简体中文
简体中文
English
产品中心
定制服务
语言

为什么“无连接子 PROTAC”能颠覆经典?

发布日期:2025-07-11 浏览量:9
文章来源公众号:医药猩球 作者:费米子父
  • 传统信条:PROTAC=配体 A + 长连接子 + 配体 B。连接子越灵活、空间越宽裕,三元复合物才稳。

  • 新论文Nat. Commun. 2025):把连接子砍到只剩 1 个氨基酸,甚至直接借用原药里的哌嗪环,也能把癌蛋白拉去“碎纸机”。

  • 争议焦点:这叫 linker‑free(真没连接子)还是 minimal linker(超短连接子)?

  • 实质启示:并不是所有蛋白降解剂都需要又长又软的 PEG 链;刚性、内嵌式设计有时更佳。


1. 先把老故事讲清楚

想像你要把一只坏蛋蛋白(A)丢进细胞的碎纸机(E3 连接酶)。经典 PROTAC 的做法是:

  1. 一只手抓住 A;

  2. 另一只手抓住碎纸机;

  3. 中间一根弹簧(连接子)凑够距离与灵活度,让两边都舒服。

费曼小贴士
如果连接子太短=两只手握不到;太硬=活动受限;太软=两手打架。


2. 为什么“剁掉连接子”还能干活?

论文作者把“弹簧”减到 1 个氨基酸

  • Pro‑BA:在原药 Brigatinib 上挂一个 脯氨酸

  • 结果:降解效率 DC₅₀ = 74 nM,比加了 PEG3 的对照提升 ~6 倍。

  • 原因(作者给的解释):

    1. GID4 识别:脯氨酸本身就是 N‑降解子信号;

    2. 分子更小:细胞易吸收,溶解度变好;

    3. 刚性哌嗪:自带“半连接子”属性,维持合适几何。


3. 哌嗪环到底算不算连接子?

来看结构?

图片
  • 支持者:没有 PEG/烷基链 ⇒ 可以叫 linker‑free

  • 反对者:哌嗪 + 单氨基酸依旧承担“连桥”功能 ⇒ 只是“最小连接子”。

  • 中立派:管它叫啥,关键是 药效更好,合成更易


4. GID4:碎纸机新入口

大多数 PROTAC 用 CRBN 或 VHL 两台老碎纸机。
这回作者启用了 GID4 通道:只要蛋白 N‑端是脯氨酸,就会被识别送销毁。

验证三板斧

  1. CRISPR 敲掉 GID4 → 降解失效

  2. Co‑IP → 看到三元复合物

  3. 泛素化测定 → 标记水平↑

好处:E3“军火库”又多了一员。


5. 科学与命名的“拉锯战”

  • 营销视角linker‑free,听上去颠覆性 > minimal linker,更容易拿头条、抢投资。

  • 学术视角:术语得精确,否则综述、专利、监管文件都乱套。

Take‑home message

术语的火药味,恰好反映了蛋白降解领域正高速洗牌。


6. 对药物发现意味着什么?




一句话

更小、更硬、更聪明 的降解剂,或许能把原本“不可药”的靶点一网打尽。


7. 未来 3 个关键问题

  1. 命名标准化:化学家 & 生物学家坐下来定个规矩。

  2. 高分辨率结构:到底哪一截在“抱团”?Cryo‑EM / X‑ray 见真章。

  3. 临床可行性:口服吸收、代谢毒性,纸面性能≠病人获益。


写在最后

  • 这场争论不是“字眼游戏”,而是让我们重新思考连接子的真正角色

  • 就算最终证明“无连接子”说法有夸张成分,它仍然推动了更精简、更高效的 PROTAC 设计

  • 下次写 grant / patent,别忘了考虑 “最短路径” 这条设计思路!




《自然通讯》的研究声称开发出"无连接子PROTAC"论文简介diagram, schematic


传统的PROTAC设计理论正面临前所未有的挑战。一项2025年发表在《自然通讯》的研究声称开发出"无连接子PROTAC",其效果优于传统设计,但这一说法引发了科学界关于术语准确性和分子机制的激烈争论。该争议的核心是:这些化合物是否真的"无连接子",还是仅仅使用了极短的"最小连接子"?

传统PROTAC设计原理的基石地位

PROTAC(蛋白质降解靶向嵌合体)技术自1999年首次提出以来,一直建立在一个核心假设上:连接子是必不可少的。传统PROTAC包含三个组成部分:目标蛋白配体、E3连接酶配体和化学连接子。

连接子在传统理论中被认为至关重要,因为它们能够:实现空间定位,让目标蛋白和E3连接酶形成适当的三元复合物;克服空间位阻,提供足够的距离避免结合冲突;调节协同结合,影响三元复合物的热力学稳定性。传统连接子通常由PEG链(3-12个乙二醇单位)或烷基链组成,长度为10-30个原子,设计用于允许构象采样以实现有效结合。

突破性的《自然通讯》研究发现

Nat Commun:南方科技大学饶海等研究发现linker free 的PROTAC可有效诱导癌蛋白降解

2025年5月发表的论文"Linker-free PROTACs efficiently induce the degradation of oncoproteins",挑战了连接子必需性的基本假设。研究团队开发的先导化合物Pro-BA显示出卓越的性能:半数最大降解浓度(DC50)为74 nM,在500 nM时能实现82%的蛋白质降解,明显优于含连接子的对照化合物Pro-PEG3-BA(DC50: 416 nM)。

该研究的革命性在于直接将单个氨基酸(如脯氨酸、甘氨酸)连接到目标配体上,利用N-末端降解子通路实现蛋白质降解。Pro-BA还展现出更好的结合亲和力(144 nM对比387 nM)、增强的细胞摄取能力和改善的水溶性。更重要的是,该化合物在体内显示出35%的口服生物利用度和显著的肿瘤抑制效果。

达沙替尼和布加替尼的结构争议

在关于"无连接子"PROTAC的讨论中,达沙替尼和布加替尼的哌嗪基团成为争议焦点。这些化合物的分子结构分析揭示了复杂的功能角色:

达沙替尼含有4-(2-羟乙基)哌嗪部分,该基团位于溶剂暴露区域,使其可用于连接子附着。布加替尼包含双苯胺嘧啶核心和1-甲基-4-(哌啶-4-基)哌嗪连接区域。这些哌嗪基团在结构上不仅仅是简单的附着点,它们提供半刚性支架,约束PROTAC构象,可能有利于形成有效的三元复合物。

关键争议在于:这些哌嗪基团是"最小连接子"还是原始药物结构的组成部分?从结构生物学角度看,它们更准确地描述为"整合的附着点"而非真正的连接子,因为它们维持了原始药物的结构完整性,同时提供了与E3连接酶配体的约束但功能性连接。

GID4机制的分子基础

该研究利用了GID4(葡萄糖诱导降解缺陷复合物4)基础的降解机制,这是一个相对较新的途径。GID4作为CTLH E3连接酶复合物的底物受体,专门通过Pro/N-降解子通路识别N-末端脯氨酸残基。

这种机制的验证通过多种方法实现:CRISPR敲除显示GID4缺失消除了Pro-BA介导的降解;共免疫沉淀证实Pro-BA促进了EML4-ALK-GID4相互作用;泛素化检测显示Pro-BA促进目标蛋白的泛素化。该机制扩展了PROTAC的E3连接酶工具包,超越了传统的CRBN或VHL系统,约90%的现有PROTAC依赖这两种连接酶。

术语争议的科学有效性

关于"无连接子"术语的争议揭示了科学准确性与创新营销之间的张力。支持"无连接子"说法的观点认为:这些分子消除了传统的PEG或烷基链连接子,代之以单个氨基酸的直接连接;简化了合成过程,改善了药物样性质;证明了连接子并非PROTAC功能的必需特征。

然而,批评者指出这些分子仍然包含氨基酸连接,质疑单个氨基酸是否不构成"连接子"。从化学角度看,即使是单个氨基酸也在功能上连接两个分子部分,因此技术上仍然是一种连接子,只是极其简短。

这种术语争议具有重要的监管和分类影响:术语影响监管机构、医生和投资界对药物的认知;"无连接子"暗示与传统PROTAC根本不同的药物类别;可能影响专利策略、监管途径和市场定位。

药物发现的广泛影响

这项研究对药物发现领域产生了深远影响。科学创新方面,它挑战了PROTAC设计的既定范式,可能简化三元复合物预测,优化流程更加简化。治疗开发方面,具有改善口服生物利用度和降低毒性的潜力,可能接触到以前具有挑战性的靶点。

商业角度看,PROTAC市场预计到2030年将达到数十亿美元,大型制药公司包括辉瑞、诺华、百时美施贵宝和默克都在大力投资。目前有三个PROTAC处于III期临床试验,首个FDA批准的PROTAC可能在2025-2026年出现。

科学界的不同观点

科学界对此争议持有不同观点。支持者强调:这代表了PROTAC设计哲学的根本转变;证明了连接子可能不仅不必要,甚至可能对活性有害;为靶向蛋白质降解疗法开辟了新途径。

批评者担忧:术语可能在高影响力出版物中设立问题先例;存在科学文献中术语碎片化的风险;可能在系统综述和荟萃分析中造成混乱。中立观点认为:虽然这项研究代表了蛋白质降解的重大科学进展,但"无连接子"术语更多是营销/定位选择,而非严格准确的化学描述。

结论与未来展望

这场关于"无连接子PROTAC"的科学争议揭示了创新研究推广与精确科学术语维护之间的平衡挑战。虽然张等人的研究在蛋白质降解方面取得了重大科学进展,但"无连接子"术语在化学准确性方面存在争议,这些分子仍然包含功能性氨基酸连接。

这项工作的真正价值在于:证明了传统长柔性连接子可能并非总是必要的;刚性、整合设计可能是有效的;通过PROTAC转换进行药物再利用是可行策略;传统PROTAC定义可能需要完善。

未来的研究方向应该包括:建立更清晰的降解剂术语定义标准;开展系统的结构-活性关系研究;进行高分辨率三元复合物结构研究;评估药代动力学和安全性特征。科学界将受益于更清晰的降解剂术语定义标准,以避免混乱并确保在研究、监管和临床环境中的一致沟通。

总体而言,这场争议不仅是关于术语的争论,更是关于科学如何平衡创新与精确性的深刻反思。无论如何命名,这些研究都代表了靶向蛋白质降解技术的重要进步,为治疗以前"不可药物化"的疾病开辟了新的可能性。



? 定义与核心机制简析

传统PROTAC结构包括:

  • POI ligand(靶点配体)

  • E3 ligase ligand(E3连接酶配体)

  • linker(连接臂)

Linker-free PROTAC则直接将两个配体通过刚性或高度接近的结构单元融合,或甚至通过共价方式、环状骨架或空间排列巧妙嵌合在一起。其核心意图是:

  • 避免linker引入的药代动力学负担与空间不稳定性

  • 更像molecular glue,诱导更紧密复合物形成


? 与molecular glue和solvent exposure的比较:


结论性地说,linker-free PROTAC在理念上更接近“bivalent molecular glue”,兼具传统PROTAC的二价诱导性与glue的结构简洁性。它本身不属于solvent-exposed驱动机制,但确实需要考虑ligand与POI或E3之间是否形成solvent-exposed or buried surface area(溶剂可及性)的问题,因为这影响Ternary complex的稳定性。

相关推荐