综述:通过溶酶体途径实现靶向蛋白质降解的策略

时间:2026年2月24日
来源:Advanced Drug Delivery Reviews

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靶向蛋白降解技术正从泛素-蛋白酶体系统向溶酶体途径拓展,突破PROTACs对可及胞质结构域和单一膜渗透的限制。溶酶体靶向策略(如LYTACs)通过内吞途径降解膜蛋白及外周蛋白,自噬-溶酶体途径(如ATTECs)可清除不可溶聚集体和功能障碍细胞器,显著拓宽了难治靶标范围。当前技术面临降解效率、体内递送及通路复杂性挑战,需优化设计策略并推进临床转化。

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魏王|方宇欣|盛春泉
中国上海200433,第二军医大学(海军军医大学)药学院,医学与药学基础研究及创新中心(教育部)

摘要

虽然针对蛋白酶切的嵌合体(PROTACs)在靶向蛋白降解(TPD)领域取得了突破性进展,但其应用受到一些根本性限制的制约。从机制上看,这类分子主要只能作用于那些具有可被配体结合的细胞质结构域并能形成三元复合物的蛋白质。从物理结构上看,蛋白酶体的孔径较小,导致折叠态、寡聚态或聚集态的蛋白质难以进入蛋白酶体。这些固有的限制使得许多难以被降解的目标无法被有效处理,包括许多缺乏合适细胞质配体的膜蛋白和细胞外蛋白,以及不溶性的蛋白质聚集体和功能异常的细胞器。值得欣慰的是,溶酶体提供了一种多功能的选择途径,能够降解多种大分子和细胞结构。近年来,基于溶酶体的TPD策略逐渐受到关注,这为拓宽TPD技术应用范围、克服PROTACs的局限性提供了可能,有望帮助治疗更多人类疾病。本文旨在全面综述这一快速发展的领域,探讨其设计原理,通过案例展示其潜力,并批判性地分析未来的机遇与挑战。

引言

靶向蛋白降解(TPD)技术最初由PROTACs提出,该技术利用了泛素-蛋白酶体系统(UPS)实现蛋白质的降解。然而,PROTACs存在显著局限性:首先,UPS主要局限于细胞质和细胞核内,因此对于许多细胞外蛋白(如细胞因子、抗体)、不溶性蛋白质聚集体(神经退行性疾病的特征)以及细胞器无效;其次,PROTACs依赖于有限的E3连接酶(如CRBN、VHL),这可能导致耐药性的产生,并受连接酶在组织中的分布不均的影响;此外,PROTACs通常具有较大的分子量和双功能特性,这会影响其细胞通透性和药代动力学特性,给药物开发带来挑战。因此,探索基于其他降解途径成为该领域的重要研究方向。
令人鼓舞的是,基于溶酶体的降解策略作为一种新型且互补的方法应运而生,显著扩展了可降解的目标范围。这类策略主要通过两条途径实现:内吞-溶酶体途径(ELP)和自噬-溶酶体途径(ALP)。ELP主要针对膜结合蛋白(包括难以降解的多跨膜蛋白,如GPCRs)和细胞外蛋白,通过受体介导或非受体介导的内吞作用将目标物质导入溶酶体,从而不仅扩大了降解范围,还减少了对外部膜通透性的依赖性,提高了药物设计的灵活性。典型的ELP策略包括溶酶体靶向嵌合体(LYTACs)[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6];通过ASGPR降解细胞外蛋白的分子工具(MoDE-As)[2]、[7];转铁蛋白受体靶向嵌合体(TransTACs)[8];基于GlueBody的PROTACs(GlueTACs)[9];基于抗体的PROTACs(AbTACs)[10]等(见表1)。ALP则能够降解多种难以被蛋白酶体降解的细胞内目标,如非蛋白质生物分子、受损的细胞器和蛋白质聚集体。代表性技术包括自噬体连接化合物(ATTECs)[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、自噬体锚定嵌合体(ATACC)[18]、自噬靶向嵌合体(AUTACs)[19]、[20]、[21]、[22]以及基于伴侣蛋白介导的自噬(CMA)的降解剂[24]、[25]、[26](见表1)。此外,ALP还被用于靶向降解膜蛋白,例如基于共价适配体的自噬体连接嵌合体(CApTEC)[27]。同时,结合内吞和自噬机制的融合策略(如EPLA)[28]的发展,进一步扩展了降解范围,能够降解细胞外的寡聚蛋白(如Aβ寡聚体)。
随着溶酶体靶向技术的不断发展,TPD领域迎来了新的机遇。然而,将这些技术转化为临床应用仍处于早期阶段。其进展面临溶酶体途径的复杂性、某些目标降解效率低于基于UPS的途径、以及有效体内递送的挑战。本文旨在深入探讨这一新兴领域的最新进展,重点阐述ELP和ALP技术的设计原理,通过案例展示其治疗潜力,并批判性地分析未来发展方向。

部分内容摘要

依赖LTR的溶酶体降解

细胞外蛋白和细胞膜蛋白占编码蛋白质组的约40%,其中包含许多治疗靶点,如生长因子、疾病相关受体和细胞因子[44]。LYTACs是一种双功能分子,专门用于降解这类目标。典型的LYTAC由一个与细胞表面溶酶体转运受体(LTR)结合的配体和一个与目标蛋白(POI)结合的成分组成。该降解剂通过形成三元复合物并使其被内吞来实现目标蛋白的降解。

基于自噬-溶酶体途径的TPD

自噬(主要是巨自噬)与UPS共同构成主要的蛋白质降解途径。这一过程始于吞噬体的形成,吞噬体随后吞噬细胞质中的物质并成熟为双膜自噬体,最终与溶酶体融合形成自溶酶体,在其中目标蛋白被降解[59]。自噬体形成的关键标志物是LC3B-II,这是一种脂质化的膜结合蛋白。

展望

基于溶酶体的靶向降解技术通过利用细胞内的内溶酶体或自噬-溶酶体途径,能够降解多种传统上难以被降解的目标,包括膜蛋白、细胞外蛋白、不溶性蛋白质聚集体和功能异常的细胞器,从而彻底改变了药物发现的方式。

总结

溶酶体降解技术显著扩展了可降解的目标范围。尽管目前已取得重要进展,但临床验证仍面临挑战。现有方法受疗效有限、分子复杂性高、生物学异质性以及溶酶体途径固有局限性的影响。尽管该领域主要集中在开发通用性强的新平台方面,但仍需进一步探索。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划(项目编号2022YFC3401500,资助对象C.S.)和中国国家自然科学基金(项目编号82204211,资助对象W.W.;项目编号82030105,资助对象C.S.)的支持。图表制作使用了BioRender软件(链接:https://biorender.com/9pueea2; https://biorender.com/vxtz9tq; https://biorender.com/clcl9ej; https://biorender.com/kqc7s23; https://biorender.com/48pr9cl; https://biorender.com/aosuzkx; https://biorender.com/v6d0z83; https://biorender.com/8dc2x3o;)的帮助。

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