近年来靶向蛋白降解剂（Targeted Protein Degrader，TPD）的崛起，为小分子药物研发点燃了一把燎原之火。那么，TPD为小分子药物领域带来怎样的变革？又将带来哪些新机遇与想象？近日，维亚生物成功举办了“洞见小分子未来——靶向蛋白降解剂策略篇”沙龙，行业大咖、业界先锋们齐聚于此，从更大视野，更多维度探讨靶向蛋白降解剂在小分子药物领域的颠覆与突破。下面整理了各位嘉宾的部分精彩观点以饕读者。（错过本期直播的伙伴，可登录视频号搜索“维亚医药观”相关主题观看完整版视频回放。）
生物物理技术在PROTAC药物研发中的应用
程学恒博士，维亚生物首席技术官：
维亚综合应用生物物理技术助力PROTAC药物研发。
有别于小分子抑制剂，PROTAC药物通过催化机制发挥作用，不需要抑制靶点蛋白活性，药效持续时间长，有望攻克传统药物“不可成药”和“耐药性”难题，能够产生一些原型抑制剂所没有的独特药理效果。维亚生物首席技术官程学恒博士由此出发，全面介绍了维亚生物物理技术在PROTAC药物开发中的应用。
维亚搭建了一整套完善的药物筛选平台，可基于自有化合物库包括20万个化合物的结构多样性化合物库、2050个化合物的片段化合物库、6500个化合物的GPCR集中库、960个化合物的片段化合物库和1000个化合物的共价化合物库，及客户提供的化合物库，并适配相应的筛选技术亲和力质谱（ASMS）、SPR、晶体浸泡法、 Intact-MS等进行共价、非共价结合化合物库筛选。此外，他也介绍了维亚采用ASMS结合SPR成功筛选分子胶的应用案例。得到苗头化合物后，还需要进行进一步的确证。在此，他列举多个案例阐述了维亚通过SPR、Intact-MS、Native-MS等进行亲和力、结合机理和动力学检测，及综合运用X-ray晶体衍射、Cryo-EM、HDX-MS、peptide mapping等研究结构、构象和结合位点。迄今为止，维亚已研究超50个E3连接酶，交付超110个靶蛋白-PROTAC-E3连接酶三元复合结构。
最后，他总结道，维亚提供全方位的PROTAC/分子胶研发服务，从蛋白生产制备与结构研究到配体筛选，再结合Bioassay平台、化学服务及DMPK开发一套成熟的药物研发体系，辅以计算机辅助药物设计和人工智能的方法，助力PROTAC分子设计及优化过程。
ATTEC：分子胶靶向自噬-溶酶体途径降解“不可成药”靶点
复旦大学生命科学学院教授、博士生导师丁澦博士：
发展完全独立于PROTAC的原创性致病蛋白靶向降解技术具有重要的学术意义和应用前景，对于我国原创性药物研发也极具必要性和紧迫性。
传统小分子药物通常采用“占用驱动”模式，而靶向蛋白降解剂不再专注于占用活性中心，而是采用“事件驱动”模式，为“不可成药靶点”的药物开发带来无限可能。现阶段最有临床应用潜力的TPD主要分为两种，一种是基于泛素-蛋白酶体路径的蛋白降解靶向嵌合体技术，另一种是基于自噬-溶酶体路径的技术。前者为代表的PROTAC技术近年来发展迅猛，但也存在一些不足，比如对聚集蛋白质、大的蛋白质的无能为力，依赖于特定E3酶，分子量大，成药性差，专利壁垒高等。丁澦博士指出，发展完全独立于PROTAC的原创性致病蛋白靶向降解技术具有重要的学术意义和应用前景，对于我国原创性药物研发也极具必要性和紧迫性。
（图片来源于：Chemical Society Reviews 51:8832-8876 (2022)）
随后，他通过2022年与其他几位教授共同在Chemical Society Reviews杂志上发表了题为“Emerging degrader technologies engaging lysosomal pathways”的综述文章，介绍了基于溶酶体途径的新兴蛋白降解技术。他指出，考虑到LC3参与了自噬全程，所以他们认为直接结合LC3蛋白可能是靶向自噬的最好选择。丁澦教授进一步列举了靶向mHTT的ATTEC化合物对亨廷顿病的研究案例，通过基于化合物芯片和OI-RD的高通量检测平台及多学科融合，高通量筛选到4个有效化合物，再经过体内体外验证，初步验证了ATTEC化合物的治疗潜力。最后，他还列举LD-ATTEC的案例阐述了ATTEC作为双功能分子对于脂滴这类非蛋白类生物物质及NAMPT、CDK9/Cyclin T1等肿瘤相关靶点的靶向降解作用。
圆桌讨论
新型小分子开发：靶向蛋白降解剂的突破与挑战
（从左往右：维亚生物首席创新官&维亚生物创新中心负责人戴晗博士、优博生物创始人及CEO曹小冬博士、格博生物联合创始人及资深副总裁付利强博士、领泰生物创始人及总经理冯焱博士）
在戴晗博士的主持下，曹小冬博士、付利强博士和冯焱博士共同探讨了以下几个议题：
Q1
TPD作为一种新型的分子形式，极大程度上扩大了可成药靶点的范围，并为解决传统小分子抑制剂无法解决的棘手问题提供了强有力的解决方案。结合各家公司在这一领域的布局与定位，各位是如何看待TPD未来两三年的发展潜力，可能面临的一些核心挑战及解决思路。
曹小冬博士：首先，未来蛋白降解这一赛道会出现重磅级药物，这是毋庸置疑的。挑战性方面，由于受制于里宾斯基（Lipinski）五规则的限制，PROTAC分子存在细胞透膜性、PK及分子稳定性差的问题。另外，他认为还有一个更为需要关注的点在于PROTAC的催化性，它未来能够在体内所造成的毒性绝对不能忽视。同样的，分子胶也是类似的，既使用极少的量，在结合能力不是很强的情况下，就可以将蛋白降解的非常彻底。有文献报道过，结合能力50微摩尔的PROTAC分子，它的细胞降解能力可以达到纳摩尔，这是非常惊人的。所以，他在通路的选择上，从具有细胞选择性或者组织选择性这个点来入手突破。此外，寻找新的 E3 链接酶也是非常重要的点。
付利强博士：靶向蛋白降解在未来两三年一定会迎来大爆发，这是毫无疑问的。PROTAC的成药性方面确实还有比较大的挑战。此外，在PROTAC靶点的选择上，目前还是比较集中在一些已知的抑制剂可成药的靶点。他认为未来还需要去挖掘真正不可成药的靶点。其次，E3连接酶方向目前还没有优化出有很好细胞选择性和组织特异性的ligands，这可能也是未来PROTAC发展的一大方向。随后，他重点介绍了分子胶，分子胶符合里宾斯基五规则，平均分子量在300-600 Da，可以达到理想的理化性质、很好的组织分布、甚至可调控的半衰期；可以说，分子胶基本上覆盖了传统小分子能够企及的所有参数范围，这是它的巨大优势。但是如何找到好的靶点，怎么去验证这些全新的靶点，是分子胶邻域真正的科学挑战；格博生物内部已建成全新靶点发现、靶点验证、高通量筛选、分子胶理性设计等多维度整合平台， 正朝着全面提升分子胶药物研发成功率和效率的方向前进。另外，在百时美施贵宝（BMS）近日举办的研发日活动中，PROTAC（LDD）和分子胶都在技术平台重点布局中，预期未来三年BMS将有超十款全新蛋白降解新药进入临床; 最后提及Seagen与Nurix签订了战略合作协议，共同开发抗体偶联降解剂（Degrader-Antibody Conjugates，DAC），这些也都是未来TPD的重要发展方向。
冯焱博士：不同于RNAi，RNAi可能从基因层面能够长时间的将一个蛋白清除掉，但长时间的清除有可能会造成一定毒副作用。而PROTAC可以通过阶段性给药来控制安全性。不可否认，PROTAC前景大好，但是要出一个重磅药物，可能还需要一段时间的积累，就好比ADC，它的发展是螺旋上升的过程。PROTAC从2019年才推进至临床，目前还有很多概念没有得到验证，到底怎样的靶点才能既安全又有效，还需要大家进一步的研究。从Seagen与Nurix的交易来看，如果已经对一些PROTAC实现定点递送，也许就很有可能克服PROTAC成药性的难题。安全性方面，如果通过定点递送技术，避免了将PROTAC分子暴露在其他组织中，这样安全性可能也能得到保证。除了DAC，就PROTAC本身而言，相信未来一定有更多的靶点。来那度胺作为降解作用机制的药物，曾蝉联小分子药王多年，所以我坚信在TPD领域一定还会再出来一个药王。
Q2
在靶向蛋白降解中，尤其在双官能团这种CPI的方向，成药性还是具有一定的挑战性。想听听各位从药化的角度（分子设计和成药性的角度）来聊一聊在各自的公司以及行业中有什么好的策略去解决目前所面临的成药性问题。
冯焱博士：PROTAC在体外具有很好的降解性难度并不大，关键在于如何提高成药性。根据之前的经验，优化PROTAC时，里宾斯基五规则可能不一定适用，但大家还是尽可能的往上靠，因为只有分子量越小，拓补极性表面积（topo Polar Surface Area, tPSA）越小，整个半径越小，它的透膜性，它的口服不管是从肠系膜还是其他膜上透过去，才可能会更好一点。所以通常会增加它的刚性，比方说在linker上做一些改动。从优化方面来说，可能刚开始固定在E3连接酶配体、Linker和靶头的匹配和筛选上，但是最后都会成为药化经典的PK改造过程。这时整个PROTAC就可以当做小分子来看待，那就得知道代谢位点、可能存在的清除问题、哪些地方要加疏水基团/亲水基团及增强它的理化性质性等。所以，也许在靶头、linker、E3连接酶配体上都需要进行改进，甚至增加分子内的一些氢键，加一些氟进去，使分子内部团起来，这样成药性可能会更好些。
付利强博士：PROTAC分子的PK能做得很好还需要运气加持。从现在已报道的靶点来看，PROTAC靶点接近100个，其中真正进入临床的PROTAC有30多款，主要聚焦在10多个靶点。一方面，从靶点的选择性上来看，有些靶点不适合做PROTAC，虽然学术界发表了相关研究，但是它不一定是适合降解的好靶点，或者相对于抑制剂没什么优势，或者很难做到口服给药。格博生物其中一款处于PCC阶段的PROTAC分子，在不同种属中口服生物利用度接近100%，在高剂量给药情况下，暴露量与剂量依然呈线性递增关系。所谓的运气，他认就是三元复合物的协同性(cooperativity)，当你发现两个蛋白如果很容易黏在一起，说明形成三元符合的driving force比较强，靶向蛋白与E3连接的距离很近，在这样的情况下PROTAC可以被理解成半个分子胶，PPI在起到关键作用。根据以往的经验，有些蛋白没法和CRBN形成很好的三元复合物，它可能需要很高的浓度达到深度降解，这种情况就很难达到口服有很好药效的目标，即使可以口服给药，药物暴露量也较难达到需要的高浓度，所以他认为新的E3连接酶可能还有待探索，需要找出比较小的E3连接酶配体，例如理化性质好，PSA低等特点。人基因组编码超过600种E3连接酶，目前用于PROTAC设计的也就10多个，真正能做口服的也就CRBN，除了VHL IV进入到临床，其他E3连接酶都没有进入临床，所以虽然这个方向前景很好，但是后续还有大量基础研究需要开展。但是换个思路，在一个E3连接酶中，有那么多的结合位点，那么是不是可以探索新的结合位点，发现一个更好的配体，这也是一个策略。
曹小冬博士：每个开发PROTAC的人都知道开发过程中会遇到很多“坑”。在早期设计化合物时，比如说修饰linker部分，细胞活性的跳跃非常大。关键一点在于每一个修饰出来的分子，遇到细胞杀伤效果不够好的情况，很难去判断是因为透膜性不好，还是因为降解活性不好。很有可能，它是一个很好的PROTAC分子，但是因为透膜性不好给漏掉了。另外，口服给药也是一个“坑”，早些时候，大家都比较注重口服，因为Arvinas的前几个化合物都是口服的，但是可能很多人并没有注意到在Arvinas官宣中并没有说只做口服给药。从一开始曹博就选择对linker进行特殊设计，注重具有组织及细胞有选择性的筛选评估。另一方面，直接利用像抗体、多肽或者其他具有细胞层面靶向性的小分子偶联来帮助克服细胞渗透性及PK的问题，并大幅降低毒副作用。
Q3
大部分分子在临床中的暴露量具有较大的差异性，PROTAC分子的hook效应如何在这一过程中影响到人体内的PK，包括潜在下游的PK和功效，其实具有非常大的特殊性。各位如何看待这一领域PK/PD的相关性，尤其是其特殊性上的考量，又有什么应对方案。
付利强博士：首先，PROTAC是有hook效应的，但分子胶没有。为什么PROTAC有hook效应？本质上是动力学的问题，且从hook效应中也可以看出分子的降解效率，PROTAC分子形成三元复合物的效率很高的话，hook相应的比较弱。hook在从体外到体内的过程中其实没有对体内造成太多干扰，也不太会干扰未来对临床给药剂量的预测，毕竟体内游离PROTAC药物浓度达到几个微摩尔是比难的。
冯焱博士：关于PK/PD的相关性，主要从几个方面来看，一是在生物学中，虽然大家对很多蛋白大的功能是清楚的，但往往很多时候不知道这个靶点需要多少绝对的量才能发挥它的正常的生理作用，才能介导上下游信号的传导。比如在开发PROTAC的过程中，降解掉80%或者90%，是否就可以达到所需的药效。另一个是hook效应，进行PK/PD研究时，通常要求降解能达到百分之九十几，但要达到这种降解效果事实上在体内的暴露量并不一定需要很高，也许就几十纳摩尔。所以通常在体内化合物的暴露量达不到能够产生hook效应时这么高，或者不需要达到这么高。比方说，在几百个纳摩尔或者几十个纳摩尔的时候，已能够将蛋白降解到95%以上，但也许是否能够达到最佳的PD效果最关键的地方在于剩下的这百分子几，所以如果想达到一个PD最优的效果，还是要有PROTAC也具有抑制的功能。总的来说，针对降解和抑制这两个机制对不同靶点的作用以及对上下游信号传导的抑制效果如果能够搞清楚，那么就会更容易开展PK/PD的研究。
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