PROTAC：颠覆传统药物研发的新焦点

传统药物研发主要关注于直接调控蛋白质的活性，尤其是开发能够抑制蛋白功能的抑制剂。然而，近年来，一种名为蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）的新技术，通过利用细胞内部的蛋白质降解机制来清除与疾病相关的特定蛋白，成为了药物研究的新焦点。

本文将详细介绍PROTAC的结构和工作原理。

01 PROTAC的定义

PROTAC（PROteolysis TArgeting Chimera），即靶向蛋白水解的嵌合体，是一种创新的靶向蛋白降解技术。

该技术通过一种小分子嵌合体，同时结合我们希望降解的目标蛋白（POI，Protein of Interest）和E3泛素连接酶。这种结合促使目标蛋白被标记（泛素化），随后被细胞内的蛋白酶体降解。

与传统的小分子抑制剂不同，PROTAC实现了“催化性降解”，而不是简单的“一对一”抑制目标蛋白的活性。这种方法为调控细胞内蛋白质水平提供了新的策略。

02 基本结构和功能

PROTAC分子由以下三个主要部分组成。

2.1 与目标蛋白结合的配体

这部分是PROTAC分子的一个关键组分，它的任务是特异性地识别并紧密结合POI。这种特异性结合是PROTAC分子发挥作用的基础，因为它确保了只有特定的POI被标记并随后被降解。

2.2 与E3泛素连接酶结合的配体

这部分负责识别并结合E3泛素连接酶。

E3泛素连接酶是泛素-蛋白酶体系统中的关键酶，负责将泛素分子添加到POI上，从而标记它们被蛋白酶体降解。PROTAC分子的这一部分确保了E3酶能够被招募到目标蛋白附近，为泛素化过程提供必要的酶类支持。

2.3 连接子（Linker）

连接子是连接上述两个配体的化学链，它在PROTAC分子中起到桥梁的作用。

连接子不仅物理上连接了POI配体和E3配体，还允许这两个配体在空间上正确排列，以形成稳定的三元复合物。这种三元复合物的形成是PROTAC技术诱导POI泛素化和降解的关键步骤。

03 工作原理

3.1 形成三元复合物

PROTAC分子进入细胞后，它的任务是将E3泛素连接酶和POI聚集在一起。它能够先与这两个蛋白质中的一个形成一对一的临时结合，这种结合可能是松散的或紧密的。一旦PROTAC分子与其中一个蛋白质结合，它就能吸引另一个蛋白质，最终形成三者都参与的POI-Linker-E3 ligase三元复合物。

这个三元复合物的作用是让E3泛素连接酶和POI靠得非常近，近到足以形成新的相互作用，这种相互作用在没有PROTAC分子的帮助下是不会自然发生的。

3.2 泛素化

在PROTAC技术中形成的三元复合物使得E3泛素连接酶能够接近并识别POI。

随后，E3泛素连接酶催化一系列酶促反应，这些反应包括E1活化酶激活泛素分子、E2结合酶传递活化的泛素，以及E3泛素连接酶将泛素分子共价结合到目标蛋白的赖氨酸残基上。这个过程不断进行，最终在POI上形成一串多聚泛素链。

3.3 识别与降解蛋白酶体

当POI被泛素分子标记后，它就被定向至蛋白酶体以待降解。蛋白酶体是一个依赖ATP能量的蛋白质降解复合体，它具有强大的蛋白水解能力，能够切割大多数肽键。

在这个过程中，蛋白酶体识别并捕获被泛素标记的POI，然后在其内部的降解腔室中将蛋白质分解为小分子肽段或氨基酸。

3.4 循环利用PROTAC分子

PROTAC分子在诱导POI降解的过程中并不会被消耗，因为它本身没有赖氨酸残基或其他可被泛素化的位点，因此不会被蛋白酶体识别和降解。

这一特性使得PROTAC分子在细胞内保持稳定，能够多次循环利用。每当PROTAC与POI和E3泛素连接酶结合形成三元复合物后，它就能促进POI的泛素化并诱导其降解。

PROTAC技术作为一种创新的策略，能够诱导目标蛋白泛素化并促进其降解。然而，值得注意的是，迄今为止，在多达 600 多种的 E3 泛素连接酶里，被用于降解靶蛋白的还不足 10 种。尽管自2001年问世以来，PROTAC技术取得了显著进展，但在设计和应用方面仍面临一些挑战。

关注我，下期我们一同来探讨 PROTAC 技术在实际应用中的案例以及所面临的挑战。