引言：精准医学呼唤可控降解
蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)是一种能够同时结合E3泛素连接酶与疾病相关蛋白，并利用细胞内源性泛素-蛋白酶体系统降解靶蛋白的技术。然而，PROTAC的催化特性以及肿瘤的异质性可能带来不可控的蛋白降解、脱靶毒性以及无法精细调控的治疗窗口等问题，从而限制了其临床转化潜力。
基于此，可控型的PROTAC技术应运而生，其利用外界刺激或内部信号使降解活性在特定时间、特定地点或特定条件下被精确激活或关闭，实现对降解活性的时空调控。
一、外界刺激/光控型PROTA
原理：利用光敏基团（光笼、光异构化基团）调控PROTAC活性。光照射前无活性/低活性，光照后释放活性分子或改变构象激活。
▲光裂解PROTAC（PC-PROTAC）
PC-PROTAC包含一个可光切割的光笼基团，可在特定光照射下释放活性 PROTAC，实现了"从无到有"的按需激活，避免脱靶毒性。2019年，Pan团队首次提出光笼式 PROTAC（PC-PROTACs）。该团队将DMNB光笼基团连接到 BRD4抑制剂JQ1的酰胺键的氮原子上设计得到了PC-PROTAC分子。所得分子 PC-PROTAC1 仅在365nm的紫外光照射后在活细胞中显示出有效的降解活性，有效地降解了斑马鱼中的BRD4 蛋白并产生预期表型变化。此外，该方法还被成功应用于构建靶向BTK的PC-PROTAC3。作为一种光诱导蛋白质降解的通用策略，其仍存在一定的局限性，如蛋白质降解的不可逆等；同时，需要紫外光的照射也限制了该技术在动物体内的安全应用。
▲光开关PROTAC（PS-PROTAC）
与之类似，PS-PROTAC是在分子中嵌入光控异构单元（如偶氮苯或二芳基乙烯），其构型随光照可逆转换。光照下，由于Z/E构型转换而使连接子长度产生差异，从而可逆地改变靶蛋白配体与E3泛素连接酶配体间的距离，实现了蛋白降解的可逆调控。2024年，Sheng团队开发了一种新的 PS-PROTACs 设计策略。该研究以NAMPT激动剂作为靶蛋白配体，以具有高转化率和双稳态的光控元件二甲基吡唑偶氮苯作为连接子，设计合成了一类新型光控NAMPT PROTAC（PS-PROTAC）分子。该分子经450 nm光照后处于反式（E）构型，能够有效降解NAMPT，并下调细胞内NAD+；而经365 nm光照后处于顺式（Z）构型，对NAMPT无降解作用，发挥激动效应和上调细胞内NAD+。此外，通过增加光源功率和照射时间，620 nm波长同样能够促使PS-PROTAC进行Z/E构型的转换，从而实现小鼠体内移植瘤模型抗肿瘤活性、NAMPT和NAD+稳态调节的光学操控。
二、基于内部信号的智能响应型PROTAC
原理：利用疾病微环境（如肿瘤、炎症部位）特有的生物化学特征（酶、pH、ROS、GSH水平、缺氧等）来特异性激活PROTAC。
▲缺氧响应型PROTAC
缺氧是90%的实体瘤中广泛存在的一种特质，通常与肿瘤的增殖、分化、血管生成、能量代谢以及癌症的耐药性发生、患者预后较差密切相关。Xing等开发了一种点击式PROTAC（ENCTAC）系统，可用于低氧微环境中的刺激响应性蛋白质降解。该系统能够正交交联两个不同的小分子弹头配体，这些配体仅在缺氧诱导的硝基还原酶（NTR）激活后识别肿瘤内BRD4蛋白和E3连接酶。PROTAC分子的局部形成促进了BRD4的特异性下调，从而改变表观遗传靶标的表达，精确调节活细胞、斑马鱼和实体移植瘤模型的小鼠体内的缺氧信号传导。这一策略实现了选择性蛋白质降解，并且无需事先进行繁琐的化学合成。此外，这些小分子ENCTACs在体内表现出良好的药代动力学特征和有效的肿瘤抑制效果，有望为未来的精准医疗提供更加灵活和具有成药性的PROTAC干预手段。
▲酶响应型PROTAC
某些关键酶的异常表达是肿瘤和其他疾病的重要特征之一。肿瘤细胞不仅可以调节酶的经典功能来满足自身快速增殖的需要；同时还能调控多种复杂的细胞活动和疾病的发生发展过程。Zhang等设计了一种具有光疗和可控激活效力的PROTAC（SPNpro），用于光免疫代谢癌症的治疗。SPNpro可以远程生成单线态氧（1O2），根除肿瘤细胞，并诱导免疫原性细胞死亡（ICD）以增强肿瘤免疫原性。此外，SPNpro的PROTAC功能被癌症生物标志物（组织蛋白酶B）特异性激活，以触发活小鼠肿瘤中免疫抑制性吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）的靶向蛋白水解。持续的IDO降解可阻断肿瘤细胞中的色氨酸（Trp）代谢途径并促进效应T细胞的激活。研究结果表明，这种SPNpro介导的可激活光免疫代谢疗法增强了抗肿瘤T细胞免疫力，并有效抑制了肿瘤生长和转移。
结语：精准智控，破局前行
可控型PROTAC通过光、酶或小分子开关实现时空精准调控，显著降低脱靶毒性，显示了其在肿瘤靶向治疗中的应用前景。然而，该技术目前仍面临激活效率不稳定、调控元件可能破坏三元复合物稳定性及递送效率低等缺陷。为了促进可控型PROTAC 的临床应用，该技术未来发展需聚焦三大方向：
▲智能设计：优化外界刺激与内部信号的选择与结合，开发多元响应型PROTAC；
▲先进递送：结合纳米药物递送系统等方法实现口服给药及深层组织靶向递送；
▲临床转化：通过肿瘤等疾病模型验证推进临床转化，并探索与免疫疗法联用以克服耐药。
总之，通过与材料科学、纳米医学、生物正交化学等领域的融合，可控型PROTAC有望进一步丰富靶向蛋白降解的工具箱，加速迈向临床应用。
供稿：小分子药物实验室硕士研究生 陈晓彤
审核：朱成梁
