分子膠&PROTACs熱門靶點CRBN的介紹及其在臨床研究中的應用
2月28日，致力于分子膠理性篩選及設計的Magnet Biomedicine宣布與禮來達成合作和許可協(xié)議，以發(fā)現、開發(fā)和商業(yè)化腫瘤分子膠藥物。此次合作將利用Magnet的TrueGlue™發(fā)現平臺（結合了最先進的篩選技術、專有的化學文庫），以鑒定能實現蛋白誘導鄰近的分子膠，靶向難成藥靶點。
3月12日，Arvinas和輝瑞（Pfizer）公司聯合宣布其明星PROTAC分子vepdegestrant的首個關鍵3期臨床試驗結果，并指出該款藥物是首個在3期試驗中展現出臨床獲益的PROTAC分子。
那什么是分子膠？什么是PROTAC？在此之前，小編先給大家詳細介紹一下靶向蛋白降解技術。
01 靶向蛋白降解技術
在藥物研發(fā)領域，靶向蛋白降解（targeted protein degradation，TPD）技術近年來發(fā)展迅猛，正在開啟藥物研發(fā)的新紀元。該技術能夠針對傳統(tǒng)小分子抑制劑或抗體藥物難以觸及的蛋白靶點發(fā)揮效力，使那些曾被認定為“不可成藥”的靶點變得可及，從而顯著拓展了可靶向的疾病機制和適應癥范圍。靶向蛋白降解劑是一類能夠促使特定蛋白質在細胞內被降解的藥物或化合物。這種降解通常是通過細胞自身的降解系統(tǒng)（如泛素-蛋白酶體途徑）實現的。
知識小課堂
泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system，UPS）是一種主要的蛋白質降解途徑，參與真核細胞內80%以上蛋白質的降解。UPS由泛素（ubiquitin, Ub）、泛素活化酶（ubiquitinactivating enzyme, E1）、泛素結合酶（ubiquitinconjugating enzyme, E2）、泛素連接酶（ubiquitinprotein ligase, E3）、蛋白酶體及其底物（蛋白質）構成。UPS通過多個連續(xù)反應降解靶蛋白。
圖1. 泛素蛋白酶體系統(tǒng)的示意圖[1]
在ATP依賴的第一步中，E1結合并激活泛素。而后泛素被轉移到E2上，形成E2-泛素中間體。E3連接酶結合中間蛋白和底物蛋白，催化泛素和底物蛋白之間形成異肽鍵，以完成底物蛋白的泛素化和多聚泛素化。泛素化的蛋白質被特定的蛋白酶體識別并結合，最終在蛋白酶的催化下蛋白質分解為短肽或氨基酸。
在靶向蛋白降解劑中，PROTAC（proteolysis targeting chimeras）和分子膠（Molecular Glue）是近年來備受關注的革命性藥物開發(fā)策略。
02 分子膠
分子膠（Molecular Glue）并非雙功能分子，它通常是一種結合在E3連接酶上的小分子化合物。它們通過改變E3連接酶的表面結構，使其能夠與原本不結合的蛋白質發(fā)生相互作用，進而促進目標蛋白的降解。
圖2. 分子膠結構及其作用機制[2]
03 PROTAC
PROTAC，即蛋白水解靶向嵌合體，通過連接靶蛋白和E3連接酶，誘導靶蛋白泛素化降解。其本質是一種雙功能分子，一端與需要降解的致病蛋白特異性結合，另一端則可以募集E3連接酶，通過搭建“靶蛋白-PROTAC-E3連接酶”三元復合物，促使泛素分子標記靶蛋白，最終由蛋白酶體將其降解。
Cereblon（CRBN）是蛋白質降解研究中最廣泛研究的靶點。作為Cullin 4 RING E3泛素連接酶（CRL4）的底物識別受體，CRBN與DDB1、Cullin 4（CUL4A或CUL4B）和Ring-Box 1（RBX1）共同形成CRL4CRBN復合物。
目前PROTACs和分子膠主要使用的CRBN配體仍然是免疫調節(jié)抑制劑，如來那度胺（Lenalidomide），沙利度胺（Thalidomide）和泊馬度胺（Pomalidomide）。但是這些化合物都會存在一些缺陷，如易消旋和易降解neosubstrate等，所以人們一直在開發(fā)新型的CRBN配體。
04 CRBN靶點藥物研發(fā)現狀
據不完全統(tǒng)計，全球處于在研階段的與CRBN的藥物有數十個，主要涉及PROTAC和分子膠。適應癥主要集中在血液腫瘤（如多發(fā)性骨髓瘤）、實體瘤、自身免疫性疾�。ㄈ缦到y(tǒng)性紅斑狼瘡）等領域
南模生物CRBN靶點人源化小鼠
南模生物長期致力于藥物靶點人源化模型研究領域，自主開發(fā)了人源化CRBN敲入小鼠模型（hCRBN，目錄號：NM-HU-225071），該模型在靶細胞中表達全長人CRBN蛋白，為評估CRBN靶向蛋白降解劑的體內療效和毒性提供了強有力的工具。
RT-PCR檢測人CRBN表達
Fig.1 Detection of CRBN expression in spleen, brain, liver, intestine and muscle tissues by RT-PCR.
Wild type: only one band at 185 bp with primers F1/R1 (mCrbn);
Homozygous: one band at 262 bp with primers F2/R2 (hCRBN) and one band at 374 bp with primers F3/R3 (hCRBN);
Abbr. M, DNA marker; HO, homozygous; WT, wild type.
WB檢測人CRBN表達
Fig.2 Expression characterization of hCRBN in homozygous hCRBN KI mice by Western blot.
WB檢測GSPT1, CK1a and Myc表達
CC-885作為是一種CRBN調節(jié)劑，在多種腫瘤細胞中具有抗增殖活性。CC-885可以誘導IKZF1降解，還可以促進CRBN與新型底物GSPT1的結合，靶向其降解。
The splenocytes derived from wild-type C57BL/6 (WT) and homozygous hCRBN KI (HO) mice were treated with 1% DMSO, Lenalidomide (10 nM, 100 nM, 1000 nM) and CC-885 (10 nM, 100 nM, 1000 nM) ,respectively, in RPMI-1640 cell culture medium for 18 hours ex vivo.
In vivo PK analysis
Fig.4 Blood concentration curves of Lenalidomidein in C57BL/6 and HO hCRBN mice (female, 10wks, n=3).（In cooperation with a client）
Fig.5 Blood concentration of CC-885 in C57BL/6 and hCRBN mice 1h after first administration (female, 10wks). (In cooperation with a client）
In vivo efficacy study
Fig.6 Mean body weight (A) and survival curve (B) of C57BL/6 and HO hCRBN KI mice treated with CC-885 or vehicle (n=8/group).
Fig.7 The degradation of GSPT1, CK1a and Myc by CC-885 in C57BL/6 and hom hCRBN knockin mice in vivo (In cooperation with a client).
The wild-type C57BL/6 (WT, group 1&2) and homozygous hCRBN KI (HO, group 3&4) mice were treated with vehicle (group 1&3) and 5 mg/kg CC-885 (group 2&4) , respectively. The mice were anesthetized, perfused, and tissues were harvested at 6 hr post the 2nd administration.
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Reference：
1. Yamamoto J, Ito T, Yamaguchi Y, Handa H. Discovery of CRBN as a target of thalidomide: a breakthrough for progress in the development of protein degraders. Chem Soc Rev. 2022;51(15):6234-6250. Published 2022 Aug 1. doi:10.1039/d2cs00116k
2. Weagel, E.G., Foulks, J.M., Siddiqui, A. et al. Molecular glues: enhanced protein-protein interactions and cell proteome editing. Med Chem Res 31, 1068–1087 (2022). https://doi.org/10.1007/s00044-022-02882-2
3. Thapa R, Bhat AA, Gupta G, et al. CRBN-PROTACs in Cancer Therapy: From Mechanistic Insights to Clinical Applications. Chem Biol Drug Des. 2024;104(5):e70009. doi:10.1111/cbdd.70009
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上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領域，打造了以基因修飾動物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評價等多個技術平臺，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動物模型產品解決方案。
