哈尔滨工业大学陈西课题组JACS封面 ：想吃就吃的 “自噬抗体”ATNC 降解致病蛋白 抑制卵巢癌细胞增殖

前沿科研成果

靶向蛋白质降解（targeted protein degradation，TPD）策略已迅速成为药物研发的新模式，它具有优于传统抑制剂占位驱动的优点，可以持久降低蛋白质水平。近年来，基于自噬的双功能小分子ATTEC，AUTOTAC以及AUTAC的引入，不仅能降解可溶性蛋白质，还能降解聚集蛋白质、非蛋白质生物分子和细胞器，显示出优越于基于蛋白酶体途径的降解策略（PROTAC为代表）和基于内吞-溶酶体途径的降解策略（LYTAC）为代表的特征。然而，这些小分子自噬降解剂存在局限性，例如缺乏模块性、需要多步有机合成以及难以降解细胞内无配体结构域的蛋白质等等。此外，二价小分子降解剂通常存在所谓的“钩型效应”，即在较高降解剂浓度下，无效二元复合物形成增多，而伴随三元复合物的比例降低，导致整体降解效率降低。因此，开发一种易于实施且能降解无配体靶标的方法十分重要。

近日，哈尔滨工业大学的化学生物学与前沿生物技术实验室陈西团队在自噬靶向蛋白降解领域取得新进展，开发了一种基于非小分子的自噬抗体，可选择性降解细胞内靶标。研究成果以"ATNC: Versatile Nanobody Chimeras for Autophagic Degradation of Intracellular Unligandable and Undruggable Proteins"为题发表在化学权威杂志Journal of the American Chemical Society上。该研究介绍了通用的、模块化的和多应用模式的自噬抗体—ATNC，首次实现选择性降解无配体卵巢癌治疗相关蛋白HE4，并有效抑制卵巢癌细胞的增殖和迁移。

在这项研究中，研究团队共设计了三种降解模式来展示ATNC技术的应用潜力，每种都具有相应的特点和优势。第一种是胞内抗体（intrabody），通过一个ATNC质粒，实现对靶标的有效降解。展示了ATNC对于降解与纳米抗体结合的各种标签融合蛋白质以及内源蛋白靶标RhoA和TPX2蛋白等的普遍适用性和模块化特征。ATNC还实现了双靶标同时降解，这对于开发具有协同药效的药物分子具有重要意义。另外，还展示了ATNC降解其他底物，如细胞器、聚集蛋白等。

图1. ATNC降解各种标签融合蛋白质（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

第二种模式是整合了化学诱导邻近（CIP）的ATNC技术，建立了逻辑门操控的条件性和可调节的降解系统，实现胞内靶标的布尔逻辑门控降解。该研究选择了基于脱落酸（ABA）的CIP系统， ABA分子的加入可以成功诱导ABIcs和PYLcs二聚化，募集相结合靶蛋白的有效降解。此外，研究团队整合两个相互正交的CIP系统（ABA和Rap）建立了一个更复杂的“OR”门控降解系统。在这个系统中，ABA和Rap单独或同时存在均可以导致目标蛋白发生降解。

图2. 布尔逻辑门控ATNC降解胞内靶标（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

第三种是制备携带二硫键桥接的环状细胞穿透肽的细胞渗透性自噬抗体（phagobody），能通过非内吞形式的细胞内递送。该研究开发了一种卵巢癌治疗相关的降解剂HE4Nb-LC3B-Cys-SS-cR10*，实现降解不可成药和无配体的内源性靶标人附睾蛋白4（HE4），成功抑制卵巢癌细胞增殖和迁移，对推动卵巢癌临床治疗的发展具有重要的意义。

图3. ATNC降解人附睾蛋白4（HE4）（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

综上，该项研究成果显示ATNC能够降解无配体和不可成药的疾病相关蛋白。通过简单更换纳米抗体部分还可以靶向降解不同的感兴趣的蛋白，包括但不限于胞内蛋白靶标，细胞器以及聚集蛋白等。ATNC将有望成为一个有前途的降解工具，一方面通过敲降蛋白用于生物学研究，另一方面也为生物医学领域提供新的见解与思路。

陈西研究员为论文唯一通讯作者，博士研究生何慧萍和周成健为论文并列第一作者，哈尔滨工业大学为论文唯一通讯单位。该研究获得国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、哈尔滨工业大学“双一流”建设经费、国家高层次引才（青年）项目等经费的支持。

课题组主页：http://homepage.hit.edu.cn/chenxi

陈西研究员简介

陈西，国家级青年人才，黑龙江省优青，哈尔滨工业大学生命科学中心研究员、博导，研究领域是临近诱导相关的化学生物学与前沿生物技术。主要方向包括（1）化学光遗传与光化学生物学，（2）纳米抗体靶向蛋白降解，以及（3）纺锤体组装与肿瘤治疗。2012-2018年在德国马普分子生理所和马普化学基因组学中心工作，2018-2019年作为高级研究学者在美国普林斯顿大学分子生物学院工作。期间，提出并发展了化学光遗传（chemo-optogenetics）这种“化学”版本的光遗传调控手段。目前共发表论著约三十篇，代表性成果包括近5年来以独立通讯、或单独一作发表的高水平研究论文（IF>15）多篇，包括Nat. Commun. (2023, >7600 access)、J. Am. Chem. Soc. (2023, cover story)、Cell Discov. (2020，>100 cited)、Angew. Chem. Int. Ed. (2018/2018VIP paper)等；另外还撰写有专著章节2篇（Spinger Nature 2017/ Elsevier 2021）、申请和获得PCT国际及中国发明专利多项。

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