唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）的特点，将PROTAC分子和ASGPR配体相偶联，借此实现PROTAC的肝脏靶向摄取和释放。代表性LIVTAC分子XZ1606表现出优异的蛋白降解能力和体外抗癌活性。且XZ1606在小鼠肝癌移植瘤模型中展现出良好的抗肿瘤活性。

一系列结果表明，LIVTAC作为一种新型的HCC治疗手段，可有效避免传统药物干预手段因分子靶向性不足而产生的“在靶毒性”，突显了其转化应用的巨大潜力，有望用于其它肝脏疾病的治疗。

来源：Journal of Controlled Release

3. 基于miRNA的蛋白靶向降解嵌合体——Lin28A-miRNA-PROTAC

杂志：Science Advances

发表日期：9月18日

论文DOI：10.1126/sciadv.adp0334

通讯作者：汤新景、王倩（北京大学）

技术介绍： 基于miRNA的蛋白靶向降解嵌合体（Lin28A-miRNA-PROTAC）主要针对目前基于miRNA的核酸药物存在的效果不佳和难以成药的问题，为乳腺癌的治疗提供了一种有希望的治疗方法，同时也提供了一种新的基于miRNA的PROTAC策略来提升miRNA疗法的疗效。

这种基于miRNA的PROTAC分子通过不同长度和类型的连接臂将pre-let-7序列与E3泛素连接酶配体分子（泊马度胺或VH032）进行连接，pre-let-7序列与靶标蛋白Lin28A结合，而E3泛素连接酶配体分子（泊马度胺或VH032）招募E3泛素连接酶（CRBN或VHL）诱导Lin28A蛋白通过泛素-蛋白酶体途径降解。

筛选优化出的Lin28A-miRNA-PROTAC分子P7f-1-FL-P4-C能够在短时间内高效地将内源性Lin28A蛋白的表达水平降解至20%以下，并且诱导成熟抑癌miRNA let-7表达上调，从而抑制乳腺癌细胞T47D的增殖和迁移能力。

P7f-1-FL-P4-C与化疗小分子药物他莫昔芬联用进一步提升了其对乳腺癌肿瘤细胞T47D增殖和迁移能力的抑制能力，表现出强大的联合治疗效果。在乳腺癌T47D肿瘤小鼠模型中，该PROTAC分子成功实现了对肿瘤中Lin28A蛋白的降解和对肿瘤生长的抑制。当其与化疗小分子药物他莫昔芬的联合治疗进一步抑制肿瘤生长，实现对肿瘤的逐渐消退。

来源：Science Advances

4. 转铁蛋白受体靶向嵌合体——TransTAC

杂志：Nature

发表日期：9月25日

论文DOI：10.1038/s41586-024-07947-3

通讯作者：周昕（Dana-Farber癌症研究中心/哈佛大学医学院）

技术介绍： 转铁蛋白受体靶向嵌合体（transferrin receptor targeting chimeras，TransTAC）是一种用于降解膜蛋白的异源双特异性抗体，可降解各种类型的膜蛋白（单跨、多跨、天然或合成的膜蛋白等），且在不同的细胞系统中达到超80%的降解效率。

从原理上看，TransTAC解决了PROTAC的一大痛点——对膜蛋白的降解作用不佳。TransTAC以膜受体TfR1为核心是为了介导膜蛋白降解而生的。而在此之前的LYTAC虽然也可用于膜蛋白，但其需要用糖分子作为配体，适用范围有限。

TransTAC的应用方面，TransTAC不仅可以作为“配角”，通过靶向细胞表面的CD19，实现对CAR-T活性的可逆调控，为CAR-T细胞疗法的毒性管理提供新策略。TransTAC还可以作为“主角”，直接用于治疗疾病，比如靶向EGFR的TransTAC可用于治疗酪氨酸激酶抑制剂（TKI）耐药的非小细胞肺癌（NSCLC）。（推荐阅读：）

来源：Nature

5. 基于人工设计蛋白的溶酶体靶向降解嵌合体——pLYTAC

杂志：Nature

发表日期：9月25日

论文DOI：10.1038/s41586-024-07948-2

通讯作者：David Baker（华盛顿大学）

技术介绍： 作者从头设计了一类新型蛋白质——EndoTag（endocytosis-triggering binding protein），在此基础上构建了基于人工设计蛋白的溶酶体靶向降解嵌合体——pLYTAC，能够在活细胞中靶向降解大量疾病相关分子靶点，该技术具有巨大的治疗潜力，包括应用于癌症精准治疗以及自身免疫疾病和神经退行性疾病的治疗。

计算设计蛋白质系统的一大优势是可以在分子层面实现精准治疗。研究团队通过将多个EndoTag与他们之前设计的蛋白质开关LOCKR技术结合，创建了逻辑门控pLYTAC，实现更高特异性的蛋白质靶向降解。

通过促进内吞作用，EndoTag融合通过经过工程改造的配体-受体系统将信号转导增加近100倍。作为靶向降解诱导剂、内吞依赖性通路的信号激活剂，以及靶向抗体-药物偶联物（ADC）和抗体-RNA偶联物（ARC）的细胞摄取诱导剂，EndoTag具有相当大的治疗潜力。（推荐阅读：David Baker最新Nature！这次竟与LYTAC有关）

来源：Nature

6. 叶酸受体靶向嵌合体——FRTAC

杂志： Nature Communications

发表日期： 10月8日

论文DOI： 10.1038/s41467-024-52685-9

通讯作者： 唐维平（威斯康星大学麦迪逊分校）

技术介绍： 叶酸受体靶向嵌合体（Folate Receptor TArgeting Chimeras，FRTAC）能选择性降解癌细胞中的细胞外癌症相关蛋白。FRTAC由两部分组成：叶酸配体（FA）可与癌细胞表面高表达的叶酸受体（FR）结合；抗体可与靶蛋白（POI）结合，如EGFR、PD-L1等。

研究人员研究了FRTAC在体内的作用，在所有三种肿瘤模型（B16F10荷瘤C57BL/6小鼠、CT26荷瘤BALB/c小鼠和MOC1荷瘤C57BL/6小鼠）中，作者开发的PD-L1降解剂Ab3-FA均发挥了比Ab3治疗组更显著的肿瘤抑制效果，这表明该靶向降解剂可以有效减缓多种肿瘤模型的肿瘤进展，且比阻断抗体具有更强的抗肿瘤功效。

FRTAC利用癌细胞表面高表达的叶酸受体作为靶向工具，将细胞外蛋白输送到溶酶体中进行降解。这种设计理念巧妙地利用了癌细胞与正常细胞之间叶酸受体表达的差异，实现了对癌细胞的选择性杀伤，从而降低了副作用。（推荐阅读： PROTAC之后，FRTAC来了 | Nature子刊）

来源：Nature Communications

7. 基于trim21的分子胶和PROTAC降解剂——TrimTAC

杂志：Cell

发表日期：11月1日

论文DOI：10.1016/j.cell.2024.10.015

通讯作者：韩霆、黄牛（清华大学/北京生命科学研究所）

技术介绍： 这项研究发现了乙酰丙嗪的代谢产物(S)-ACE-OH具有E3泛素连接酶TRIM21介导的分子胶活性，并据此设计了基于TRIM21的新型PROTAC分子（命名为TrimTAC），能够选择性降解多聚蛋白而不影响单体蛋白。

研究人员发现，先天免疫受体TRIM21是介导(S)-ACE-OH杀伤肿瘤细胞的关键因子，且TRIM21与Fc结合的口袋很可能也是(S)-ACE-OH结合的位点。通过体外重构(S)-ACE-OH、TRIM21和NUP98的三元复合物，研究人员证明了(S)-ACE-OH是一种全新的分子胶。

研究人员通过X射线晶体衍射获得了乙酰丙嗪及其代谢产物与TRIM21的共晶结构，为新配体的开发和PROTAC的设计提供了方向。根据晶体结构设计了基于TRIM21的PROTAC（命名为TrimTAC）。通过对比TrimTAC和传统的基于CRBN的PROTAC的细胞活性，发现TrimTAC不能降解单体蛋白，但能降解聚集形式的蛋白；而基于CRBN的PROTAC不具备上述选择性。

由于蛋白质异常聚集可导致自身免疫疾病、神经退行性疾病及癌症等多种疾病，该研究展示了多聚体选择性的TrimTAC技术的广阔应用前景。（推荐阅读：）

来源：Cell

8. 分子撬棍——molecular crowbar

杂志：PNAS

发表日期：11月12日

论文DOI：10.1073/pnas.2403330121

通讯作者：Maurizio Pellecchia（加州大学河滨分校）

技术介绍： 脯氨酰异构酶（Prolyl isomerase，Pin1）的过表达是肿瘤发生的重要驱动因素。目前，针对Pin1靶点的药物研究主要集中在共价抑制剂上，如KPT-6566和BJP-07-017-3等。

研究人员首先提出假设，蛋白质热失稳与细胞内蛋白质降解之间可能存在关联。接下来，研究人员基于一款已知的Pin1抑制剂的结构，设计并合成了一系列新的Pin1配体，并对它们进行结构-活性关系（SAR）研究。结果显示，高结合亲和力和热失稳是Pin1降解剂发挥效力的关键特征。

然后，通过使用蛋白酶体抑制剂，研究人员证实了Pin1降解剂是通过蛋白酶体途径来降解Pin1的。后续的溶液NMR实验发现，Pin1降解剂不仅影响结合位点附近的氨基酸残基，还改变了螺旋D和环FG的构象。X射线晶体学实验发现，Pin1降解剂与Pin1共价结合后，会导致螺旋D的展开和环FG的移动，从而暴露出疏水残基。

最后，研究人员提出了“分子撬棍”机制，即Pin1降解剂通过破坏蛋白质稳定相互作用，诱导其构象变化，使得蛋白质更容易被蛋白酶体降解系统识别，从而促进Pin1的降解。（推荐阅读：）

来源：PNAS

9. 膜蛋白降解嵌合体——Pro-MPD

杂志：JACS

发表日期：11月19日

论文DOI：10.1021/jacs.4c06160

通讯作者：陈鹏（深圳湾实验室/北京大学）、张恒（深圳湾实验室）

技术介绍： 肿瘤原位激活靶向膜蛋白降解嵌合体（Pro-MPD）仅在肿瘤微环境内蛋白酶激活穿膜肽后，才会引发靶蛋白的内化和降解。在正常组织中，由于缺乏相关蛋白酶，降解嵌合物仅结合而不降解，从而确保了肿瘤部位的特异性降解。

Pro-MPD由三个模块组成：1）靶向目标蛋白的双特异性纳米抗体，通过结合目标蛋白的两个不同表位增加亲和力；2）可被蛋白酶切割激活的穿膜肽，负电氨基酸构成的遮蔽肽使穿膜肽暂时失活，实现肿瘤靶向和特异性降解；3）Fc结构域，延长降解嵌合物在体内的半衰期。以PD-L1为模式蛋白，研究者从免疫羊驼中筛选得到多个CDR3序列不同的纳米抗体，并组合得到亲和力极大提升的双表位抗体。

Pro-MPD提供了一种开发条件激活型MPD的通用策略，减少了MPD由非肿瘤降解引起的非预期系统毒性，为“不可成药”的膜蛋白靶点提供了新的治疗手段。这项工作创造性地使用非阻断PD-L1纳米抗体作为靶向官能团，生物学活性全部依赖于对肿瘤原位靶蛋白的降解引发，可以视为一种新的“前抗体”设计。（推荐阅读：蛋白降解新技术——Pro-MPD | 中国科学家新成果）

来源：JACS

10. 血小板降解剂——DePLT

杂志：Nature Biotechnology

发表日期：12月3日

论文DOI：10.1038/s41587-024-02494-8

通讯作者：胡全银（威斯康星大学麦迪逊分校）

技术介绍： 利用血小板回到伤口区域并在激活后释放其表面和细胞内内容物的能力，研究团队首先将靶蛋白（POI）的配体预先“拴到”血小板中的分子伴侣热休克蛋白90（HSP90）上（采用共价结合，不改变HSP90的功能）。基于HSP90能够调节蛋白降解的特性，科学家们创建了一个能够在体内降解细胞内和细胞外POI的新型TPD平台——血小板降解剂（degrader platelets，DePLT）。

研究人员预计，DePLT会特异性粘附在出血性病变上，并在凝血级联激活后释放POI配体–HSP90偶联物。激活的DePLT可通过两种模式介导靶细胞的靶向蛋白降解：1）装载进血小板衍生微粒（PMP）中的HSP90可以劫持UPS来降解细胞内的POI；2）释放到环境中的游离HSP90可以诱导细胞外POI的溶酶体降解。

在术后乳腺癌小鼠模型中，靶向BRD4的DePLT有效抑制了癌症复发和转移，靶向PD-L1的DePLT成功触发了抗癌免疫应答。（推荐阅读：）