背景：
异双功能蛋白质降解剂，如蛋白水解靶向嵌合体(PROteolysis TArgeting Chimera, PROTAC)蛋白质降解剂，构成了一种新型治疗模式，利用细胞的天然蛋白质降解机制(即泛素-蛋白酶体系统)，选择性地靶向与疾病发病机制相关的蛋白质，从而消除这些蛋白质。与传统上用于癌症治疗的小分子抑制剂相比，蛋白质降解剂有几个潜在优势，包括其事件驱动的药理学，这允许亚化学计量的药物浓度进行活性，它们的迭代作用能力和靶向感兴趣的蛋白质的多个拷贝，以及它们靶向之前被认为“不可用药”的非酶蛋白的潜力。随着蛋白质降解剂设计的不断创新和临床前模型的严格评估，蛋白质降解剂于2019年进入临床试验。目前，18种蛋白质降解剂正在对各种类型肿瘤患者进行I期或I/II期临床试验，其中一种药物的3期试验于2022年启动。来自这些研究的第一批安全性、疗效和药代动力学数据现在正在实现，尽管还需要更多证据，但蛋白质降解剂在癌症治疗中显示出了很有前景的活性。
简介：
2023年2月13日，来自美国耶鲁大学分子、细胞与发育生物学系的Craig M. Crews教授课题组在Nat Rev Clin Oncol（IF: 65.0）杂志上发表题为“Protein degraders enter the clinic - a new approach to cancer therapy”的文章[1]。本文综述了蛋白质降解剂的研发进展、临床前研究支持其进入临床研究、在患者中的可用数据以及这类新型药物的未来发展方向。
主要结果：
蛋白质降解剂的作用机制。
泛素-蛋白酶体系统是蛋白质稳态的主要细胞途径。简而言之，不需要或错误折叠的蛋白质被多个单位的泛素标记，从而被26S蛋白酶体降解。这种标记功能是通过几种酶的协同作用实现的:E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶。E3亚群参与识别待降解的蛋白质底物。自首次报道使用全合成化学生物学工具利用E3泛素连接酶触发非天然底物的目标蛋白降解以来，20多年过去了。异双功能蛋白降解分子是由靶蛋白结合物、E3连接酶结合物和连接这两种结合物的连接物组成的三部分二价分子。通过使目标蛋白和E3连接酶在物理上接近，泛素连接酶机制可以将泛素转移到目标蛋白，导致其被蛋白酶体降解(图1)。
异双功能蛋白降解剂具有与传统小分子抑制剂不同的药理学特征(图1)。首先，由于蛋白质降解剂协调形成短暂和可逆的三元复合物(由目标蛋白、E3连接酶和蛋白质降解剂组成)，并且由于随后的蛋白酶体降解在动力学上是不可逆的，蛋白质降解剂能以亚化学计量的方式促进多个靶分子的降解。因此，蛋白质降解剂从传统药理学的职业驱动范式中解放出来，而最好的描述是具有事件驱动的药理学。其次，由于靶蛋白与E3连接酶之间诱导的蛋白-蛋白相互作用，蛋白质降解物三元复合物可以正或负合作。因此，蛋白质降解物对靶标或E3连接酶的二元结合亲和力与三元复合物的整体结合亲和力和/或后续降解效率之间可能存在有限的直接关系。
蛋白质降解剂的设计与进展。
靶点选择。
在考虑蛋白质降解剂的治疗潜力时，一个关键的早期决策与追求哪些靶点有关。考虑到相对较大的“超出5规则”的分子(如异双功能蛋白降解剂)的药代动力学负担(见“药代动力学考虑”部分)，合乎逻辑的目标是那些已经尝试过其他治疗方法，但失败或根本无法尝试的靶点。一个框架，即蛋白质降解靶点的原则，被提出来指导靶点的选择。该框架包括6个领域，与其他治疗模式相比，这些领域将利用蛋白质降解剂独特的、事件驱动的药理学:原则1，经典的不可用药靶点;信条2:耐药突变;信条3，基因扩增和/或蛋白过表达;宗旨4，差异亚型表达或定位;信条5，具有支架功能的蛋白质;还有信条6，蛋白质聚集物。经典的不能用药的肿瘤靶点(原则1)，如KRAS和转录因子信号转导和转录激活因子3 (STAT3)，现在已经被蛋白质降解剂成功降解。靶向致癌性融合蛋白BCR-ABL1的豆蔻酸结合位点的蛋白质降解剂进一步证明了在不直接靶向活性位点的情况下降解蛋白质的潜力。
靶配体设计。
从历史上看，异双功能蛋白质降解剂利用的是“现成”的靶蛋白结合剂，这些结合剂最初被设计为抑制剂，而对进化为降解剂没有预见。随着对降解的新靶点的探索，特别是经典的不可药物的靶点，对识别新的靶蛋白结合物的需求增强了。DNA编码文库(DEL)技术是一种用于蛋白质降解剂中识别配体的补充方法，它与配体的结合位点和功能活性无关，并且在没有任何进一步结构激活的情况下提供了潜在的连接子附着载体(在DNA条形码附着点)。2021年报道了一项利用DEL发现新的雌激素受体-α(ERα)配体并将其转化为活性蛋白降解剂的原理验证研究。
药代动力学的考虑。
作为一个类别，异双功能蛋白质降解剂主要位于“超越5规则”空间，这意味着它们具有的理化性质(分子量，氢键供体和/或受体计数，辛醇-水分配系数等)超出了通常与口服可能的吸收相关的范围。尽管如此，多种口服生物可利用蛋白降解剂在临床开发中的存在表明，需要重新考虑与口服吸收相关的化学性质。虽然5的规则是一个可能的口腔吸收窗口，但一些报告试图用物理化学描述符描述可能的口腔吸收空间的边界，包括一般情况下和蛋白质降解物的边界。尽管Pike等人指出，基于IMiD的、CRBN招募的蛋白质降解剂根据其较低的分子量、氢键供体和/或受体计数以及亲脂性，总体上比招募其他E3连接酶的降解剂更像药物，但目前还没有一套明确的口服生物可利用蛋白降解剂的理化性质描述符。
临床前证据。
上述蛋白质降解剂设计方面的突破为这些药物的早期临床试验铺平了道路。据我们所知，截至2023年1月8日，18种异双功能蛋白降解剂正在癌症患者中进行1~3期临床试验评估。
AR靶向蛋白降解剂。
雄激素信号传导在驱动前列腺癌进展中的关键作用使AR成为一个吸引人的蛋白质降解靶点。此外，一些阻碍AR通路的药物是mCRPC患者的标准治疗，并为新的AR靶向药物提供了基准。因此，靶向AR的5种蛋白质降解剂(巴德加鲁胺(bavdegalutamide，以前称为ARV-110)、CC-94676、AC176、HP518和ARV-766)正在转移性前列腺癌患者中进行临床试验。
Bavdegalutamide是一种PROTAC蛋白降解剂，含有一个与AR配体结合域结合的环己基部分，并通过基于IMiD的部分与含CRBN的E3泛素连接酶结合，从而实现AR的多泛素化。在前列腺椎体癌(VCaP)和前列腺淋巴结癌(LNCaP)细胞系中，Bavdegalutamide诱导了AR的有效降解，其DC50为~1 nM。在VCaP细胞中，蛋白质组学筛选了近4000个可检测的蛋白质，10 nM的bavdegalutamide处理8小时导致AR选择性降解，Dmax为85%。
ER靶向蛋白降解剂。
ER+乳腺癌占女性乳腺癌病例的大多数，几种阻断ER活性的内分泌疗法已被批准用于该疾病的各个阶段。内质网拮抗剂氟维司群的作用部分是通过抑制内质网的核转位，从而导致该蛋白的蛋白酶体降解。因此，氟维司群证实了内质网降解作为一种治疗方法的价值;然而，氟维司群治疗后，多达50%的基线ER水平仍保持不变。此外，患者在接受内分泌治疗期间可能发生ER编码基因(ESR1)突变，而其中一些改变可能降低细胞对氟维司群和其他试验性选择性ER降解剂(SERDs)的敏感性。为了解决氟维司群作为ER降解剂的不足，两种靶向ER的基于CRBN的蛋白质降解剂(ARV-471和AC682)正在临床开发中，用于治疗ER+乳腺癌，并且在科学会议上报告了临床前数据。在许多乳腺癌细胞系的临床前分析中，PROTAC ARV-471导致野生型ER的降解，DC50为1-2 nM; ER突变体，如Y537S和D538G，也在暴露于ARV-471后降解。此外，ARV-471单药治疗在ER依赖性乳腺癌的几个模型中具有令人鼓舞的抗肿瘤活性。
靶向参与癌症发病机制的其它蛋白质类的蛋白质降解剂。
DT2216是一种靶向抗凋亡蛋白BCL-XL的基于vhl的蛋白质降解剂。根据其对BCL-XL的有效降解(DC50在16小时治疗后63 nM)和对T细胞急性淋巴母细胞白血病(T-ALL)细胞的细胞毒性作用，而不是对血小板的细胞毒性作用，DT2216在其他候选药物中被选择用于各种实体瘤患者的临床开发。DT2216与其他BCL-2家族成员具有亲和力，但选择性地降解BCL-XL，而不影响BCL-2、BCL-W或MCL-1的蛋白水平。在T-ALL的小鼠异种移植模型中，每周给药一次的DT2216显著抑制了肿瘤生长。随后发表的一篇文章报道了DT2216对各种BCL-XL依赖性T细胞淋巴瘤细胞系的细胞毒活性，以及在BCL-XL依赖性T细胞淋巴瘤的小鼠异种移植模型中抑制肿瘤生长。用DT2216处理各种实体瘤标本可清除肿瘤微环境中的BCL-XL，从而消除调节性T (Treg)细胞。这些发现提示，对于依赖BCL-XL生存的癌症，以及Treg细胞在维持使肿瘤进展的免疫抑制微环境中发挥关键作用的癌症，DT2216具有治疗潜力，在许多实体瘤中都是如此。
现有的临床证据。
2019年，PROTAC AR降降剂巴德加鲁胺(bavdegalutamide)成为首个进入mCRPC患者I期临床试验的该类药物。将蛋白质降解剂用于癌症治疗的几项临床试验设计在2022年的科学会议上公布。然而，迄今为止，正在进行的肿瘤学研究中仅公布了PROTAC AR降糖剂巴德加鲁胺、PROTAC ER降糖剂ARV-471和BTK降糖剂NX-2127的临床数据。
Bavdegalutamide临床数据。
本研究的首次数据报告了最初接受巴德加鲁胺治疗的22例患者的结果，其中77%既往接受过阿比特龙和恩杂鲁胺治疗，77%既往接受过化疗。主要发现包括组织学证据表明，使用巴德加鲁胺治疗后AR降解和AR染色减少，以及进一步的概念验证和临床应答。在≥20%的这些患者中报告的治疗相关不良事件(TRAEs)包括恶心(27%)、腹泻(27%)和疲劳(23%)。在每日1次，每次35 mg ~ 280 mg的剂量范围内，bavdegalutamide的暴露与剂量成比例，在去势和非去势VCaP小鼠模型中，每日1次，每次≥140 mg的剂量使暴露超过了根据肿瘤生长抑制作用确定的有效阈值。总之，安全性和药代动力学数据支持进一步增加剂量。在1例患者的肿瘤组织中观察到，经过6周的bavdegalutamide治疗后，AR蛋白水平降低(图3a)，这为蛋白质降解剂的作用机制提供了临床概念验证。在这一高度难治性mCRPC人群中，2例患者接受巴德加鲁胺治疗后达到了有临床意义的缓解，血清PSA分别降低了74%和97%，后者与经证实的RECIST部分缓解相关。
AVR-471临床数据。
此项1/2期试验的2期队列扩展部分(VERITAC)正在根据1期部分的安全性、药代动力学和疗效数据评估两种剂量的ARV-471(每日1次，每次200 mg和500 mg)，第一个数据集于2022年12月发布。截至2022年6月6日数据截止日期，71例接受过中位4线治疗(100%接受过CDK4/6抑制剂治疗，79%接受过氟维司群治疗，73%接受过化疗(45%接受过转移性治疗)的晚期ER+HER2 -乳腺癌患者接受了口服ARV-471治疗。200 mg组35例可评估患者的临床获益率为37.1% (95% CI 21-55%)， 500 mg组36例可评估患者的临床获益率为38.9% (95% CI 23-57%)。在有ESR1突变的患者中，在200 mg剂量队列中19例可评估患者的临床获益率为47.4% (95% CI 24 ~ 71%)，在500 mg剂量队列中22例可评估患者的临床获益率为54.5% (95% CI 32 ~ 76%)。2例患者(每个剂量队列各1例)达到了经证实的部分缓解。
结论和展望：
在过去的20年里，蛋白质降解剂经历了真正的从实验室到临床的漫长历程。到目前为止，随着蛋白质降解剂的设计、改进和在体外和体内系统的严格测试，这一旅程的大部分时间都在实验室中度过。蛋白质降解剂仅在4年前进入临床开发，初步临床数据的成果表明，蛋白质降解剂用于治疗癌症患者的潜力令人鼓舞和满意。我们热切期待来自蛋白质降解剂临床研究的更多数据。他们的定制设计表明，蛋白质降解剂可能为一系列疾病的治疗提供实质性的希望。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41571-023-00736-3
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
