PROTAC技术
过去十年，药物靶标领域的格局发生了重大变化。尽管传统靶标（ 比如激酶，G蛋白偶联受体 ）依然是主方向，但是目前 风向也慢慢从传统药物靶标转向更具挑战性的“不可成药”靶标 。这些靶标通常包括 无酶功能的蛋白质 ，而这些蛋白 占据人体蛋白的80%左右 。PROTAC技术在 克服耐药 和 靶向不可成药靶点 方面展现出了非常大的潜力.
在对药物化学的不断探索过程中，研究者正开发新的策略来靶向疾病 驱动蛋白 。 小分子诱导的蛋白质降解 是近年来最值得关注的。控制蛋白质的命运并诱导其降解，使人们不仅可以靶向酶，而且还可以靶向无活性位点或者不可成药的蛋白靶标，比如支架蛋白（ scaffolding proteins ）的靶标。为此，科学家们发现了 利用细胞自身蛋白质降解的方法标记选定目标蛋白质并触发其降解的机制
泛素蛋白酶体系统 是该机制的核心，通过蛋白泛素化和随后的蛋白酶体降解来控制蛋白质的命运。PROTACs技术就是利用这种降解机制，使得靶蛋白以蛋白酶体依赖的方式不可逆地被移除，从而治疗疾病，由此可见这其实是一种与传统小分子*制剂抑**甚至抗体截然不同的作用模式。
PROTAC蛋白降解剂 利用人体的天然蛋白回收系统 来 降解 导致疾病的 蛋白 ，能够募集E3连接酶来为靶标蛋白装上泛素的标签，这会引导这些蛋白被蛋白酶体降解。在靶标蛋白被降解之后，PROTAC蛋白降解剂会被释放并且可以重新被用于降解其它靶标蛋白。
的。
PROTAC与目标靶蛋白（POI）和E3连接酶结合形成三元复合物。随后将泛素以E2介导的方式转移到POI上。蛋白酶体识别多泛素化的POI，并在PROTAC释放以参与另一个循环过程时降解
PROTAC是PROteolysis TArgeting Chimera的缩写，蛋白降解靶向嵌合体，是一种双功能小分子，一端是结合靶蛋白的配体，另一端是结合E3泛素连接酶的配体，通过一段链条连接。在体内可以将靶蛋白和E3酶拉近，使靶蛋白被打上泛素标签，然后通过泛素—蛋白酶体途径降解。
通俗地说，PROTAC技术就是利用细胞“清洁工”（泛素-蛋白酶体系统）来清理细胞中无用或者有害的蛋白，通过激活这个清洁器从而特异性的扫除致癌蛋白。
2001年 PROTAC 首次作为化学生物学方法和新的治疗方法被提出来，早期的PROTAC基于E3连接酶结合的多肽配体分子，但是分子并不是很理想，比如细胞通透性低，不稳定，导致降解效率低下，该技术的突破点之一也在于此，研究人员基于von Hippel Lindau (VHL) E3连接酶开发了更多类药理化性质配体分子，该技术的突破点之二在于阐明了沙利度胺与E3泛素连接酶CRBN作用 （沙利度胺重定向E3泛素连接酶CRBN，从而使一些目标蛋白被蛋白酶体降解，也是沙利度胺导致畸行发育的原因）开 发了一些可结合CRBN的更加类药的一些小分子。
这是一种全新的药物设计策略，通过设计这样的三联体小分子药物，理论上可以将任何过表达和突变的致病蛋白清除，从而治疗疾病。
简单来说，这个过程就像是细胞将不用的文件（异常蛋白质）交给秘书（E3酶）盖上作废章（泛素化），扔到碎纸机里（蛋白酶体）。
小分子的作用原理是抑制蛋白质的产生，而PROTACs 的作用原理是将这些蛋白送入蛋白酶体进行完全降解，这打破了传统药物的定义。
PROTAC的优势
① 最大优势之一是使靶点从“不可成药性”（undruggable）变成“可成药性” 不依赖“占位驱动” 具备亲和力
② 催化蛋白降解功能
③ 克服靶蛋白突变/过表达引起的耐药
④ 不依赖于亲和力，可选择性高
⑤ 低毒性
⑥ 不仅可以有效地抑制目标蛋白，还可以快速降解清除
⑦ 只需要催化量的药物，就可以降解细胞内靶标蛋白
⑧ 具有较高的安全性、耐药性和广阔的应用前景
在已被解析的疾病相关蛋白中，有高达80%的蛋白无法用现有药物去靶向，因为它们大都位于细胞内或核内——大分子抗体进不去，并且表面相对平滑，没有明显“口袋”——小分子抓不牢。 利用PROTAC技术， 理论上只要靶蛋白上有裂缝、缺口等可以短暂“着力”的地方就行。
与传统小分子、单抗、核酸三大类药物相比，PROTAC可以说是集众家所长于一身
PROTAC的困难和挑战
① 联体成药性差
由于是三部分组成的类似哑铃形分子，其水溶性、口服生物利用度、代谢稳定性、透膜性、合成难度和成本、PK/PD等等，依然是需要逐一克服的难题。
PROTACs分子量一般在700~1200之间，这使得它们的透膜能力与 (口服) 生物利用度较差，且缺少如适用于小分子药物的“类药物原则”的预测模型，这使得目前大部分的研究仅仅证明了所设计的PROTAC在细胞水平上对靶蛋白降解的有效性与抗增殖活性。
②脱靶毒性问题
PROTAC靶标降解更彻底，即使是验证过的靶点，也需于未来临床实验中密切监视。另一隐患是降解的脱靶效应在临床前毒性筛选中不易检测、跟踪，增大后期开发风险。
② 何有效形成三元复合物，并有效激活降解系统
PROTAC发挥药效必须与靶蛋白和E3酶形成有效的三元复合物，如何控制浓度来避免药物分子与靶蛋白和E3酶分别形成二元复合物（钩子效应，hook effect），及靶蛋白与E3酶接触区域的电荷排斥和立体结构排斥，是一大挑战。而当三元复合物形成后，能否有效降解，还需要与去泛素化酶以及靶蛋白重合成作斗争，直到达成一定程度的平衡。
发现与E3酶受体蛋白特异性结合的底物具有偶然性，目前报道的PROTAC主要靶向CRBN与VHL，尽管CRBN与VHL是否会发生突变以及突变后是否对PROTAC有影响还是未知，但了解新的E3酶并开发相应的PROTAC具有重要意义，也面临巨大挑战
降解POI的能力较弱
与传统小分子药物不同，目前尚无有效的高通量筛选技术用于快速、大量地评估PROTAC降解POI的能力，只能通过细胞活性筛选或免疫印迹实验等方法实现，这大大降低了开发PROTAC的速度与成功率。
PROTAC的降解能力
有文献报道，仅仅改变linker的长度或结构就会对PROTAC的降解能力有巨大影响，这或许是由于在泛素化过程中不同的E3酶和POI之间所需的空间距离不同引起的。鉴于目前仍没有POI-Protac-E3酶复合物的晶体结构被解析得到，因此对linker部分的改造缺少指导方向。
PROTAC药物的国内外研发现状
2013年成立的 Arvinas ®—— PROTAC技术的先驱者
① Arvinas是由PROTAC鼻祖Crews教授在2013年创建，产品管线中的 PROTAC药物由抗肿瘤药物和神经疾病药物两大部分组成。ARV-110和ARV-471是目前该公司研发进展最快的两款PROTAC药物，正在积极开展临床二期试验。
② 关于ARV-110：
ARV-110是Arvinas在蛋白降解靶向嵌合体领域的全球首个进入临床试验的口服生物可利用的PRAOTC小分子药物，选择性靶向降解雄性激素受体（AR）。在2019年5月ARV-110获得FDA快速通道批准，主要用于治疗患有转移性趋势抵抗性前列腺癌（mCRPC）。
2015年成立的C4Therapeutics®）
2017年成立的Kymera Therapeutics®
这三个生物技术公司已经与数家大型制药公司进行了数百万美元的合作。很多大型制药公司都开始评估PROTAC技术，他们有的与上述三家生物技术公司合作，有的也建立自己的蛋白质降解平台，例如Novartis®，安进，AstraZeneca或GSK，默克，基因泰克，辉瑞，BI等，
国内企业：恒瑞，凌科，分迪药业，美志医药，百济神州，海和药物，开拓药业，亚盛医药，上海睿因，和径医药，标新生物，诺诚健华、五元生物、嘉兴优博，苏州德亘生物，多域生物、鲁南制药，海创药业，加科思，优博生物，科伦药业，石药集团，美志医药，药明生物，康龙化成，药石科技，成都先导，药明康德，康龙化成，美迪西等
研究机制
如下图所示，找一个 linker 将两个 配体分子连接 起来很简单，也许 在体外细胞实验也会降解蛋白，但是分子基本不会有很好的生物利用度 ，所以避免不了要对 E3酶配体、linker 和 靶标结合剂 进行 研究 和 优化 。
linker的结构和长度起着至关重要的作用， 因为连接子可以影响总体 PROTAC构象和结合方向以及三元复合物的形成。 连接子的作用远不止简单地连接两个分子实体。它直接影响PROTAC的活性，选择性和理化性质 。
为了支持基于结构的优化工作，迄今为止，在没有X射线结构数据的情况下，使用PROTAC三元配合物的X 射线共晶结构和计算方法作为预测三元配合物模型的工具已被成功利用。尽管用于linker设计的化学空间可能很大，但是大多数研究小组更喜欢用烷基或聚乙二醇 （PEG） 链来确定最佳linker长度。通过选择烷基或PEG的linker，整体理化性质 （例如，TPSA （拓扑极性表面积）和cLogP） 被相应地修饰。一些刚性结构 （例如杂环，炔基） 也已用于优化研究中。
虽然许多文章中都选择了某些常见蛋白质 （例如BRD4或雄激素受体或BTK） 作为靶标，但几乎每天都有关于新靶标蛋白质能够被PROTAC介导的降解的报道。
对于大多数蛋白质靶标，PROTAC介导的降解效果与传统靶标抑制效果相似，在效果或解决某些耐药机制方面，PROTAC分子优于某些*制剂抑**。
① 比如，对于PROTAC诱导的靶标黏着斑激酶 （FAK，上图） 降解能够关闭FAK的信号转导功能，这是小分子Fak*制剂抑**无法达到的。
② 此外，据报道PROTAC技术清除了额颞叶痴呆 （FTD） 患者来源的神经元细胞中的Tau蛋白，这些模型将PROTAC的治疗区域扩展到了神经退行性疾病。
此类研究证明了PROTAC在药物治疗领域的巨大潜力。
令人激动的是，接下来 PROTAC诱导的蛋白质降解将解决那些主要的难成药性蛋白靶点引起的疾病 。但是许多靶点尚没有发现其合适的配体结合分子，因此筛选和发现一些不可成药靶点的合适的配体分子也将是一个难题。
迄今为止，蛋白质降解主要集中在 肿瘤学领域和神经变性疾病 （Tau） 或炎症/免疫学 （IRAK4和RIP2K） 领域，鉴定合适的组织或疾病特异性的E3连接酶也将是很有前景的发展方向。
基础研究
据不完全统计，目前已经有超过100种蛋白被成功降解。这些靶点包括
（1）激酶类：如RIPK2、BCR-ABL、EGFR、HER2、c-Met、TBK1、CDK2/4/6/9、ALK、Akt、CK2、ERK1/2、FLT3、PI3K、BTK、Fak等；
（2）BET蛋白：如BRD2/4/6/9；
（3）核受体：如AR、ER等；
（4）其他蛋白：如MetAp-2、Bcl-xL、Sirt2、HDAC6、Pirin、SMAD3、ARNT、PCAF/GCN5、Tau、FRS2等。
这其中就包括“ 不可成药靶点 ”，如转录因子 调节蛋白pirin 、表观遗传相关蛋白PCAF/GCN5等。
根据Nature 3月份的一项报告显示，到2021年底，将至少有15款蛋白降解剂（包含PROTAC和分子胶）进入临床试验。
说到不可成药靶点， RAS （KRAS、HRAS和NRAS）肯定是绕不要过去的。作为癌症中最常见的突变基因，RAS是肺癌、结直肠癌和胰腺癌的重要驱动因素。被发现和研究40多年来，一直没有针对该靶点的药物上市。终于在今年5月份，Amgen公司开发的KRAS-G12C不可逆*制剂抑**AMG510（Sotorasib）成功上市，总算是终结了该靶点的“ 不可成药性 ”。虽然KRAS的不可成药性被小分子*制剂抑**终结了，但是降解剂在该靶点仍然大有可为。针对KRAS-G12C突变，Crews等人在KRAS*制剂抑**AMG510和MRTX849的基础上，设计并合成了相关的PROTAC，活性测定发现了具有良好降解活性的降解剂，这或许可以为进一步攻克RAS提供新的解决方案。
可以预见，利用PROTAC技术攻克的可能不只是G12C，对其他突变或许也能有所作为。