中国药科大学徐进宜/姚鸿/徐盛涛课题组JACS Au：高效MtPTAC实现线粒体POLRMT靶向降解

导语

靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation，TPD）技术为突破传统药物研发瓶颈提供了新的策略，但由于线粒体特殊的双膜结构和独立蛋白质质量控制体系，实现线粒体内部蛋白的精准降解仍面临巨大挑战。针对这一难题，中国药科大学姚鸿、徐盛涛、徐进宜教授团队在JACS Au发表研究论文，开发出高效线粒体蛋白酶靶向嵌合体（Mitochondrial Protease Targeting Chimeras，tPTACs），并获得先导化合物MTP-B1。该化合物通过募集线粒体内源性蛋白酶ClpP，实现对线粒体关键蛋白POLRMT的直接降解，亚微摩尔浓度下在24小时内达到超过98%的降解效率，并从体外与体内实验系统论证MTP-B1作为降解剂显著优于POLRMT抑制剂与ClpP的组合给药，充分证明降解剂的药效优越性。该研究为线粒体蛋白的精准调控和相关疾病干预提供了新的研究思路。

图1. 新型POLRMT靶向MtPTACs的设计

图文解析

在分子设计方面，研究团队以POLRMT抑制剂P1作为靶蛋白结合模块，以ClpP激动剂TR79作为蛋白酶募集模块，并通过linker将两者连接，构建POLRMT靶向MtPTACs。通过系统优化linker的长度、柔性和刚性，调控POLRMT与ClpP之间的空间匹配，最终筛选获得高效先导化合物MTP-B1，为后续机制和药效研究奠定了基础。

在降解活性评价中，MTP-B1表现出显著的剂量和时间依赖性POLRMT降解作用，其DC₅₀为187.2 nM，Dmax达到98.18%。在1 μM条件下，处理16 h即可实现超过50%的POLRMT降解，24 h后接近完全清除。值得注意的是，撤药后24 h内POLRMT水平仍未明显恢复，48 h也仅部分回升，表明MTP-B1具有较为持久的靶蛋白降解效应。

图2. 新型POLRMT靶向MtPTACs的降解活性评价

在降解机制研究中，团队通过竞争实验、蛋白稳定性分析、阴性对照化合物及ClpP敲低等多重证据证实，MTP-B1介导的POLRMT降解依赖其对POLRMT与ClpP的同时结合，并通过ClpP促进靶蛋白水解，而非抑制POLRMT合成。进一步地，失去ClpP激活能力的阴性对照化合物N1几乎不再引起POLRMT降解，ClpP敲低同样显著削弱该作用，明确验证了其ClpP依赖性降解机制。同时，MTP-B1并未引起POLRMT mRNA明显变化，区别于传统POLRMT抑制剂所诱导的代偿性转录上调。

图3.MTP-B1的降解机制研究

在细胞活性评价中，MTP-B1表现出显著增强的抗肿瘤活性。在MIA PaCa-2和AsPC-1胰腺癌细胞中，其抗增殖活性均明显优于POLRMT抑制剂P1，其中MIA PaCa-2细胞中IC₅₀达到5.08 nM。同时，MTP-B1显著抑制克隆形成，并呈剂量依赖性升高细胞内ROS水平、促进细胞凋亡，表明POLRMT降解可进一步扰动细胞氧化还原稳态并抑制肿瘤细胞生长。

图4.MTP-B1的体外抗肿瘤活性研究

在体内抗肿瘤研究中，MTP-B1在MIA PaCa-2异种移植模型中展现出优异的治疗效果。研究团队分别给予MTP-B1（25、50、100 mg/kg）、POLRMT抑制剂P1（100 mg/kg）以及P1联合ClpP激动剂TR79治疗，结果显示MTP-B1能够剂量依赖性抑制肿瘤生长。其中，25 mg/kgMTP-B1即可达到100 mg/kg P1相当的抗肿瘤效果；50 mg/kgMTP-B1的抑瘤作用与P1和TR79联合给药相当；而在100 mg/kg剂量下，MTP-B1进一步实现70.1%的肿瘤生长抑制率，显著优于P1与TR79联合治疗。同时，MTP-B1治疗未引起明显体重下降或主要脏器毒性。进一步的肿瘤组织分析证实，MTP-B1可有效降低体内POLRMT水平，并伴随Ki67表达下降和TUNEL阳性细胞增加，表明其通过靶向降解POLRMT实现了体内的抗肿瘤作用。值得强调的是，该研究首次在体内证明，靶向降解POLRMT可获得显著优于POLRMT抑制剂与ClpP激动剂联合给药的抗肿瘤效果，进一步凸显了POLRMT降解策略的体内治疗潜力。

图5.MTP-B1的体内抗肿瘤活性研究

图6. 新型DHODH降解剂的设计和活性评价

为进一步验证MtPTAC策略的普适性，研究团队将靶点拓展至另一经典线粒体蛋白 DHODH。基于DHODH抑制剂BAY 2402234衍生物进行结构改造，并与ClpP激动剂TR79连接，构建了一系列DHODH靶向MtPTACs。其中，MTP-D7和MTP-D8均表现出显著的DHODH降解活性，MTP-D8表现更优，并在A549细胞中展现出明显强于相应DHODH抑制剂的抗增殖活性。该结果进一步表明，MtPTAC策略不仅适用于POLRMT，也具有拓展至其他线粒体靶点的潜力。

总结

总体而言，该研究围绕线粒体蛋白降解的效率、机制优势、体内药效和靶点拓展实现了多层次突破。研究团队开发的MTP-B1在亚微摩尔浓度下即可实现POLRMT近乎完全降解，显著提升了现有MtPTAC的降解效率；同时，通过直接清除靶蛋白，有效克服传统POLRMT抑制剂诱导的代偿性转录上调，获得更持久的下游抑制效应。更重要的是，MTP-B1在体内展现出优于“POLRMT抑制剂+ClpP激动剂”联合给药的抗肿瘤活性，进一步体现了“降解”相较于“抑制”的药理学优势。此外，该策略成功拓展至DHODH靶点，证明了MtPTAC平台具有良好的靶点适用性和拓展潜力。上述结果共同推动了线粒体靶向蛋白降解从概念验证向高效、可推广的药物化学策略迈进。

论文信息

该研究成果发表于国际化学领域权威期刊JACS Au。中国药科大学博士研究生陈聪、博士研究生刘丽华、博士后李新楠为该论文共同第一作者，通讯作者分别为中国药科大学药学院姚鸿研究员、徐盛涛教授、徐进宜教授。

通讯作者简介

姚鸿，中国药科大学兴药研究员，博士生导师。2018年获中国药科大学药物化学博士学位，同年留校担任师资博士后，2021年晋升为副教授，2026年晋升为兴药研究员。从事研究方向为药物化学、化学生物学及药物设计学，发表SCI论文60余篇，其中以第一或通讯作者身份在Angew Chem Int Ed（2篇）、J Med Chem（12篇）、JACS Au、Chem Sci、Acta Pharm Sin B（2篇）、Med Res Rev、Chem Commun等专业领域国际著名刊物上发表SCI收录论文30余篇，H指数28；主持了国家或省部级自然科学基金8项；申请发明专利10余项，PCT 1项；获2个1.1类创新药临床批件，现分别处于临床I期和临床II期研究阶段；参编教材书籍4部，其中《药物化学》入选“十四五”普通高等本科规划教材。担任Angew、Sci.Adv.、J. Med. Chem.、Adv. Sci.等国际杂志特约审稿人。

徐盛涛，中国药科大学药学院药物化学系教授，博士生导师。2015年获得药物化学博士学位，2018年被评为副研究员，2025年被评为教授。入选2024年国家级高层次青年人才计划，2022年江苏省“333高层次人才培养工程”三层次培养对象。长期致力于抗肿瘤新药研发工作，近5年作为课题负责人主持国自然面上项目三项，青年基金项目一项，与企业进行创新药物研发合作课题5项。发表SCI论文100余篇，包括化学领域顶级期刊Angew 3篇，J. Med. Chem14篇，被引3000余次，H指数32。近年来授权新药发明专利20余项，参编参译教材7部。

徐进宜，药学博士，中国药科大学药学院药物化学系教授，博导。1986年毕业于中国药科大学，留校任教40年协助指导和独立指导过博士、硕士研究生100余名。在国内外期刊发表论文200余篇、申请国内外发明专利30多项，授权20余项、参编著作12部。曾经获得“教书育人”优秀教师奖、教育部优秀青年教师、国家科技部优秀论文二等奖、广东省科学技术奖励一等奖、中国药科大学先进科技工作者等荣誉。主持了国家“重大专项新药创制”、国家自然科学基金、江苏省科技攻关等30多项研究课题，参与主导了4个1.1类创新药的研发。曾担任国家科技进步奖、国家863计划评审专家、国家自然科学基金评审专家、农业部兽药审评、江苏省新药审评专家；担任Bioorganic Chemistry副主编，同时为Nat. Rev. Drug. Disc.、Chem、Angew、J. Med. Chem.、Adv. Sci.等国际杂志特约审稿人。

免费试用快速液相制备色谱