蛋白降解靶向嵌合分子（PROTAC）介绍及分子设计要素

一、PROTAC 介绍

PROTAC 全称为 PROteolysis-TArgeting Chimeras (蛋白降解靶向嵌合分子)，是一种杂合双功能小分子化合物，结构中含有两种不同配体，一个是泛素连接酶 E3 配体，另一个是与细胞中目标靶蛋白结合的配体，两个配体之间通过 linker 相连，从而形成 “ 三体 ” 聚合物——靶蛋白配体-Linker-E3 配体。

PROTAC 分子在进入细胞后，其结构中的目标蛋白（Protein of Interest, POI）配体可特异性地与相应的靶蛋白结合，而另一端可以募集 E3 连接酶从而形成 POI-Linker-E3 ligase 三元复合物，其中 E3 连接酶可介导泛素结合酶 E2 对 POI 泛素化。被泛素标记的 POI 被蛋白酶体识别并降解。此过程无需靶蛋白配体长时间占据结合位点，只需三元复合物短暂的形成便可瞬时完成目标蛋白的泛素化，并且 PROTAC 在细胞内可多次循环利用。

二、PROTAC 分子设计要素

三、PROTAC 分子一般由三部分组成：靶蛋白配体、连接子 Linker 以及 E3 蛋白连接酶配体。

1）E3 连接酶配体的选择（Ligand for E3 Ligase）

E3 连接酶是引起靶蛋白泛素化的关键结构，它的配体包括诸多种类，CRBN (Cereblon)、VHL (von Hippel-Lindau)、IAP 及 MDM2 等为目前常见类别。在选择上一般优先挑选类药性更好的 CRBN 度胺类配体，其次是 VHL 及 IAP 等由内源性配体肽段的衍生结构。最后也需考虑具体的靶标蛋白所在细胞中相应 E3 连接酶的丰度以及最终 PROTAC 的理化性质参数。

2）连接子 Linker 的选择（PROTAC Linker）

连接子是连接 E3 连接酶配体和靶蛋白配体的化学分子。连接子的性质对 PROTAC 的细胞膜通透性、药效和代谢分布均有很大的影响。理想的连接子长度应能在空间上既不影响两个蛋白结合又能维持它们最低的结合熵。目前还有将连接子改造成多接头、光转换接头的研究。

3）靶蛋白配体的选择（Ligand for Target Protein for PROTAC）

靶蛋白配体作为 PROTAC 的导向基团，负责对靶蛋白的捕获，因而需要有较高的配位能力与选择性。在实际应用中，蛋白质已有的抑制剂与激动剂均可以作为配体候选，而无相关分子报道的蛋白则可采用高通量筛选与虚拟筛选等方式寻找配体，并不要求配体与蛋白是抑制性或竞争性结合，但需对靶蛋白具有较高专一性。