E3连接酶PROTACs擂台：KEAP1 vs. CRBN，哪方胜？

2022-11-02

透视

蛋白降解靶向嵌合体小分子药物免疫疗法抗体

靶蛋白降解（TPD）在基础研究和转化研究中具有重要地位，其通过小分子降解剂（degraders）募集泛素E3连接酶，使目标蛋白泛素化，进而被蛋白酶体降解。与传统抑制剂相比，TPD具有如下优势：（1）降解目标蛋白；（2）挑战“不可成药”靶点；（3）增大选择空间；（4）克服耐药性。此外，降解剂作为蛋白敲除剂与基因敲除/敲低技术形成绝佳互补。蛋白酶水解靶向嵌合体（PROTACs）是TPD领域最常见的技术之一，同TPD一样，极具应用前景并受到广泛关注。

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来源: 药时代

图1 TPD

01 PROTACs

PROTACs由负责与目标蛋白结合的配基和负责募集E3连接酶的配基构成，二者通过linker相连。PROTACs可降解多种目标蛋白，包括激酶、转录因子以及病毒蛋白。已知的超过600种泛素E3连接酶中，目前应用的仅有几种。有限的选择缩小了可用范围，因为不是每种目标蛋白与E3连接酶的结合都可以形成具有活性的泛素化复合体。因此，E3连接酶配体的筛选是PROTACs技术发展的关键。目前应用最广泛的E3连接酶当属CRBN和VHL，然而近期出现了CRBN-PROTACs或VHL-PROTACs抗药性报道，因此新E3连接酶配体的筛选迫在眉睫。新E3连接酶的开发可以增加靶点选择性，同时组织或细胞特异性E3连接酶的开发也会为疾病的治疗增添筹码。

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来源: 药时代

图2 PROTAC

CRBN

20世纪50年代，沙利度胺的使用造成很多儿童畸形。20世纪60年代该药退市。接下来的几十年里，沙利度胺被广泛研究，而后被重新开发作为免疫调节剂用于多发性骨髓瘤等治疗。然而，直到2010年沙利度胺的作用机制才被发现，并被证明与CRBN有关。2015年，基于JQ1（靶向BRD4）和沙利度胺衍生物（募集CRBN）首次构建出2款PROTACs——ARV-825和dBET1。这2款PROTACs都可有效诱导BRD4降解，进而抑制细胞增殖。但因dBET1表现出良好的体内、体外抗急性髓性白血病活性，而被作为首款可在体内应用的PROTAC进行了广泛报道。而后研究人员对各种沙利度胺衍生物进行了探索，用于提高PROTAC技术效率。

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来源: 药时代

图3 CRBN-PROTACs

03 KEAP1

KEAP1是细胞氧化应激反应中的重要调控因子，作为CUL3配体，能够使NRF2（调节抗氧化蛋白表达的关键转录因子）泛素化，从而抑制其转录活性。氧化应激产生后，KEAP1半胱氨酸残基被修饰，KEAP1无法与NRF2相互作用，NRF2摆脱了KEAP1介导的泛素化降解，进入细胞核，诱导抗氧化应激元件（ARE）定向基因表达。NRF2活化可预防多种疾病，包括神经退行性疾病、衰老、糖尿病、光氧化应激、心血管疾病、炎症、肺纤维化、急性肺损伤、以及癌症等。KEAP1-NRF2通路在过去20年受到高度关注，研发出许多KEAP1抑制剂。

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来源: 药时代

图4 KEAP1-NRF2通路

04 KEAP1-PROTACs

基于这些抑制剂，开发出很多KEAP1-PROTACs。早期研究在tau和BRD4中证明了KEAP1的作用。Du等以KI-696作为KEAP1配基，探索了KEAP1应用范围。研究在转录和表观遗传调控因子（BRD4/ BRD9），激酶（局灶粘附激酶[FAK]）, Bruton酪氨酸激酶（BTK）, EGFR和CDK4/6中进行。结果证明KEAP1-PROTACs仅可降解BRD4和FAK，BRD9、BTK、EGFR和CDK4/6这些可被CRBN-PROTACs或VHL-PROTACs降解的目标蛋白无法被KEAP1-PROTACs降解。Du等还设计了一款由KEAP1配基和CRBN配基相结合的PROTAC，最终KEAP1蛋白被CRBN泛素化并被蛋白酶体降解。

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来源: 药时代

图5 KEAP1-PROTAC泛素化BRD4/FAK

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来源: 药时代

图6 KEAP1被CRBN泛素化

结语

蛋白质是构成细胞的主要成分，承担着维持细胞生存的重要功能。人类细胞中大约有20,000多种蛋白，它们的平衡对细胞的健康至关重要。一种蛋白的失衡足以使细胞致病，寻找用于调节蛋白失衡的小分子即成为药物开发的首要环节。“可成药”靶点非常有限，历史上科学家一直将目光聚焦于这些“可成药”靶点上。然而，维持细胞稳态的蛋白有很多，靶向“不可成药”蛋白或许才是更多疾病治疗的关键。PROTACs技术的出现将原来的“不可能”变为“有可能”，尽管研发路上困难重重，但却给疑难病症的治愈带来了一丝曙光。

参考文献：1.Lee J, Lee Y, Jung YM, Park JH, Yoo HS, Park J. Discovery of E3 Ligase Ligands for Target Protein Degradation. Molecules (Basel, Switzerland). 2022;27(19).2.Du G, Jiang J, Henning NJ, et al. Exploring the target scope of KEAP1 E3 ligase-based PROTACs. Cell chemical biology. 2022;29(10):1470-1481.e1431.

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