近年來，核酸藥物發(fā)展迅猛，市場需求不斷增加，上市審批迅速，涵蓋心血管與代謝疾病、肝病、腫瘤等多個領域。截至目前，全球已有10余種核酸藥物獲批上市，不少核酸藥物正處于臨床試驗階段。核酸藥物有望成為繼小分子藥物、抗體藥物之后的第三類藥物（圖1）。

越來越多經批準的核酸療法證明了通過靶向體內致病基因來治療疾病的潛力。通常，常規(guī)治療只產生短期治療效果，因為它們針對的是蛋白質而不是疾病的根源，而核酸藥物則直接作用于致病的靶基因或靶mRNA，在基因水平上發(fā)揮治療疾病的作用。核酸藥物包括ASO、siRNA、Aptamer、miRNA、mRNA、saRNA、sgRNA、U1 snRNA等。核酸藥物具有治療效率高、毒性低、特異性強、應用領域廣泛等優(yōu)點，顯示出其重要的醫(yī)學價值、生物科學等領域。

PROTAC（蛋白水解靶向嵌合體）是一種利用泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）降解靶蛋白的藥物開發(fā)技術。從結構上看， PROTAC由三部分組成：E3泛素連接酶配體和靶蛋白配體，兩個活性配體通過專門設計的“Linker"結構連接在一起，形成三元復合物。 PROTAC的靶蛋白配體與靶蛋白結合，E3泛素連接酶配體與胞內E3泛素連接酶的底物結合區(qū)結合，從而通過泛素化靶蛋白，將靶蛋白“拉"到E3泛素連接酶上，使 UPS 系統(tǒng)能夠降解目標蛋白（圖 2）。

過去20年來，研究人員基于肽和小分子設計了各種形式的PROTAC。然而，基于肽的PROTAC存在活性低和免疫原性等問題，極大地限制了其臨床醫(yī)學應用。與多肽PROTAC相比，小分子PROTAC體積更小，更容易被人體吸收，成藥性更好，因此小分子PROTAC仍然是主流。隨著科學技術的發(fā)展和進步，一些新型的PROTAC不斷出現，基于核酸的PROTAC應運而生。

RNA-PROTAC

RNA 結合蛋白 (RBP) 的功能缺陷是許多疾病的根源，而用常規(guī)藥物靶向 RBP 已被證明是困難的。 RBP 以動態(tài)、協調和序列選擇性的方式與 RNA 結合，形成核糖核蛋白 (RNP) 復合物，在 RNA 依賴性中發(fā)揮關鍵作用。某些疾病是由 RBP 的基因變化引起的，影響了 RBP 與 RNA 的結合。

RNA-PROTAC 的新型嵌合結構來靶向 RBP。 2021年，Jonathan Hall研究小組提出基于RNA的PROTACs的設計理念，作者成功構建了靶向 RBP（RNA 結合蛋白）的 RNA-PROTAC。使用小 RNA 模擬物作為靶向基團，它們可以特異性結合 RBP RNA 結合位點。 PROTAC 泛素化 RBP，然后通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解它們。作者對兩種 RBP（干細胞因子 LIN28 和剪接因子 RBFOX1）的降解進行了概念驗證，并展示了它們在癌細胞系中的用途。 RNA-PROTACs靶向Lin28蛋白，這是一種干細胞因子和癌蛋白，是多種疾病的潛在藥物靶點，具有很高的研究價值。

TF-PROTAC

轉錄因子（TF）是治療包括癌癥在內的疾病的一類重要治療靶點。由于TFS缺乏激酶或其他酶中常見的活性或變構位點，傳統(tǒng)的小分子抑制劑很難與其結合。因此，轉錄因子一度被認為是“不可成藥"的靶點，存在難以逾越的技術瓶頸。哈佛大學Wenyi Wei教授和西奈山伊坎醫(yī)學院Jian Jin教授報道了一種基于寡核苷酸鏈的“ TF-PROTAC "，它由DNA寡核苷酸和E3配體通過點擊反應連接而成（圖4），并能選擇性地降解致病性TF。 TF-PROTAC 的選擇性取決于所使用的 DNA 寡核苷酸。

作者成功開發(fā)了兩個系列的基于VHL的TF-PROTAC：NF-κB-PROTAC（dNF-κB）和E2F-PROTAC（dE2F），分別有效降解細胞內的內源性p65和E2F1蛋白，并表現出優(yōu)異的抗-細胞增殖作用（圖5）。

2021 年，Crews 團隊還報道了靶向轉錄因子 (TF) 的寡核苷酸 PROTAC：oligoTRAFTAC（圖 6）。OligoTRAFTAC由與 TF 和 E3 泛素連接酶配體結合的寡核苷酸鏈組成。

蛋白質印跡實驗表明，oligoTRAFTAC 成功降解了兩種致癌轉錄因子：c-Myc 和 brachyury。此外，作者發(fā)現oligoTRAFTACs可以成功降解脊索瘤細胞系的brachyury，并且在隨后的體內斑馬魚模型實驗中也表現出良好的降解活性（圖7）。

基于適配體的PROTAC 

適體是寡核苷酸（DNA 或 RNA）序列。寡核苷酸片段通常通過指數富集配體系統(tǒng)進化（SELEX）體外篩選從核酸文庫中獲得。核酸接頭因其可以與多種目標物質以高特異性和選擇性結合而被廣泛應用。 2021年，譚衛(wèi)紅課題組基于核酸適配體AS1411：ZL216設計了PROTAC（圖8）。

AS1411可以特異性靶向腫瘤細胞中高表達的核仁素受體，核仁素受體與其配體結合后被內化。作者通過體外實驗證明PROTAC具有較高的水溶性和血清穩(wěn)定性。此外，作者發(fā)現ZL216促進乳腺癌細胞中核仁素受體-ZL216-VHL三元復合物的形成，并在體外和體內有效誘導核仁素受體降解。隨后的細胞增殖和遷移實驗表明，ZL216還抑制乳腺癌細胞的增殖和遷移（圖9）。

適體-PROTAC 綴合物 (APC)

PROTAC是一種很有前景的靶向蛋白質降解策略。作為一種有效的靶向蛋白質降解方法，PROTACs在催化性能、高選擇性、克服耐藥性、有效阻斷非成藥靶點等方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)小分子藥物。但PROTAC一般具有高分子量和高疏水性，其理化性質很大程度上超過了“五法則"（RO5）。因此，傳統(tǒng)PROTAC的藥物開發(fā)往往受到其細胞膜通透性差、藥代動力學（PK）特性差以及缺乏腫瘤特異性靶向的限制。

為此，盛春泉課題組提出了Aptamer-PROTAC Conjugates（APCs）的設計理念。 APC 是通過可裂解的連接鏈將 PROTAC 靶向 BET 蛋白與適體 AS1411 (AS) 偶聯而獲得的（圖 10）。其中，核酸適體AS1411可以選擇性靶向腫瘤細胞表面高表達的核仁素受體。 AS本身對核仁素受體過表達的腫瘤具有良好的抑制活性，目前正在II期臨床試驗中進行評估。腫瘤細胞中谷胱甘肽含量豐富，因此連接鏈選擇可被谷胱甘肽（GSH）裂解的二硫鍵，可選擇性響應腫瘤微環(huán)境，在連接鏈裂解后釋放活性BET降解劑。

圖 10. APC 的設計策略

與未修飾的BET PROTAC（PRO）相比，APC綴合物（APR）在McF-7細胞的小鼠異種移植模型中表現出改善的腫瘤靶向能力，從而增強BET蛋白的體內降解和抗腫瘤效力。因此，APC策略為腫瘤特異性靶向PROTAC的開發(fā)提供了新的設計思路。

圖11 蛋白質降解實驗及體內成像、抗腫瘤實驗

適配體PROTACs Conjugates (APCs)的發(fā)展自提出以來可謂“驚天動地"。與傳統(tǒng)PROTAC相比，基于核酸的PROTAC提高了傳統(tǒng)小分子PROTAC的靶向性，在提高水溶性、膜通透性、腫瘤靶向性等方面發(fā)揮著重要作用。由于核酸藥物在體內易被核酸酶水解，半衰期短，極大限制了其在生物醫(yī)學中的應用。未來的研究方向應集中于提高核酸藥物的穩(wěn)定性、延長半衰期、改善藥代動力學性質、解決核酸藥物遞送問題。 

作為專業(yè)的PEG衍生物供應商，Biopharma PEG為客戶提供用于PROTAC開發(fā)的高純度PEG連接體。我們擁有超過 3000 種高純度 PEG 連接劑庫存，可幫助您進行聚乙二醇化、生物共軛、交聯、ADC 藥物開發(fā)、制藥和生物技術研發(fā)的生物標記。