?隨著尖端藥物發(fā)現(xiàn)技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用，學(xué)術(shù)界已經(jīng)開發(fā)出了數(shù)十種創(chuàng)新方法，可以直接或間接地靶向無法干預(yù)的蛋白質(zhì)，最終將"不可成藥"變?yōu)椤翱沙伤帯被?尚未成藥"。

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在新一期的?Signal Transduction and Targeted Therapy?雜志中，四川大學(xué)華西醫(yī)院聯(lián)合成都中醫(yī)藥大學(xué)的研究團隊介紹了多種“不可成藥”蛋白的藥物發(fā)現(xiàn)策略，并總結(jié)了已成功開發(fā)出的多種治療方法。這項研究有望進一步激發(fā)藥物設(shè)計和應(yīng)用領(lǐng)域的思考。

隨著對“不可成藥“蛋白研究的不斷深入，具有不可成藥特征的分子可分為以下幾類：

1）小GTP酶（Small GTPases）

2）磷酸酶（Phosphatases）

3）轉(zhuǎn)錄因子（Transcription factors，TFs）

4）表觀遺傳靶點（Epigenetic targets）

5）其他蛋白

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根據(jù)不可成藥蛋白的各種特性，形成了一些主要的藥物設(shè)計策略，包括?共價調(diào)控、變構(gòu)抑制、PPI 抑制、靶向蛋白調(diào)控、基于核酸的方法、免疫治療等，快和小陶一起來看看吧~

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共價調(diào)控

共價抑制劑也叫做不可逆抑制劑，是一類通過溫和反應(yīng)性官能團形成的共價鍵與靶蛋白的氨基酸殘基結(jié)合，以賦予額外親和力的抑制劑。

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▲共價調(diào)節(jié)劑的結(jié)合模式

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§? KRAS 共價抑制劑

KRAS 基因的全名叫 Kirsten ratsarcoma viral oncogene homolog，KARS 基因編碼的蛋白是一種小 GTP 酶（smallGTPase），它屬于 RAS 超蛋白家族。因為 KRAS 蛋白是一個沒有明顯結(jié)合位點的近球形結(jié)構(gòu)，很難開發(fā)有效靶向和抑制其活性的化合物。然而，通過采用共價調(diào)控的方法，可以克服這一難題。

KRAS 共價抑制劑與 KRAS G12C 突變體的胱氨酸結(jié)合，可降低 GTP 和 KRAS 之間的親和力，從而將 KRAS G12C 突變體鎖定在失活狀態(tài)。

目前已上市的共價 KRAS 抑制劑有?Sotorasib?和?Adagrasib。除此之外，還有 10 種 RAS 抑制劑正在臨床中（如下表），28 種正在臨床前開發(fā)中，詳情點擊“閱讀原文“查看哦~

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• EGFR 共價抑制劑

表皮生長因子受體（EGFR）是一種跨膜糖蛋白，存在于人體各組織細(xì)胞膜上，是受體酪氨酸激酶中的表皮生長因子受體（HER）家族中的一員，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、存活和分化過程中起著重要作用。

EGFR 的靶向藥物是酪氨酸激酶抑制劑（TKI），其抑制細(xì)胞中的激酶，從而阻止它們激活 EGFR 信號通路。第一代 EGFR TKI，如?gefitinib?和?erlotinib，以非共價結(jié)合的方式選擇性地與 EGFR 酪氨酸激酶的 ATP 結(jié)合位點結(jié)合，從而抑制 EGFR 磷酸化，顯著延緩臨床 NSCLC 靶向治療的疾病進展。但在使用第一代 EGFR TKIs 后，會出現(xiàn)耐藥性，導(dǎo)致腫瘤再次進展。因此有了第二代、第三代 EGFR 共價抑制劑的出現(xiàn)。

目前已上市的 EGFR 共價抑制劑如下：

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除此之外，還有一些 EGFR 共價抑制劑正在申請批準(zhǔn)中，例如?avitinib,?oritinib,?sunvozertinib?和?rezivertinib。一些 EGFR 共價抑制劑正在進行臨床試驗：如Olafertinib?(CK-101/RX518) 、Nazartinib?(EGF816, NVS-816) 、Allitinib?(AST-1306)。

• 靶向 P53 的共價抑制劑

P53 蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子和腫瘤抑制蛋白，可結(jié)合 DNA 并調(diào)控多種轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激或 DNA 損傷，協(xié)調(diào)細(xì)胞周期阻滯、DNA 修復(fù)、代謝改變、凋亡等過程，防止腫瘤形成。大約一半的人類癌癥中都存在 P53 基因的突變。
癌癥中 TP53 突變的主要后果是腫瘤抑制功能的喪失，需要治療性地重新激活該蛋白，而大多數(shù)與癌癥有關(guān)的小分子藥物實際上是通過抑制蛋白的過度活性來發(fā)揮作用。因此，P53 長期以來一直被認(rèn)為是“不可成藥”的。

2022 年，Kevan M. Shokat 的團隊開發(fā)了一種小分子共價抑制劑?KG13。KG13 專門設(shè)計用于與 P53-Y220C 突變體結(jié)合，可將 P53 靶基因激活，抑制腫瘤細(xì)胞生長和增加半胱天冬酶活性。除了直接靶向 P53 外，還可以通過靶向 P53 的調(diào)節(jié)因子來達到治療的效果。例如靶向 MDM2 的?NPD6878 (apomorphine)、和靶向 HDM2的?Compound 76。
當(dāng)然，除了 KRAS、EGFR、P53 外，還有靶向其它“尚未成藥“靶標(biāo)蛋白的共價抑制劑正在開發(fā)中，如靶向 Myeloid cell leukemia-1 (Mcl-1) 的共價抑制劑?MAIM1、一種基于三價砷共價誘導(dǎo)劑開發(fā)的 PKM2 抑制劑?Compound 78?等等。

▲已上市、臨床和臨床前共價抑制劑的圖譜

變構(gòu)調(diào)節(jié)劑

變構(gòu)調(diào)節(jié)是一種直接有效的調(diào)控生物大分子功能的方法，通過變構(gòu)改變生物大分子四級結(jié)構(gòu)進而改變其生物功能，存在于各類細(xì)胞活動中。例如信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、酶催化、細(xì)胞代謝、基因調(diào)控等。變構(gòu)調(diào)節(jié)劑也有著使”不可成藥“靶點轉(zhuǎn)化為”可成藥“靶點的能力。

▲變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的結(jié)合模式

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變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以分為三類：

1）正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（PAMs）：可與受體結(jié)合改變受體對刺激的反應(yīng)；

2）負(fù)變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（NAMs）：通過降低配體的親和力和/或功效來減弱信號傳導(dǎo)的新型間接方法；

3）沉默變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（SAMs）：通過改變蛋白質(zhì)構(gòu)象或功能來抑制目標(biāo)蛋白質(zhì)活性的藥物或化合物。

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通過應(yīng)用變構(gòu)調(diào)節(jié)的策略已開發(fā)了許多靶向 KRAS、SHP2 的藥物，部分如下（更多信息可查看原文）：

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此外，已有一些 GPCR 變構(gòu)調(diào)節(jié)劑獲批上市，如?avacopan、cinacalcet、ticagrelor?和?maraviroc，還有數(shù)十種藥物分子正在進行Ⅰ-Ⅲ期臨床試驗，數(shù)百種有潛力的 GPCR 變構(gòu)調(diào)節(jié)劑正在進行臨床前研究。

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▲已上市、臨床和臨床前變構(gòu)抑制劑的圖譜

PPI抑制

蛋白-蛋白相互作用（PPI）在眾多生物過程中扮演著至關(guān)重要的角色，包括信號傳導(dǎo)、細(xì)胞增殖、生長、分化和凋亡等。設(shè)計藥物來干預(yù) PPI 已經(jīng)被證明是一種有效的策略，可以有針對性地作用于那些“難以靶向”的蛋白質(zhì)。現(xiàn)有的PPI抑制劑可以分為小分子、抗體、肽和重組蛋白，每種類型都有其優(yōu)點和缺點。

▲PPI調(diào)節(jié)劑的結(jié)合模式和機制

• RAS PPI 抑制劑
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RAS 可通過結(jié)合 GTP 或 GDP 在活動狀態(tài)和非活動狀態(tài)之間切換，傳遞細(xì)胞生長和分化的信號。活化的 RAS 蛋白可以與許多下游效應(yīng)蛋白相互作用，如 RAF 激酶、鳥苷核苷交換因子 SOS、磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）和 Ral 鳥苷核苷酸解離促進因子（RalGDS）等。

目前應(yīng)用 PPI 策略設(shè)計 RAS PPI 分子或藥物有：

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• Bcl-2 PPI 抑制劑
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Bcl-2 家族在通過調(diào)控線粒體/細(xì)胞色素 C 介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在各種血液惡性腫瘤中高度表達，包括慢性淋巴細(xì)胞白血?。–LL）和濾泡中心淋巴瘤（MCL）等。Bax 和 Bad 等促凋亡蛋白對細(xì)胞凋亡過程至關(guān)重要，但當(dāng)它們與 Bcl-2 等抗凋亡蛋白結(jié)合時，它們的功能會被抑制，因此，阻止凋亡和抗凋亡蛋白之間的相互作用可以防止腫瘤細(xì)胞逃脫凋亡。
目前已開發(fā)了眾多 Bcl-Bax 抑制劑，包括?ABT-199 (venetoclax),ABT-737,?ABT-263 (navitoclax)?等。

• P53-MDM2 PPI 抑制劑
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MDM2 是 P53 最重要的負(fù)調(diào)節(jié)因子，可結(jié)合到 P53 的 N-末端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，抑制 P53 的轉(zhuǎn)錄活性，抑制細(xì)胞生長，調(diào)控細(xì)胞周期并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此，破壞 MDM2-P53 相互作用是治療癌癥的潛在途徑。

目前，一系列 MDM2-P53 抑制劑已進入臨床試驗：

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• Myc PPI 抑制劑
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Myc 癌基因，包括其三個亞型 C-Myc、N-Myc 和 L-Myc，被認(rèn)為是一種可以在不同類型的癌癥中觸發(fā)各種致癌轉(zhuǎn)錄程序的轉(zhuǎn)錄“放大器”。由于 Myc 缺乏結(jié)合小分子化合物的疏水口袋或凹槽，因此它也被認(rèn)為是一種難以藥物干預(yù)的靶點。迄今為止，尚未有獲批上市的 Myc 藥物，但有許多分子正在臨床前研究中。

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當(dāng)然，以上僅是部分采用 PPI 策略針對“不可成藥“蛋白的例子，更多的還有 YAP/TAZ、β-catenin、XIAP 等，小陶在這路就不一一敘述了，大家可以點擊文末”閱讀原文“查看詳情~

▲已上市、臨床和臨床前PPI抑制劑圖譜

靶標(biāo)蛋白調(diào)控

鑒于那些“不可成藥”的蛋白質(zhì)大多具有相似的特點，包括?表面平坦、缺乏活性位點?等問題，再加上蛋白質(zhì)與疾病之間的直接關(guān)聯(lián)，因此，通過直接調(diào)節(jié)與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)已經(jīng)被證明是一種非常有前景的治療策略。根據(jù)疾病的機制，可以分為兩個主要類別：蛋白質(zhì)降解（TPD）和蛋白質(zhì)穩(wěn)定（TPS）。

• 基于蛋白酶體的靶向蛋白質(zhì)降解（TPD）

在這一領(lǐng)域表現(xiàn)較為出色的是蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）。PROTAC 是一種獨創(chuàng)性的蛋白質(zhì)調(diào)控方法，其核心作用機制是通過?泛素-蛋白酶體系統(tǒng) (UPS)?同時靶向感興趣的蛋白質(zhì)和 E3 泛素連接酶，形成三元復(fù)合物，在這個過程中，目標(biāo)蛋白質(zhì)被泛素標(biāo)記，促使其被蛋白酶體識別并降解。
PROTAC 技術(shù)也是靶向“不可成藥“蛋白的有前途的方法。目前已有一系列的研究正在進行中：

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▲已上市、臨床和臨床前靶向蛋白質(zhì)調(diào)控分子的圖譜

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除了 PROTAC 外，分子膠也是備受關(guān)注的靶向蛋白降解劑之一。在靶向蛋白降解 (TPD) 領(lǐng)域，分子膠通常是一種單價小分子 (<500Da xss=removed>（關(guān)于 PROTAC 與分子膠的區(qū)別可知乎搜索以下文章查看哦）
《什么是分子膠，和PROTAC有什么區(qū)別？靶向蛋白降解劑的原理及開發(fā)？》

目前已有多種分子膠藥物正在臨床試驗中：

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PROTAC 的潛力并不僅限于此，科研人員已開發(fā)出了可以靶向“不可成藥”蛋白的類 PROTAC 技術(shù)的變體。例如 P-PROTAC、PROTAB、CHAMP 以及基于溶酶體的 TPD 等技術(shù)。

▲靶向蛋白質(zhì)調(diào)控策略

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• 靶向蛋白穩(wěn)定（TPS）

盡管已經(jīng)證明在某些疾病治療中 TPD（蛋白質(zhì)降解）是有效的，但蛋白質(zhì)的過度降解可能會引發(fā)其他不良問題。因此，需要研發(fā)靶向蛋白質(zhì)穩(wěn)定的藥物，以?抵消蛋白質(zhì)的過度降解。研究人員正朝著這個方向不斷努力。

其中比較有應(yīng)用前景的是?去泛素酶靶向嵌合物（DUBTAC）。加州大學(xué)伯克利分校的 Nomura 團隊受到 PROTAC 的啟發(fā)，開發(fā)了 DUBTAC 用于靶向蛋白穩(wěn)定（TPS），并創(chuàng)造了分子?NJH-2-057，這種 DUBTAC 可有效抑制 ΔF508-CFTR 的降解，提高蛋白質(zhì)水平，并在囊性纖維化供體細(xì)胞中表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。

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在此基礎(chǔ)上，哈佛醫(yī)學(xué)院的 Wenyi Wei 團隊又開發(fā)了一種?TF-DUBTAC?技術(shù)，能夠選擇性地穩(wěn)定致癌蛋白，包括 FOXO3A、p53 和 IRF3 等，是一種很有前景的治療方法。

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更多的靶向“不可成藥”蛋白的方法，如基于核酸的療法、免疫療法、針對上下游效應(yīng)物/輔因子的療法等小陶就不一一講啦，感興趣的朋友可以點擊“原文鏈接”查看原文哦~

總結(jié)

在藥物設(shè)計策略方面，針對那些難以成藥的蛋白質(zhì)，目標(biāo)和思路都至關(guān)重要。這些蛋白質(zhì)與其他分子在生物網(wǎng)絡(luò)中存在復(fù)雜的相互關(guān)系，因此，針對多種生物過程，如?蛋白質(zhì)相互作用?和?RNA 介導(dǎo)的蛋白質(zhì)表達，可能是一種有效的途徑。此外，針對難以藥物化的蛋白質(zhì)本身，有針對性的?共價抑制劑、變構(gòu)抑制劑?和?PROTAC?等新興技術(shù)，可以通過控制或調(diào)節(jié)靶標(biāo)蛋白的活性，甚至直接降解這些蛋白質(zhì)，從而實現(xiàn)“不可成藥”蛋白質(zhì)的藥物化。

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陶術(shù)生物擁有 800+化合物庫，其中有一些是致力于不可成藥靶點的開發(fā)的，例如?PPI抑制劑庫、KRAS靶向化合物庫、表觀遺傳庫、轉(zhuǎn)錄因子庫?等，歡迎私信咨詢。

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參考資料：

[1] Xie, X., Yu, T., Li, X. et al. Recent advances in targeting the “undruggable” proteins: from drug discovery to clinical trials. Sig Transduct Target Ther 8, 335 (2023). https://doi.org/10.1038/s41392-023-01589-z

[2] Henning, N.J., Boike, L., Spradlin, J.N. et al. Deubiquitinase-targeting chimeras for targeted protein stabilization. Nat Chem Biol 18, 412–421 (2022). https://doi.org/10.1038/s41589-022-00971-2

[3] Jing Liu, Xufen Yu, He Chen, H. ümit Kaniskan, Ling Xie, Xian Chen, Jian Jin, and Wenyi Wei

Journal of the American Chemical Society 2022 144 (28), 12934-12941. DOI: 10.1021/jacs.2c04824

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