传统的药物发现主要通过直接调节蛋白质的活性。蛋白质活性调节剂，特别是抑制剂的开发和应用一直是药物开发的主流。近年来，利用机体自身蛋白清理系统去除致病靶蛋白的蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)技术飞速发展，已成为新药研发中的一大利器。除了PROTAC，一些新型的靶向蛋白质降解(TPD)策略不断涌现，包括分子胶、溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)和基于抗体的PROTAC(AbTAC)等。这些技术不仅极大地扩充了TPD的范围，而且为药物发现提供了新的研发思路。这篇文章概述了TPD技术的最新进展以及在疾病治疗中的潜在应用。
蛋白质降解途径：蛋白酶体和溶酶体途径
蛋白质稳态，是指细胞用来维持蛋白质浓度、构象和亚细胞定位的高度复杂和相互关联的过程。在真核细胞中，受损的蛋白质或细胞器可以被蛋白酶体或溶酶体清除。两条路径相互独立，但又相互关联。一般来说，蛋白酶体通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)消除短寿命蛋白质和可溶性错误折叠蛋白质。相反，溶酶体负责通过内吞作用、吞噬作用或自噬途径降解长寿命蛋白质、不溶性蛋白质聚集体，甚至整个细胞器、大分子化合物和细胞内寄生虫（例如某些细菌)。
蛋白酶体是UPS的一部分，负责降解受损、未折叠和无用的蛋白质。76个残基的泛素蛋白通过赖氨酸异肽键作为翻译后修饰(PTM)通过涉及三种酶的顺序反应连接到蛋白质上：Ub活化酶(E1)、Ub结合酶(E2)和Ub连接酶(E3)(图1)。E1以ATP依赖性方式与泛素分子结合，然后通过与E2的相互作用将其转移至E2。接下来，E3催化泛素分子从E2转移到底物蛋白。这三种酶的重复作用导致靶蛋白的多聚泛素化。
图1.泛素-蛋白酶体系统(UPS)降解蛋白机制
溶酶体是细胞的主要降解区室，通过内吞作用、吞噬作用或自噬作用接收它们的降解物质（图2）。吞噬作用是细胞吞噬微生物病原体或其他大颗粒的一种特定形式的内吞作用。自噬是一个进化上保守的过程，细胞通过依赖溶酶体的方式去除不必要的或功能失调的细胞内细胞器和蛋白质。被靶向的细胞器和蛋白质被包裹在一个双膜结合的囊泡中，称为自噬体。然后自噬体与溶酶体融合以分解内容物。
图2.三种不同的基于溶酶体途径的蛋白降解机制
通过蛋白酶体和溶酶体途径的靶向蛋白质降解(TPD)代表了探索细胞途径的新工具和有前途的治疗方法。TPD的概念于年首次提出（图3）。大多数TPD策略，例如PROTAC，分子胶，降解标签(dTAG)等，依赖UPS，主要针对细胞内蛋白。依赖溶酶体的TPD策略可以降解膜蛋白、细胞外蛋白和蛋白聚集体，从而大大扩展了底物的范围。在这篇综述中，首先简单介绍了蛋白质降解机制。然后将总结开发各种TPD技术的最新进展，并强调它们在疾病治疗中的潜在应用。
图3.TPD的发展历程
通过蛋白酶体靶向降解蛋白质
在经典泛素化途径中，泛素通过E1-E2-E3酶级联与靶蛋白结合（图1）。由于E3连接酶负责识别底物，其家族数量大大超过E1和E2，因此基于UPS的TPD策略利用E3连接酶作为靶向蛋白进行降解。
PROTAC和分子胶是依赖UPS降解目的蛋白(POI)的两种主要技术，将成为我们讨论的重点（表1）。此外，还包括许多基于PROTAC的技术，包括选择性雄激素受体降解剂(SARD)、疏水标记(HyT)、最近出现了TF-PROTAC、双PROTAC、和选择性雌激素受体降解剂(SERD)（表1）。
表1
1.PROTAC
PROTAC分子包含一个E3招募配体、一个POI靶向弹头和一个连接两个配体的柔性接头（图4a）。PROTAC的加入促进POI-PROTAC-E3三元复合物的形成，诱导POI泛素化并随后通过UPS降解。
Crews和Deshaies小组于年开发了第一个PROTAC分子。合成了蛋白质靶向嵌合分子1(Protac-1)将靶蛋白蛋氨酸氨基肽酶-2(MetAP-2)募集到Skp1-Cullin-F-box(SCF)泛素连接酶上形成复合物，随后降解（图3）。年，Crews小组报告了第一个基于小分子的PROTAC的例子（图3）。该PROTAC由非甾体雄激素受体配体(SARM)、靶向泛素连接酶MDM2的MDM2配体和基于PEG的连接链组成，用于降解雄激素受体(AR)。与基于肽的PROTAC相比，小分子PROTAC更容易被细胞吸收，更有可能开发成药物。除了MDM2，PROTAC技术还利用了多种其他E3连接酶，包括cereblon(CRBN)、Von-Hippel-Lindau(VHL)、和细胞凋亡蛋白抑制剂(cIAP)。
与传统的小分子抑制剂相比，PROTAC具有多种优势。首先，PROTAC极大地扩展了可药用蛋白质的范围。已鉴定出超过种疾病相关蛋白。其中，只有约种蛋白质在当前疗法中被成功开发。其中许多由于结构复杂、脱靶效应等原因无法被传统抑制剂靶向。其次，传统的抑制剂只能阻断蛋白质的部分功能，而PROTACs会降解蛋白质，从而消除其所有功能。第三，传统的激酶抑制剂通常通过突变或药物靶标的过度表达导致耐药性，但PROTAC可以通过降解靶蛋白来最大限度地减少长期选择压力的耐药性。最后，PROTAC以亚化学计量和催化方式具有活性，这使得它们能够在低浓度下发挥作用。
图4.PROTAC和分子胶的示意图
2.分子胶
分子胶通过形成三元复合物来促进两种蛋白质的二聚化或共定位。它们可以调节多种生物过程，例如转录、染色质调节、蛋白质折叠、定位和降解。
分子胶的第一个例子是用作免疫抑制剂的环孢菌素A(CsA)和FK。机理研究表明，CsA和FK分别诱导亲环蛋白-CsA-钙调神经磷酸酶和FKBP12-FK-钙调神经磷酸酶复合物的形成，从而产生了术语“分子胶”。随后，通过稳定FKBP12-雷帕霉素-FRB(mTOR)三元复合物，还发现了另一种免疫抑制剂雷帕霉素作为分子胶。除免疫抑制外，雷帕霉素及其类似物还具有抗真菌、抗肿瘤和抗衰老活性。
分子胶降解剂诱导泛素连接酶和POI之间的相互作用，导致POI泛素化和随后的降解（图4b）。尽管分子胶和PROTAC都利用UPS进行蛋白质降解，但它们有几个区别（图4）。首先，PROTAC是异双功能降解剂，可同时与E3连接酶和POI相互作用；相反，分子胶降解剂只能与连接酶（更频繁）或POI相互作用，并诱导/稳定它们的相互作用。其次，相对于PROTAC，分子胶没有接头，使其分子量更小，口服生物利用度更高，细胞渗透性更好。最后，虽然合理的设计策略正在出现，但分子胶水更难设计。
分子胶降解剂的例子包括沙利度胺、来那度胺和泊马度胺。有趣的是，早在其功能机制被阐明之前，它们就已被FDA批准用于治疗各种类型的肿瘤。多年后，人们发现这类化合物通过作为分子胶发挥抗肿瘤活性（图3）。它们诱导E3连接酶、cereblon及其转录因子底物IKZF1/3之间的相互作用，导致IKZF1/3的降解。分子胶具有更多类似药物的特性，可以想象，分子胶将受到学术界和制药业的更多