近日，溶酶體靶向嵌合體 (LYTAC) 的發現在“江湖”上掀起了風浪，PROTAC 技術也安上了“開關”，到底是怎么回事兒呢？作為 5G 青年的小編又忍不住下手了，借此和大家聊一聊那些靶向蛋白技術~
靶向蛋白降解 (TPD) 是一種有效性的，高度選擇性的誘發蛋白降解方式。近年來，以 PROTAC 為代表的 TPD 技術的研究如火如荼。PROTAC 主要降解的是胞內蛋白，實際上，有 40% 的基因產物為胞外和膜相關蛋白，如生長因子、細胞因子和趨化因子，它們在多種疾病 (如癌癥和炎癥) 中引發異常信號傳導。那么，有沒有一種誘導胞外蛋白降解的技術來彌補 PROTAC 的這一局限呢？
PROTAC 是通過「清潔工」——泛素-蛋白酶體系統 (UPS) 來降解目標蛋白 (POI)，而此途徑是胞內蛋白降解的主要途徑，因此
PROTAC
主要降解胞內蛋白。泛素-蛋白酶體系統和自噬-溶酶體途徑：是目前最主要的兩條降解途徑。這兩條降解途徑之間相互聯系，具有協同和補償作用。
溶酶體靶向嵌合體 (LYTAC)
近日，來自斯坦福大學 Bertozzi 教授的研究團隊在 Nature 上報道了一項靶向胞外蛋白的降解技術——溶酶體靶向嵌合體 (LYTAC)。并且證明 LYTAC 成功降解了表皮生長因子受體 (EGFR)、程序性死亡配體 1 (PD-L1) 和載脂蛋白 E4。斯坦福大學的研究人員還表明，在細胞中，LYTAC 可以靶向并降解阿爾茨海默癥和癌癥中的重要蛋白。繼 PROTAC 之后，LYTAC 可能會成為另一個“爆款”。
圖 1. LYTAC 作用機制[3]
LYTAC 含有兩個結合域，一個寡糖肽基團 (Oligoglycopeptide group) 和一個能與目標蛋白質結合的抗體或小分子，兩者用 Linker 連接。寡糖肽基團在細胞表面與跨膜受體 CI-M6PR 結合，所得復合物被細胞膜吞沒，形成運輸囊泡，并在 CI-M6PR 作用下將復合物轉移至溶酶體降解，而受體 CI-M6PR 可循環利用并回到細胞膜 (如圖 1)。例如通過使用抗 EGFR 單克隆抗體 Cetuximab 與 CI-M6PR 配體 M6Pn 糖多肽綴合構建 LYTAC Ab-2 來降解 EGFR。
另外，在去年六月份，PROTAC 先驅、耶魯大學的 Crews 小組在 ACS Central Science 雜志上發表了另一項胞外蛋白降解技術——內源性嵌合體 (ENDTAC)。但該文章由于無法重現數據，已經于今年年初撤回。
不論是 LYTAC 還是 ENDTAC，都需要研究者繼續探索，推動靶向胞外蛋白蛋白技術的進一步發展。
龐大的蛋白降解家族
當然，“蛋白降解家族”可不止 PROTAC，LYTAC 兩個成員，還有很多其他的新興靶向蛋白技術，如光控靶蛋白降解 (photo-PROTAC)、分子膠 (Molecular Glue)，自噬介導的靶蛋白降解 (AUTAC)、利用 TRIM21 E3 連接酶靶向降解蛋白的 Trim-Away，基因編碼降解劑 (BioPROTAC) 等，這些技術不僅擴展了蛋白降解的途徑，同時提升了蛋白降解的精確度。
■ PROTAC 與 PhotoPROTAC：
在之前的文章中給大家介紹過 PROTAC 下面來畫一下重點吧。
PROTAC 一直是靶向蛋白降解家族的代表。
1、由三部分組成的雙功能雜交化合物：靶蛋白配體+Linker+E3 泛素連接酶配體 (圖 2)。
2、通過泛素-蛋白酶體系統靶向降解蛋白：PROTAC 可以與 E3 泛素連接酶和靶蛋白結合，誘導形成三元復合物，導致多聚泛素化并隨后降解靶蛋白。PROTAC 可以回收繼續利用 (圖 2)。
3、不僅具有靶向“不可成藥”蛋白的潛力，并且能夠在低濃度下有效誘導蛋白質降解。PROTAC 還能靶向突變蛋白，克服小分子抑制劑耐藥性的問題。
圖 2. PROTACs 的作用機制[6]
就在今年 7 月，PROTAC 先驅 Crews 小組又在 ACS Central Science 發表了首個具有細胞活性的靶向降解 KRAS G12C 突變的 PROTAC 分子 LC-2。LC-2 由 MRTX849 與 VHL E3 連接酶配體連接組成，并在多種癌細胞系中誘導快速且持續的 KRAS G12C 降解。
與大多數小分子抑制劑主要阻斷目標酶的催化活性不同，PROTACs
旨在降解目標蛋白。這種特性提供了優勢的同時也有潛在的弊端，當全身給藥時，它可能會導致正常細胞中的目標蛋白不受控制的降解，產生非特異性毒性。而光控開關
PROTACs 正是在 PROTAC 上添加一個可控的開關，使它在黑暗中無活性，特定波長的可見光下會被激活，降解目標蛋白。因此，光控開關
PROTACs 能夠在癌細胞或組織中激活，在時間和空間上精準地控制靶向蛋白降解，消除潛在的非特異性毒性。
圖 3. opto-pomalidomide 以 UVA 依賴的方式降解目標蛋白模式圖[10]
今年年初 Science Advances 上的兩篇背靠背文章，分別發表了關于光控的精準時空激活的 PROTAC。其中哈佛醫學院和西奈山醫學院研究團隊設計了 opto-PROTACs。他們通過在泊馬度胺 (Pomalidomide) 上添加一個對光不穩定的 Caging 基團，暫時阻止 Pomalidomide 與 E3 連接酶 CRBN 的相互作用，之后利用紫外線 A (UVA) 照射，opto-pomalidomide 分子以時間依賴性方式進行光解，從籠狀 (Caged) 狀態中解開，并成功介導 IKZF1/3 降解。他們據此原理設計的光控 opto-dBET1 以及 opto-dALK 也都分別成功介導了 BRD 蛋白和 ALK 融合蛋白的降解 (圖 3)。
圖 4. PHOTAC 的示意圖分子經照射后在非活性形式 (藍色五邊形) 和
活性形式 (黃色星形) 之間切換[11]
同樣的，紐約大學的研究團隊開發的靶向 BET 蛋白 (BRD2/3/4) 或 FKBP12 的光開關 PHOTAC 分子，也證明了光控的精準時空激活的有效性 (圖 4)。