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PROTAC 25年热点变迁总结,下一个风口在哪里?

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一、从幕后到台前:PROTACs研究驶入快车道

PROTACs(Proteolysis Targeting Chimeras,蛋白降解靶向嵌合体)的设计理念始于2001年,通过将目标蛋白“拉近”E3泛素连接酶,给其打上“回收”标签,从而被蛋白酶体降解。与需要持续占据活性位点的传统抑制剂不同,PROTACs以“事件驱动”的催化模式工作,一个药物分子能循环降解多个目标蛋白。

拐点出现在2015年前后。 随着高亲和力的VHL和CRBN E3连接酶小分子配体的发现,PROTACs从概念走向了真正的药物样分子。2019年,ARV-110和ARV-471进入临床试验,而到2025年,ARV-471(Vepdegestrant)更是在III期临床试验中取得了阳性结果,成为首个在III期读出阳性数据的PROTAC药物。

研究产出是这一进程的忠实映照。 PROTACs领域的年发文量在经历了前十五年的蛰伏后,自2016年起加速增长,并在2019年后迎来爆发,从当年的173篇猛增至2025年的669篇。 中国和美国是该领域的研究主力 ,而《Journal of Medicinal Chemistry》则是该领域最重要的学术阵地。核心学者如Alessio Ciulli、Jian Jin和Craig M. Crews构成了紧密的学术合作网络。


二、研究热点的时代脉动:从“E3连接酶”到“口服吸收”

关键词的兴衰,生动地讲述着PROTACs研究焦点的演变。早期的研究(约2016-2020年)高度集中于“ E 3泛素连接酶 ”、“ 小分子PROTACs ”和“ 基因敲除 ”等概念,聚焦于技术的可行性与底层逻辑。

然而,时间来到2024-2025年,关键词爆发(Burst)的名单发生了显著变化。 “吸收(absorption)” 以极高的爆发强度异军突起,标志着领域的热点已从“能否降解”转向了“如何成药”。与之相伴的,是“ 白血病 ”、“ RNA ”等疾病和应用场景关键词的活跃,以及“ 计算机辅助设计 ”等方法学关键词的升温。

通过将25年划分为四个阶段,研究清晰地描绘了研究集群的变迁:

  • 2001-2015年 :起步期,仅有少量论文,关注缺氧诱导因子、DNA损伤等基础生物学概念。

  • 2016-2020年 :爆发前夜,研究集群开始聚焦于“ 诱导降解 ”、“ 细胞凋亡 ”和关键信号“ 通路 ”。

  • 2021-2025年 :全面开花,形成了九个主要的研究集群,其中最引人注目的是“ 结构基础 ”、“ EGFR ”、“ 多发性骨髓瘤 ”、“ 阿尔茨海默病 ”以及“ 递送 ”。



三、五大新兴前沿:下一代PROTACs将走向何方?

基于对共被引文献和关键词的时间线分析,该研究凝练出了当前最值得关注的五大新兴研究方向,它们将共同定义PROTACs的未来。

1. 从“亲和力”到“三元复合物”:理性设计的新基石

在最新的研究阶段(2021-2025),“ 结构基础 ”成为了最大的关键词集群之一。这标志着理解上的深刻转变: 决定PROTAC效力和选择性的,已不再是其对靶蛋白或E3连接酶的单体亲和力,而是其诱导形成的“靶蛋白-PROTAC-E3连接酶”三元复合物的稳定性与协同性。

这一发现催生了全新的设计策略:通过 连接子刚性化 或 大环化 来预先组织PROTAC的生物活性构象,从而降低熵罚,提升降解活性和选择性。同时,为了摆脱对CRBN和VHL这两种常用E3连接酶的过度依赖, 拓展E3连接酶工具箱 (如DCAF16、RNF114、KEAP1等)成为了克服耐药和实现组织特异性降解的关键。

2. 攻克耐药性:EGFR与KRAS的正面战场

面对耐药突变,传统激酶抑制剂往往束手无策,而PROTACs因其降解机制,有望成为破解这一难题的“银弹”。这催生了以“ EGFR ”为核心的抗耐药研究集群。

例如,针对第三代EGFR抑制剂奥希替尼耐药的C797S三突变,已有多个PROTAC分子(如HJM-561)展现出强大的体内外降解活性和口服生物利用度。在KRAS这个“不可成药”的经典靶点上,PROTACs同样取得了突破,不仅有针对G12C突变体的LC-2,更有能覆盖13种临床相关突变体的pan-KRAS降解剂出现,多个分子已进入临床I期。

3. 突破“五规则”:口服生物利用度的攻坚战

PROTACs的分子量通常在800-1100 Da之间,远超传统小分子药物的“类药五规则”(Ro5),这使其口服吸收和生物利用度成为最大挑战之一。如今,“ 吸收 ”一词的强势爆发,正说明了这一难题正从“认知”走向“解决”。

核心策略是“分子变色龙” :这些大分子在极性水溶液中舒展,暴露氢键供体;但在穿越亲脂的细胞膜时,它们通过分子内氢键折叠成紧凑的构象,屏蔽极性表面。通过精妙的连接子工程和立体化学优化,已有多个PROTAC(如ARV-766、ACBI2)实现了临床级别的口服药代动力学,证明这一难题是“可解的”。

4. 进军中枢神经系统与肿瘤免疫:应用场景的扩展

PROTACs的舞台已不再局限于肿瘤学。

神经退行性疾病 :作为全新的研究热点,“ tau ”、“ α-突触核蛋白 ”和“ 神经退行性疾病 ”作为独立集群出现。针对tau蛋白和α-突触核蛋白的PROTACs已在动物模型中展现出改善认知功能的潜力,首个靶向LRRK2的PROTAC(ARV-102)已进入临床I期。其核心优势在于:即便因血脑屏障限制导致药物浓度很低, 其催化降解模式仍能发挥药效。

精准递送 :为了解决PROTACs的“脱靶毒性”,一系列 精准递送和条件激活 策略应运而生,如 抗体-PROTAC偶联物(DACs) 、 核酸适配体-PROTAC偶联物(APCs) ,以及由光、缺氧等肿瘤微环境信号激活的 前药策略 和 纳米递送系统 ,旨在将降解活性精准地限制在病灶部位。

5. 计算驱动:AI与MD模拟的加速器

最后一个新兴前沿是“ 分子动力学(MD)模拟 ”集群的出现。面对PROTACs巨大的化学空间(连接子、靶蛋白配体、E3配体三者的排列组合),传统的实验筛选效率低下。

如今, 计算化学和人工智能正从“辅助解读”走向“前瞻设计” 。全原子MD模拟已被用于预测三元复合物的构象和稳定性,并指导连接子设计。同时,机器学习模型也在尝试直接预测PROTACs的降解活性(DC50)和细胞通透性。尽管数据量和模型精度仍有待提升,但其与实验反馈的结合,有望实现PROTACs的自动化闭环设计。


总结

从2001年的概念诞生,到2025年的III期临床成功,PROTACs用了二十五年完成了从“奇思妙想”到“临床现实”的跨越。本研究的计量学分析清晰地表明,这个领域正从基础科学问题(“能不能降解”)全面转向转化医学问题(“如何制成好药”)。口服生物利 用度的优化、E3连接酶库的拓展、CNS疾病的渗透、精准递送策略的开发以及AI驱动的理性设计,构成了PROTACs未来发展的核心驱动力。我们或许正站在下一代革命性疗法的门口。

参考文献:

S akamoto, K.M., Kim, K.B., Kumagai, A., Mercurio, F., Crews, C.M., & Deshaies, R.J. (2001). Protacs: Chimeric molecules that target proteins to the Skp1-Cullin-F box complex for ubiquitination and degradation. Proceedings of the National Academy of Sciences , 98(15), 8554-8559.

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