以PROTAC為代表的靶向蛋白降解療法是新藥開發(fā)的熱門領(lǐng)域之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，今年已經(jīng)有24款靶向蛋白降解療法進(jìn)入臨床開發(fā)階段。近日，英國鄧迪大學(xué)（University of Dundee）的Alessio Ciulli教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表一篇綜述，盤點(diǎn)了使用PROTAC療法，靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的現(xiàn)狀，并對(duì)未來進(jìn)行了展望。作者表示，CRISPR篩選與PROTAC技術(shù)的結(jié)合，為開發(fā)靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的蛋白降解療法提供了有力的工具。Ciulli教授也是初創(chuàng)公司Amphista Therapeutics的科學(xué)創(chuàng)始人，它在去年完成5300萬美元的B輪融資，致力于開發(fā)下一代靶向蛋白降解平臺(tái)。

表觀遺傳學(xué)在疾病病理中的作用

表觀遺傳學(xué)過程包括對(duì)DNA、DNA相關(guān)蛋白，以及RNA的修飾，這些修飾不改變基因序列，但是影響基因的表達(dá)。比如，對(duì)DNA的甲基化與基因沉默相關(guān)，很多對(duì)組蛋白的修飾在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、DNA復(fù)制和修復(fù)、RNA剪接和染色體凝聚過程中發(fā)揮重要作用。

表觀遺傳學(xué)在疾病病理方面的作用也早已被確立，比如組蛋白脫乙酰酶（HDACs）在癌癥中高度表達(dá)。表觀遺傳學(xué)蛋白的功能缺失性或獲得性突變也經(jīng)常驅(qū)動(dòng)疾病病理學(xué)。歷史上，針對(duì)表觀遺傳學(xué)的抑制劑開發(fā)也獲得過成功，目前已經(jīng)有7款靶向表觀遺傳學(xué)蛋白的抑制劑獲得美國FDA的批準(zhǔn)上市。最近獲批的一款新藥為首款靶向組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2的抑制劑tazemetostat。

▲獲得FDA批準(zhǔn)靶向表觀遺傳學(xué)蛋白的抑制劑（圖片來源：參考資料[1]）

然而，開發(fā)靶向表觀遺傳蛋白的抑制劑面對(duì)多重挑戰(zhàn)，主要限制之一是許多表觀遺傳蛋白家族的催化蛋白域或蛋白-蛋白互作域的結(jié)構(gòu)高度保守，這讓開發(fā)靶向特定亞型的抑制劑變得非常困難，一個(gè)典型例子是BET蛋白。限制抑制劑應(yīng)用的另一個(gè)局限是表觀遺傳學(xué)蛋白通常包含多個(gè)蛋白域，并且經(jīng)常是由多個(gè)亞基構(gòu)成的蛋白復(fù)合體的一部分。這些特征意味著使用抑制劑來阻斷單一催化活性或者一種相互作用，并不足以改變復(fù)合體的功能結(jié)果，因?yàn)檫€有許多其它活性或相互作用不受抑制劑的干擾。

▲開發(fā)小分子抑制劑調(diào)節(jié)表觀遺傳學(xué)過程面對(duì)的挑戰(zhàn)（圖片來源：參考資料[1]）

遺傳學(xué)篩選帶來的突破

基于RNA干擾（RNAi）和CRISPR基因編輯技術(shù)的遺傳學(xué)篩選為表觀遺傳學(xué)的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)帶來了革命性的變化，這些技術(shù)讓科學(xué)家們可以系統(tǒng)性地敲低或者敲除基因組中單個(gè)基因的表達(dá)，從而發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)蛋白缺失的作用，以及確立哪些疾病對(duì)表觀遺傳學(xué)蛋白的丟失尤其敏感。比如，使用RNAi篩選發(fā)現(xiàn)了急性髓系白血病細(xì)胞對(duì)BET蛋白Brd4活性的關(guān)鍵依賴性。而新近的CRISPR篩選與RNAi相比，可能提供更低的脫靶效應(yīng)和更廣泛的應(yīng)用范圍。而且，CRISPR篩選可以被設(shè)計(jì)成靶向特定基因亞群，比如表觀遺傳學(xué)因子。

不過，雖然CRISPR和RNAi篩選可以發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證值得關(guān)注的靶點(diǎn)，但是針對(duì)這些靶點(diǎn)的抑制劑往往不能復(fù)制靶點(diǎn)敲除的表型。因?yàn)橐种瓢悬c(diǎn)蛋白活性和敲除靶點(diǎn)蛋白表達(dá)具有不同的作用機(jī)制。這給靶向蛋白降解療法帶來了機(jī)會(huì)。

靶向蛋白降解療法是靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的重要工具

PROTAC蛋白降解療法利用細(xì)胞的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)特異性降解靶點(diǎn)蛋白。這類分子通過將靶點(diǎn)蛋白與E3連接酶拉近并形成三元復(fù)合體，導(dǎo)致靶點(diǎn)蛋白的泛素化，隨后被蛋白酶體識(shí)別并降解。過去的研究顯示，PROTAC介導(dǎo)的蛋白降解能夠復(fù)制多個(gè)通過遺傳學(xué)敲除或敲低篩選發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的表型，而抑制劑往往無法做到。

表觀遺傳學(xué)蛋白往往構(gòu)成多亞基的復(fù)合體，借此對(duì)基因組進(jìn)行特定修飾。在靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)方面，靶向蛋白降解是一種有力的策略，因?yàn)獒槍?duì)包含多蛋白域的蛋白，它可以靶向最容易添加泛素的蛋白域，即便這個(gè)蛋白域沒有活性功能，也可以導(dǎo)致整個(gè)蛋白降解。而在靶向多亞基蛋白復(fù)合體方面，它可以用于靶向最容易被降解的亞基，而這一亞基的清除可能造成整個(gè)復(fù)合體的不穩(wěn)定和降解，靶向蛋白降解劑也可能介導(dǎo)E3連接酶在復(fù)合體中的非靶點(diǎn)蛋白上添加泛素鏈，導(dǎo)致整個(gè)復(fù)合體的降解。

▲PROTAC介導(dǎo)多亞基復(fù)合體降解的方式（圖片來源：參考資料[1]）

靶向表觀遺傳學(xué)復(fù)合體的PROTAC分子

作者在綜述中描述了多款靶向不同表觀遺傳學(xué)復(fù)合體的PROTAC分子。名為SWI/SNF的染色質(zhì)重塑復(fù)合體在腫瘤和神經(jīng)疾病中經(jīng)常出現(xiàn)突變。針對(duì)這一復(fù)合體不同亞基，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一系列PROTAC分子。其中包括選擇性降解BRD9和BRD7的降解劑VZ185，它的發(fā)現(xiàn)證明通過不斷監(jiān)測(cè)降解劑的細(xì)胞降解能力、三元結(jié)構(gòu)的熱動(dòng)力學(xué)等特征，系統(tǒng)性的降解劑迭代設(shè)計(jì)可以開發(fā)出高效蛋白降解分子，即使起始分子的降解特征不佳。

開發(fā)靶向SMARCA2/4亞基降解劑的研究證明在降解SMARCA2/4的同時(shí)，SWI/SNF復(fù)合體的其它亞基也同時(shí)得到清除。這些研究強(qiáng)調(diào)了選擇最容易被降解的亞基進(jìn)行靶向，從而導(dǎo)致整個(gè)復(fù)合體降解這一開發(fā)策略的可行性。

▲靶向SWI/SNF的多種PROTAC分子（圖片來源：參考資料[1]）

PRC2復(fù)合體是一款組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，它催化H3K27的甲基化，PRC2復(fù)合體近年來受到關(guān)注是因?yàn)榭茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，它的EZH2亞基與癌癥進(jìn)展相關(guān)。FDA批準(zhǔn)的EZH2抑制劑tazemetostat為靶向EZH2治療癌癥做出了臨床驗(yàn)證。

PRC2復(fù)合體由4個(gè)關(guān)鍵亞基構(gòu)成，SUZ12，RbAp46，EZH1/2和EED。多款針對(duì)這一復(fù)合體的蛋白降解劑已經(jīng)被開發(fā)出來，它們都表現(xiàn)出選擇性調(diào)節(jié)特定亞基表達(dá)，或者導(dǎo)致所有PRC2亞基降解的能力。其中，靶向EZH2的PROTAC分子E7在實(shí)驗(yàn)中不但提高了EZH2的泛素化水平，而且也提高了EED和SUZ12亞基的泛素化水平。這一結(jié)果顯示，PROTAC分子可以導(dǎo)致復(fù)合體中未被靶向的亞基的泛素化，從而引起整個(gè)復(fù)合體的降解。

PRMT5是一類精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，在哺乳動(dòng)物中負(fù)責(zé)組蛋白底物的甲基化。PRMT5表達(dá)的失控與多種預(yù)后不良的癌癥類型相關(guān)，包括肺癌、乳腺癌和肝細(xì)胞癌。使用組織特異性敲低實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了這些癌癥類型對(duì)PRMT5的依賴性。目前，針對(duì)PRMT5的多款小分子抑制劑已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，包括葛蘭素史克、楊森和安進(jìn)的在研療法。不過，目前的PRMT5抑制劑雖然可以抑制PRMT5的甲基轉(zhuǎn)移酶活性，但是尚沒有證據(jù)表明它們可以抑制PRMT5的骨架蛋白功能。PROTAC分子可能同時(shí)降低PRMT5的骨架蛋白功能，更有效地阻斷PRMT5的致癌作用。

▲靶向其它表觀遺傳學(xué)復(fù)合體的蛋白降解分子（圖片來源：參考資料[1]）

總結(jié)與未來展望

綜述作者指出，表觀遺傳學(xué)失調(diào)和疾病病理發(fā)生之間的聯(lián)系已經(jīng)得到證實(shí)，特別是對(duì)預(yù)后不良的癌癥類型。近年來的遺傳學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)了不少特定癌癥類型對(duì)表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子的丟失尤其敏感，然而靶向這些靶點(diǎn)的抑制劑卻通常不能復(fù)制敲除或敲低蛋白的表型。PROTAC技術(shù)通過降解靶點(diǎn)蛋白，能夠更好地復(fù)制CRISPR或RNAi篩選發(fā)現(xiàn)的靶點(diǎn)表型。

靶向復(fù)合體中的一個(gè)亞基造成復(fù)合體其它亞基的降解是一個(gè)常見的現(xiàn)象。而且，PROTAC分子可以表現(xiàn)出比根據(jù)二元結(jié)合預(yù)期更高的靶向降解選擇性，這意味著降解劑可能比抑制劑的選擇性更高，從而擴(kuò)展治療窗口，提高藥物的安全性。

展望未來，作者表示目前研究中發(fā)現(xiàn)的PROTAC分子尚未經(jīng)過廣泛的藥物化學(xué)優(yōu)化。在PROTAC的生物學(xué)機(jī)制和靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)確認(rèn)的情況下，作者認(rèn)為，啟動(dòng)更為廣泛的藥物化學(xué)工作，將是將這一治療模式轉(zhuǎn)化為臨床候選療法的下一步。

目前，靶向表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)Brd9的PROTAC降解劑CFT8634（C4 Therapeutics）和FHD-609（Foghorn Therapeutics）即將或已經(jīng)步入臨床。作者表示，未來幾年里，無疑將有更多PROTAC降解劑靶向更多的表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)。

參考資料：

[1] webb et al., (2022). Targeting epigenetic modulators using PROTAC degraders: Current status

and future perspective. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, DOI: 10.1016/j.bmcl.2022.128653

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