杨小宝点评 | 分子胶研发，突破就在前方

目前，具有成药性的新型分子胶的发现总体还是处于摸着石头过河的阶段，要想达到小分子抑制剂的理性设计还是有一定的差距。此外，如何突破度胺类药物的局限性开发新型E3配体分子胶是新的热点和挑战。

——标新生物 杨小宝博士

分子胶的作用原理是与靶蛋白（POI）或E3连接酶结合后，诱导或稳定E3连接酶与POI之间的蛋白-蛋白相互作用（PPI）。分子胶与蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）作用模式存在较大差别：1）分子胶至少对POI或E3连接酶中的一种缺乏亲和力，而PROTAC的两个配体对各自对应的蛋白必须具有足够的亲和力；2）分子胶作用模式不会出现作用饱和，而PROTAC降解可能出现钩状效应（hook effect）；3）最近，Zheng等人提出，绝大多数分子胶驱动了原本已经具有基本相互作用倾向的蛋白，而PROTAC降解靶蛋白是E3连接酶的新底物（neosubstrate）。

目前，对于PROTAC的作用模式理解较为深入，而分子胶的作用原理了解较少。因此，如今的PROTAC设计方式多为基于构效关系研究的合理设计，而绝大多数分子胶往往是意外发现。缺乏合理的设计策略很大程度限制了分子胶的发现效率，为了解决上述问题，最近出现的一些分子胶合理设计研发思路有望加速分子胶研发，让更多分子胶药物早日惠及患者。

意外发现的分子胶

前期分子胶都是经过偶然发现得到的。典型的例子是沙利度胺及其类似物（免疫调节性亚胺药物，IMiD）。研究发现，IMiD与E3连接酶CRL4^CRBN结合可导致多种蛋白降解。IMiD最开始被证明可以触发C2H2型锌指结构转录因子Ikaros（IKZF1）和Aiolos（IKZF3）基于CRBN的蛋白酶体降解。此后不久，来那度胺被发现是一种分子胶，可以降解激酶CK1α，而结构相似的沙利度胺和泊马度胺则没有这种活性。因此，IMiD类药物微小的结构差异将导致降解蛋白质组学的显著差异。沙利度胺、来那度胺、泊马度胺等IMiD类药物的临床应用证明了分子胶的有效性，同时直接推动了PROTAC的发展。2015年，Winter等通过将类IMiD样邻苯二甲酰亚胺与BET-溴结构域抑制剂 JQ1结合，获得了首个体内相容的PROTAC，即dBET1。

第二类分子胶降解剂是芳基磺胺类化合物，如indisulam、E7820等。研究表明，这类化合物通过作用于CRL4^DCAF15降解剪接因子RBM39及其横向同源基因RBM23。某些芳基磺胺类药物还可降解mRNA前体剪接因子PRPF39和HIF1-β。目前还没有芳基磺胺类药物获批，日本Eisai公司的indisulam和E7820在临床II期试验中疗效有限，目前部分临床试验已经停止。

IMiD类药物对CRBN的亲和力可达纳摩尔级，而芳基磺胺类化合物与DCAF15的亲和力要低得多。但是，DCAF15与靶蛋白间相互作用表面积更大，如DCAF15-RBM39的相互作用表面积是CRBN-POI的2倍，弥补了较弱的亲和力。因此，磺胺类药物证明，分子胶降解剂不一定依赖于与 E3 连接酶的高亲和力结合。这一现象表明，不可配基的E3连接酶同样具有药物开发价值，这一点在PROTAC开发中得以印证，一种基于DCAF15开发的PROTAC分子DP1成功降解了靶蛋白BRD4。

BCL6是淋巴瘤中已知的致癌驱动因子。在筛选BCL6抑制剂的过程中，意外发现了BCL6单价降解剂BI-3802。正常情况下，BCL6通过自身BTB域形成二聚体，而BI-3802促进了二聚体自组装称多聚体，触发E3连接酶SIAH1的泛素化标记后的降解。BI-3802并未直接诱导BCL6与E3连接酶作用，而是间接地诱导多聚蛋白与E3连接酶间的作用。利用生物化学或细胞筛选方法进一步寻找诱导多聚化的药物分子，同时检测蛋白表达变化情况可帮助发现类似的降解剂。这种配体诱导的多聚化及随后的蛋白去稳定提供了一种有趣的蛋白降解途径，但其作用模式仍未完全阐明。

需要注意的是，以上这些分子胶降解剂都降解了传统意义上的“不可配基”蛋白（如转录因子），此外，绝大多数都基于CRL泛素连接酶（CRL）家族发挥作用。CRL是最大的E3连接酶家族，这类E3连接酶是多亚基复合物，包括cullin支架蛋白、衔接蛋白、底物受体和RING蛋白亚基组成。CRL在生理病理过程中扮演重要作用，其功能失调是许多疾病的基础。

合理设计的分子胶

目前绝大多数分子胶都是基于偶然发现，其中部分化合物已进入临床。然而，分子胶的进一步发展必须由意外收获走向系统开发。最近的一些分子胶研究试图改变分子胶意外发现的状，一些研究通过从靶标未知、E3连接酶未知、靶标和E3连接酶驱动3个角度，开辟了合理开发分子胶候选药物的路径。

与靶标、E3连接酶 无关的合理发现

2020年，3个研究团队独立报道了结构各不相同的CycK分子胶降解剂。尽管3个研究均聚焦于具有相同作用机理的化合物，他们的研究策略并不相同。

Slabicki课题组与Mayor Ruiz课题组采用与靶标、E3连接酶无关的策略。在一项数据挖掘工作中，研究人员发现，肿瘤细胞中多个E3连接酶成分的转录表达与之前药物敏感性数据相关。他们发现，DCAF15表达与芳基磺胺毒性有关，而通用CDK抑制剂（R）-CR8细胞毒性与CRL衔接蛋白DDB1表达有关。基于此，Slabicki等证明，（R）-CR8以DDB1依赖的方式选择性介导CycK降解。

Mayor-Ruiz也采用了采用与靶标、E3连接酶无关的策略。具体而言，该实验团队开发了一种基于低拟素化（hyponeddylated）模型的表型细胞策略。拟素化 (neddylation) 是一种调节蛋白活性或功能但不介导其被26S蛋白酶体降解的蛋白质翻译后修饰。拟素化过程与泛素化过程类似，通过NEDD8激活酶E1（NAE）、NEDD8偶联酶E2（NEDD8-conjugating enzyme）和E3连接酶（E3 ligase） 组成的三联酶促反应将拟素NEDD8与目标蛋白共价结合。UBE2M是拟素化过程的关键E2偶联酶，其功能受损将导致大量CRL复合物失活，致使降解剂耐药。利用UBE2M突变肿瘤细胞，研究人员开发了一种大规模药物筛选工具。通过对比野生型与UBE2Mmut型细胞活力差异，实验发现新型硫酰胺支架dCeMM1可以通过劫持CRL4^DCAF15选择性降解RBM39靶蛋白，这一结果作为一种概念验证确证了这种工具的有效性。该团队还开发出系列小分子化合物dCeMM2/3/4，通过CRL发挥作用。进一步的研究发现，上述小分子药物都是以分子胶作用机理发挥细胞毒性、杀伤细胞的。

Lv等则在寻找NRF2抑制剂的过程中无意发现了Cyck分子胶降解剂HQ461。药物靶标去卷积确定了HQ461的分子胶本质，在进一步构效关系研究的基础上合成了活性为原来3倍的结构类似物HQ0015（DC50:41 nM）。

靶标未知、E3连接酶驱动的合理发现

VHL和CRBN是TPD领域最常使用的E3连接酶。CRBN不仅应用于多个PROTAC，也可在分子胶降解剂（IMiD）中发挥作用。此外，也有许多依赖VHL的PROTAC，但VHL依赖性的分子胶报道很少。Novartis最近披露了基于蛋白质芯片的E3连接酶驱动、靶标未知的分子胶发现策略。这一方法用于筛选化合物诱导的VHL和数千个蛋白之间的相互作用。包括化合物4在内的一些小分子可以将VHL与调控半胱氨酸代谢的CDO1结合，促进CDO1的多聚泛素化和随后的蛋白酶体降解。X射线结构证明，三者形成了三元复合物，证明了其作用原理。

靶标驱动、E3连接酶未知的合理发现

• 信号上调测定发现IKZF1分子胶

  
  

在细胞筛选分析中以目标蛋白作为输出信号是从化合物文库中筛选分子胶降解剂的直接方式。但是这种信号下调的输出信号结果信噪比、动态范围差，同时可能出现若干因素来源的假阳性。Koduri发表的一种靶标驱动、E3连接酶无关的正向选择分析（信号上调测定，up assay）成功鉴别了IKZF1单价分子胶降解剂，将下降的蛋白水平转化成上调的输出信号。研究人员将脱氧胞苷激酶（DCK）与IKZF1形成融合蛋白。由于DCK可将非天然核苷BVdU转化为毒性物质，因此融合蛋白的降解将阻断BVdU的转化。将BVdU与100多个泊马度胺类似物联用，以细胞活力为输出信号,鉴定出新的IMiD样分子胶降解剂。

• 变性蛋白印迹筛选发现SUMO1降解剂

  
  

Bellail等人利用变性蛋白印迹信号下调作为输出信号，筛选SUMO1降解剂。在1596个化合物文库中，研究人员发现CPD1是潜在的候选化合物，后来该分子被进一步优化成先导化合物HB007。基因组规模的CRISPR筛选和HB007下拉蛋白质组学结果表明，HB007诱导了FBXO42（一种CRL1底物受体）和CAPRIN1相互作用。总结来说，HB007的作用机理为诱导CAPRIN1与FBXO42相互作用，招募SUMO1至CAPRIN1-CUL1-FBXO42泛素连接酶复合物中，随后泛素化SUMO1。

靶标和E3连接酶驱动策略

• β-连环素分子胶降解剂

恢复病理条件下E3连接酶与底物之间的相互作用是分子胶降解剂的一大发展趋势。2019年，Simonetta等发现并进一步优化了可增强CRL1^β-TrCP与突变β-连环素之间的相互作用。CRL1^β-TrCP可识别包括Ser33和Ser37的β-连环素磷酸化降解结构域。肿瘤环境中，β-连环素将发生突变，β-连环素稳定性增强，促进致癌转录程序。研究人员重点关注了Ser37突变。基于与E3连接酶亲和力较弱的pSer33/Ser37磷酸化降解结构域肽，实验建立了一种基于荧光偏振的高通量生化筛选方法，研究350 000个化合物的降解活性。其中，包括NRX-1532在内的少数几个化合物可以增强CRL1^β-TrCP依赖的β-连环素泛素化。通过进一步优化β-连环素:β-TrCP界面后的化合物NRX-252114和NRX-252262效价较母体化合物NRX-1532提升了10 000倍。不同于其他分子胶降解剂，这类化合物对E3连接酶本身不具亲和力，通过三元复合物间的高协同作用诱导靶蛋白与E3连接酶间的相互作用。因此，这项研究表明，分子胶降解剂可以恢复E3连接酶对天然蛋白质底物的亲和力。

• Helios分子胶降解剂

2021年，Wang等报告了基于CRBN开发的结构指向分子胶的开发。Helios（也称为IKZF2）是一种参与免疫抑制的转录因子。调节性T细胞（Treg）是维持体内免疫平衡的关键，但在肿瘤条件下抑制免疫系统对肿瘤的攻击，Helios是维持Treg细胞活性与生理功能的关键，Helios缺陷型Treg小鼠模型抗肿瘤免疫能力增强。

目前，仅Ikaros（IKZF1）和 Aiolos（IKZF3）可被IMiD降解，二者结构中第二个锌指结构域中的谷氨酰胺残基触发了这一过程，而Helios中的组氨酸残基则无法启动这一过程。研究人员认为，考虑到IMiD CC-885诱导Gln146突变为组氨酸的IKZF1与CRBN间形成了弱相互作用，更灵活的CRBN结合位点可以匹配Helios的组氨酸。因此，Wang等首先合成了IMiD衍生物ALV-02-146-03，评估其与CRBN的结合能力。随后，他们基于TR-FRET技术进行CRBN:Helios二聚化实验，筛选了一系列结构类似物。经多轮优化后的ALV1化合物介导CRBN依赖的Helios降解，但也会造成Ikaros不稳定，而ALV2对Helios具有更强的选择性。值得注意的是，Eos（即IKZF4）在与Helios相同的位置也有一个组氨酸残基，ALV1和ALV2也造成Eos不稳定。Helios降解降低了T细胞无能表型（T细胞无反应），减少Treg细胞的抑制作用。目前，Novartis的Helios分子胶降解剂DKY709正处于临床I期，考察其单药疗法以及与抗PD-1单抗spartalizumab联用的疗效。

这一策略是建立在Ikaros家族其他成员与IMiD间丰富的结构信息基础之上。因此，基于结构指向的分子胶降解剂开发可以赋予E3连接酶额外的特异性。

• DNA编码化合物库技术筛选的基于VHL的BRD4分子胶降解剂

目前，无论是靶标已知还是靶标未知的情况下，基于VHL开发的降解剂案例还比较少。Brenner和Lerner提出，DNA编码化合物库（DEL）在药物发现领域的应用越来越广泛。这项技术通过多轮“均分与合并”产生大量化合物，每个化合物分子上都带有一条独特的DNA片段作为结构信息条形码。经过固定靶蛋白后的多轮亲和筛选，对可以与靶蛋白结合药物分子的DNA标签PRC测序，进而识别对应的化合物结构。

多样性导向合成，是指从单一的起始原料出发，以简便易行的方法合成结构多样、构造复杂的化合物集合体，再对它们进行生物学筛选。Stuart Schreiber实验室建立的DNA寡核苷酸编码的多样性导向合成（DOSEDO）技术，可以大规模合成DNA标签的化合物。生成的DEL可用于靶蛋白分子胶开发。在VHL存在或不存在的情况下，考察DEL中化合物与靶蛋白BRD4的结合能力，发现差异化合物FYI979是BRD4的分子胶降解剂。

• 计算建模与虚拟筛选：更合理的分子胶开发技术？

计算机辅助药物设计加快了小分子药物的开发进度，同样可以用于TPD领域的药物研发。目前，绝大多数与TPD相关的计算建模工作致力于理性设计PROTAC诱导的三元复合物。2018年，Nowak等通过虚拟蛋白-蛋白对接技术鉴定蛋白结合低能态，指导开发了选择性BRD4蛋白PROTAC。此后不久，Drummond和Williams提出将连接基团构象搜寻与蛋白-蛋白对接结合的4种方法，产生类似于晶体结构的三元复合物虚拟模型。类似的案例还有很多，这些案例表明，计算建模可以帮助和预测药物诱导的三元复合物形成。

计算建模领域与日俱增的论文（尽管主要针对PROTAC）为距离诱导的药理学（包括分子胶降解剂）奠定了坚实的基础。尽管如此，需要注意PROTAC与分子胶间的差异。尽管PROTAC的靶蛋白配体-连接基团-E3连接酶配体结构特性有利于阐明蛋白-蛋白相互作用，分子胶建模还是一张白纸。最佳的E3连接酶-靶蛋白对的优先级对靶标驱动的分子胶设计非常关键。模拟蛋白-蛋白对接提供了一种很有吸引力的替代策略，理论上可以通过预测几何兼容的蛋白-蛋白相互作用辅助E3连接酶-靶蛋白对的优先级排序。然而，准确的预测需要很大的计算机算力，极大限制了可筛选E3连接酶-靶蛋白对的数量。对E3连接酶-靶蛋白作用区域的深入研究对对接结果很有价值。这些模型会突出蛋白-蛋白界面的空腔，虚拟筛选技术可以找到与这些空腔匹配的分子，并增强靶标与E3连接酶的亲和力。

展望

TPD领域近年来取得瞩目的成就，一些分子胶降解剂临床获批，一些PROTAC正处于临床试验阶段，而新的TPD技术不断涌现，对于TPD技术的理解也不断深入。除作为治疗药物，降解剂也展现出作为研究工具的强大性能，可在基因编辑技术无法实现的时间尺度上精确、快速的调控蛋白质组学（推荐阅读：新型蛋白降解技术NanoTAC 来了！与PROTAC相比，有何不同？）。

对于药物介导的界面和协同结合将进一步促进分子胶降解剂的开发。而基于结构导向的药物发现、计算机建模与虚拟筛选将极大促进分子胶设计。此外，高通量蛋白质组学的技术进步也将直接促进该领域药物发现。总的来说，TPD进展激发了公众对于其他距离诱导药理学概念的兴趣，这些概念在未来几年中将引发越来越多的关注。随着我们对于控制药物诱导的关键性蛋白-蛋白相互作用的理解不断深入，新的突破一定就在前方。

专家点评

 

标新生物 董事长兼首席运行官

杨小宝 博士

杨小宝博士为华东理工大学和中科院有机所联合培养博士，原上海科技大学助理研究员，美国西奈山医学院和美国北卡罗来纳教堂山分校博士后，上海东岳药业研发部总工程师，葛兰素史克上海研发中心研究员。2013年出国加入金坚教授课题组，任博士后期间一直在蛋白降解领域深耕，从事蛋白降解小分子药物的设计开发，相关成果发表在Nature Cancer、Nature Chemical Biology、Nature Communications等国际知名期刊上，并申请了该领域相关专利。

2016年回国后加入上海科技大学免疫化学研究所姜标院士团队，组建了蛋白降解药物研发团队。在上科大任职期间作为通讯作者在国际知名期刊上发表8篇蛋白降解相关学术论文，同时申请该领域专利12篇，并成功实现了和径医药和标新生物的两次科研转化。2021年初全职运行标新生物，并建立分子胶和PROTAC两大平台。

2013年出国做博士后期间，我开始从事PROTAC研究，随着研究的不断深入，我发现PROTAC设计中的E3配体至关重要，其中VHL专利几乎垄断在Arvinas公司手中。2016年底回国加入上海科技大学免疫化学研究所姜标院士团队后，我开始负责组建蛋白降解团队。当时立项PROTAC想法也很简单，如果要构建拥有自主知识产权的E3配体用于PROTAC开发，就要绕开VHL E3配体，因此我们选择了本身就具有成药性的CRBN E3配体进行开发。我们连续构建了不同骨架的CRBN配体，通过体外和体内药效以及成药性验证，发现其本身就有很好的成药性，进而不断深入研究最终发展成为了平台化的研究。

• 分子胶理性设计
  

目前，具有成药性的新型分子胶的发现总体还是处于摸着石头过河的阶段，要想达到小分子抑制剂的理性设计还是有一定的差距。此外，如何突破度胺类药物的局限性开发新型E3配体分子胶是新的热点和挑战。

目前大家较为普遍的观点认为分子胶开发难度比较大，是因为其靶点具有随机性，导致了研发没有抓手，或者说无从下手。但根据我们这么多年的研发经验来说，其实还是有一定的研发策略可以与大家分享。

首先构建可以结合E3泛素连接酶且结构种类丰富的小分子库，构建不同适应症的肿瘤细胞库，组建蛋白质组学平台和高通量Western Blot筛选平台。肿瘤细胞库就是表型优先的策略，蛋白质组学平台就是拥有了分子胶靶点发现的眼睛，高通量Western Blot就是相同骨架候选化合物筛选优化平台，三者完美结合就可以源源不断的进行新靶点和候选化合物发现，基于候选化合物就可以进一步进行理性分子胶设计开发。

• 分子胶融资热度
  
  

在2022年上半年整个融资环境比较疲软的情况下，分子胶还能够获得资本的不断加码，说明分子胶得到了投资界对于技术本身的认可。从我目前和投资人接触来看，投资人在投资之前都会做大量的功课，如聘请该领域的技术顾问进行咨询，并横向比较与PROTAC优缺点（如成药性等），以及公司是否具有连续发现分子胶的能力等，以上要素决定了投资逻辑基本点。分子胶热度是否能最终赶超PROTAC，我个人的观点是每一种药物开发技术平台，有其匹配的靶点或者适应症，其解决的临床需求也各有特点，这也就是标新生物坚持双平台开发策略，分子胶和PROTAC交叉融合，才能更有效的发现和解决对应的临床需求。

• 专有GLUETACS平台
  

标新生物GLUETACS™平台技术理念，本质上就是利用自己开发的E3小分子配体开发分子胶管线，然后利用自己开发的E3小分子配体设计开发PROTAC管线，这样不但可以形成自己的双平台专利保护，而且通过两个平台的交叉融合，实际当中也发现了一些意想不到的优势，如PROTAC不但具有传统蛋白降解功能，而且也保留了一些分子胶本身具有的特点。

基于GLUETACS™平台，标新生物已经开发出了一些领先候选项目，其中GT919已经提交了Pre-IND，GT929已经完成了毒理批次的生产，GT939正在进行PCC确认。尽管此系列分子胶都是针对IKZF系列靶点，但由于化合物骨架完全不同，结构决定性质，其适应症也具有差异性。此外，公司目前也确实发现了一些新的分子胶靶点，但由于没有申请专利，暂且不方便透露。

• 分子胶突破方向

未来3-5年，标新生物将针对分子胶管线，坚持稳扎稳打，每年保持最低一个IND推进，希望开发一些新颖的转录因子靶点，为分子胶领域添砖加瓦。我也相信，在领域同行的共同努力下，分子胶领域将会有更加新颖的靶点被发现，同时也会有更多潜力候选分子进入临床阶段。

参考资料

Chemical Society Reviews. Chasing molecular glue degraders: screening approaches