里程碑!全球首个PROTACs药物人体试验,初步数据喜人

曼话 曼话 来源:医药魔方
2019-11-07
PROTAC

今年3月,由PROTACs技术先驱Craig Crews教授创办的Arvinas宣布,经过6年的研发,公司将在年中启动候选药物ARV-110(基于PROTACs技术开发的一种靶向雄激素受体的口服蛋白降解剂)治疗转移性去势抵抗性前列腺癌的I期临床试验。两个月后,ARV-110获得了FDA授予的快速通道资格。

 

10月23日,在第二届靶向蛋白降解剂峰会上,Arvinas公布了ARV-110 I期试验的初步数据(来自10例患者)。分析结果显示,试验中三个剂量组(35 mg、70 mg、140 mg)均耐受性良好,无剂量限制毒性,未观察到2级、3级或4级相关不良事件。


Arvinas的CEO John Houston博士表示,初步证实ARV-110安全性良好不管是对公司,还是对整个领域都是一个激动人心的里程碑。


作为全球首个进入临床试验的新型靶向蛋白降解剂,ARV-110的I期试验结果备受关注,因为这些至关重要的数据可能会真正改变人们对PROTACs技术能否成药的看法。


图1 PROTACs作用机制(图片来源:Nature)


PROTACs全称为Proteolysis-Targeting Chimeras,即蛋白水解靶向嵌合体,其结构看起来像哑铃一样(图1),通过一个“连接器“(linker)连接“兴趣蛋白的配体”以及“E3泛素连接酶的招募配体”。也就是说,PROTACs分子的一端与靶蛋白结合,另一端与E3泛素连接酶结合。而E3泛素连接酶可通过将一种叫做泛素的小蛋白贴在靶蛋白上将其标记为缺陷或受损蛋白。之后,细胞的蛋白粉碎机(即,蛋白酶体)会处理掉被标记的靶蛋白。


初创公司(除Arvinas外,还包括C4 Therapeutics、Kymera Therapeutics等)和制药巨头(如拜耳、诺华、安进、辉瑞、GSK、默沙东、罗氏、Biogen、Vertex等)之所以争相布局PROTACs以及其它诱导靶蛋白降解的分子或技术,是因为它们有一个很大的优势:能够使传统上认为“无成药性”(undruggable)靶点变成“有成药性”的靶点。简单来说,就是有很多与人类疾病相关的蛋白质,小分子或抗体药物无法靶向它们,但PROTACs等分子或技术使通过靶向这类蛋白来开发降解致病蛋白的新疗法以治疗相关疾病成为了可能。

 

不过,尽管靶向蛋白质降解剂已成为医药研发领域的热门,但这类药物的研发依然有很多需要克服或改善的问题,如扩大可用E3泛素连接酶的范围、更高效地筛选和验证可行的靶点等。


图片来源:Nature Reviews Drug Discovery

 

10月30日,在发表于Nature Reviews Drug Discovery 上的一篇综述中[1],Crews教授与其他三位科学家总结了从PROTACs近些年研发中获得的经验与教训,并重点系统分析了可能被用于研发PROTACs的人类E3连接酶,作者们希望,这能够帮助扩大研发PROTACs的工具箱,从而促进靶向蛋白质降解领域的发展。

 

图2 靶向蛋白质降解过程中形成的三元复合物的结构(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)

 

三大挑战

 

有别于作用机制不同的传统抑制剂,基于PROTACs的靶向蛋白质降解剂有着较高的细胞效能、作用时间持久,且在靶蛋白选择方面具有独特的优势。但随着PROTACs的发展,一些问题和挑战也越来越突出,如1)在临床应用方面,合适的剂量可能是一个问题,因为有文献指出,游离的PROTACs分子会影响最终靶蛋白的催化降解;2)到目前为止,被报道的PROTACs的大小比典型的口服小分子药物更大,考虑到PROTACs的物理化学性质,它的药代动力学性质可能没有预期得那么好;3)由与E3泛素连接酶复合物核心组成有关的基因突变驱动的获得性耐药是需要克服的另一个问题。

 

表1 近几年一些研究揭示的靶向蛋白质降解的机遇与挑战


数据来源:Nature Reviews Drug Discovery


未来重点

 

E3泛素连接酶可通过单泛素或聚合泛素链(连续的泛素分子通过不同的异肽键连接)标记底物蛋白,不过,只有一些独特的聚泛素链可导致被标记的蛋白被降解。有分析称,≥632个人类E3泛素连接酶中,约270个被认为与泛素蛋白酶体系统(ubiquitin–proteasome system,UPS)有关。不过,目前只有不到10个被用于靶向蛋白质降解,包括CRBN、VHL、IAPs、MDM2、DCAF15、DCAF16和RNF114。因此,探索更多可用的E3泛素连接酶是未来工作的重点之一。

 

来自人类蛋白质图谱的数据显示,有24种E3泛素连接酶存在于至少90%的细胞和组织类型中(具体见图3a)。其中,RBBP7、MDM2、TOPORS、TRIM35、TRIM28、FBXW7、UBE3B、PPIL2、UBE3A和RNF20这10个E3泛素连接酶已知参与了泛素蛋白酶体系统。

 

图3 E3泛素连接酶的组织表达(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)


除了在人类细胞和组织中广泛表达的E3泛素连接酶,有20种E3泛素连接酶在人类组织中表达窗口狭窄(具体见图3b),即只在特定的组织中表达。其中,ASB9(仅在胰腺和睾丸中表达)、KLHL10、KLHL41和TRIM69这4个泛素连接酶已知可诱导其底物的蛋白酶体降解。招募这类具有组织表达特异性的E3泛素连接酶的PROTACs有望带来独特的治疗应用,因为它们不会降解不表达这类E3泛素连接酶的组织中的靶蛋白。

 

图4 E3泛素连接酶的可配体能力:DCAF和BTB E3泛素连接酶(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)

 

在该综述的最后一个模块,Crews教授等根据可用的结构和化学数据,花大量篇幅分析了八大类E3泛素连接酶的可配体能力(ligandability),包括DCAF E3泛素连接酶(图4a)、BTB E3泛素连接酶(图4b)、VHL-box 及SOCS-box E3泛素连接酶(图5a)、F-box E3泛素连接酶(图5b)、IAP E3 泛素连接酶(图5c)、APC E3 泛素连接酶(图5d)、HECT E3泛素连接酶(图6a)、TRIM E3泛素连接酶(图6b)。

 

图5 E3泛素连接酶的可配体能力:BC-box、F-box、IAP和APC E3泛素连接酶(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)


图6 E3泛素连接酶的可配体能力:HECT和TRIM E3泛素连接酶(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)

 

作者们认为,尽管近几年靶向蛋白质降解领域取得了重要进展,但依然有很多问题未解决,比如,究竟多少传统上无成药性的蛋白将被证明是可被靶向降解的?哪些靶点真正能够转化为一种可为患者所用的疗法?而扩大可为PROTACs所招募的E3泛素连接酶“工具箱”无疑将会推动该领域进步。

 

总结

 

从1999年首次进入专利文献至今,蛋白降解剂的发展已走过20年。随着第一梯队的候选技术/分子的早期临床试验结果即将揭晓(除ARV-110外,Arvinas靶向雌激素受体治疗HER2阴性局部晚期或转移性乳腺癌的ARV-471也正在开展I期临床试验)以及越来越多的项目朝临床推进,该领域的发展进入了重要时期,未来3-5年将是PROTACs技术的关键年。

 

尽管蛋白降解剂能否成为下一类重磅药物尚无答案,但由于它是独立于抗体和小分子的一类药物,且有望解决这两类药物引发的耐药性问题,并有可能用于治疗由致病蛋白引发的多种疾病(如癌症、神经退行性疾病),因此,值得业界投入更多的人力和财力去调查其颠覆疾病治疗的潜力。

 

 

参考资料:

1# Arvinas Presents a Platform Update,Including Initial Data from the First Two Clinical Trials of PROTAC® Targeted Protein Degraders

2# 颠覆性PROTACs技术迎来突破,蛋白降解剂将成下一个重磅药物? | 专访清华饶燏

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