BRD2

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近年来，靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation, TPD）作为一种新兴的治疗策略，在癌症治疗领域展现出巨大潜力。TPD的核心理念是通过重新编程细胞内的蛋白质降解机制，实现对特定致病蛋白的精准降解。它与传统的抑制剂类药物不同，并非直接阻断蛋白质的功能，而是借助细胞自身的降解系统——泛素 - 蛋白酶体系统（Ubiquitin–Proteasome System, UPS），清除目标蛋白质。这一创新性的策略不仅能够提高药物的选择性和疗效，还有望克服传统治疗手段的诸多局限。泛素-蛋白酶体系统（UPS）UPS是细胞内主要的蛋白质降解系统，负责80-90%的细胞内蛋白质的降解。它通过泛素分子标记需要降解的蛋白质，随后将其送入蛋白酶体进行分解。这一过程高度复杂且精细调控。E3泛素连接酶在其中扮演着关键角色，它能够特异性识别目标蛋白，并将其与泛素分子连接起来。如图1所示：首先，泛素分子通过E1激活酶被激活，随后转移到E2结合酶上，最终在E3连接酶的介导下，泛素分子被连接到目标蛋白上。被泛素标记的蛋白质随后被送入26S蛋白酶体，进行降解。这一系统不仅负责清除受损、错误折叠的蛋白质，还在细胞周期调控、信号传导等生命活动中发挥着关键作用。例如，在缺氧条件下，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）能够逃避免泛素化降解，从而启动一系列适应缺氧的生理反应。这种对蛋白质降解的精确调控，为TPD技术提供了理论基础。图1.泛素-蛋白酶体系统的机制PROTACs和分子胶降解剂目前，TPD领域主要分为两大类技术：异双功能蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）和分子胶降解剂（Molecular Glue Degraders, MGDs）。这两类技术虽然在化学结构和作用机制上有所不同，但都旨在通过促进目标蛋白与E3连接酶之间的相互作用，诱导目标蛋白的泛素化和降解。PROTACs：PROTACs是由两个独立的配体通过化学链连接而成的异双功能分子。其中一个配体能够结合目标蛋白，另一个配体则能够结合E3连接酶。当PROTACs与目标蛋白和E3连接酶同时结合时，会形成一个三元复合物，使目标蛋白靠近E3连接酶，从而促进泛素转移和蛋白质降解。图2清晰地展示了PROTACs的作用机制。以dBET6为例，它能够将BET蛋白（BRD2–BRD4）与CUL4–DDB1–CRBN E3连接酶复合体连接起来，从而实现对BET蛋白的降解。目前，已有多种PROTACs进入临床试验，如针对雄激素受体（AR）的ARV-110和ARV-766，以及针对雌激素受体（ER）的AC682和ARV-471等，这些药物在前列腺癌和乳腺癌的治疗中展现出良好的应用前景。图2.PROTACs的作用机制分子胶降解剂：与PROTACs不同，分子胶降解剂通常不直接与目标蛋白或E3连接酶单独结合，而是通过增强目标蛋白与E3连接酶之间的现有表面互补性，促进它们之间的相互作用。例如，免疫调节亚胺药物（IMiDs）如沙利度胺、来那度胺和泊马度胺就是典型的分子胶降解剂。它们能够增强CRBN（Cereblon）E3连接酶与一系列目标蛋白（如IKZF1和IKZF3）之间的相互作用，导致目标蛋白的降解。图3展示了分子胶降解剂的作用方式。以pomalidomide为例，它通过增强CRBN与目标蛋白之间的亲和力，促进目标蛋白的泛素化和降解。目前，来那度胺和泊马度胺等分子胶降解剂已在多发性骨髓瘤的治疗中获得广泛应用，并取得了显著的临床效果。图3.分子胶降解剂的作用机制新兴的降解模式除了PROTACs和分子胶降解剂，科学家们还不断探索新的降解策略，以进一步拓展TPD技术的应用范围。以下是一些新兴的降解模式：间接降解剂：巧妙的 “间接引导者”间接降解剂通过将目标蛋白的相互作用蛋白招募到E3连接酶，从而间接实现目标蛋白的降解。例如，CR8能够将CDK12招募到DDB1适配器上，CDK12进而招募细胞周期蛋白K到DCAF底物受体通常占据的位置，诱导细胞周期蛋白K 的泛素化（图4）。图4.间接降解剂的作用机制分子内二价胶：创新的“分子内桥梁”分子内二价胶（Intramolecular Bivalent Glues, IBGs）通过同时结合目标蛋白的两个结构域，将其排列成能够增强与E3连接酶相互作用的构象，从而实现目标蛋白的降解。例如，IBG1能够同时结合BRD4的两个溴结构域BD1和BD2，并将其排列成与DCAF16 E3连接酶高亲和力结合的构象（图5）。这一创新的降解模式为设计新型TPD分子提供了新的思路。图5.分子内二价胶的作用机制降解尾：巧妙的“化学修饰”降解尾是指通过在目标蛋白结合剂上添加简单的化学基团，将其转化为高效的降解剂。例如，GNE-0011通过在其表面暴露区域添加一个轻度亲电的丙炔胺尾，实现了对BRD2和BRD4的降解（图6）。这种策略为快速筛选和优化降解剂提供了便利。图6.引入降解尾的作用机制核激素受体降解剂：精准的“受体调控”核激素受体降解剂通过与核激素受体结合，诱导受体的构象变化，从而触发其泛素化和降解。例如，选择性雌激素受体降解（SERDs）如fulvestrant和elacestrant能够通过置换雌激素受（ER）配体结合和激活功能2（AF2）结构域中的螺旋12，触发ER通过RNF111介导的途径降解（图7）。这些降解剂在乳腺癌的治疗中展现出良好的应用前景。图7.核激素受体降解剂的作用机制SUMO依赖性降解：独特的“修饰触发”SUMO依赖性降解通过诱导目标蛋白的SUMO修饰，使其被SUMO靶向E3连接酶（STUbLs）识别并泛素化降解。例如，WRN抑制剂HRO671能够诱导WRN蛋白发生180°的构象变化，被SUMO E3连接酶PIAS4识别并泛素化，随后通过蛋白酶体降解（图8）。这一降解模式为研究蛋白质修饰与降解的关系提供了新的视角。图8.SUMO依赖性降解的作用机制抑制剂诱导的蛋白不稳定化：巧妙的 “功能干扰”一些原本设计为抑制剂的小分子化合物，通过诱导目标蛋白的不稳定化，促使其降解。例如，BI-3802能够诱导BCL6聚合形成丝状结构，增强其与E3连接酶 SIAH1的相互作用，从而实现BCL6的降解（图9）。这种现象为发现新型降解剂提供了意外的线索。图9.抑制剂诱导的蛋白不稳定化的作用机制临床应用：与传统的抑制剂类药物相比，TPD药物具有以下显著优势：（一）更高的选择性和效力：通过诱导目标蛋白与E3连接酶之间的特异性相互作用TPD药物能够实现对目标蛋白的精准降解，减少对非目标蛋白的影响。例如SD-36能够选择性降解STAT3，尽管其亲本抑制剂SI-109对STAT1和STAT4也具有一定的亲和力。（二）低剂量和持续效果：TPD药物通过催化机制发挥作用，能够在亚化学计量的情况下诱导目标蛋白的降解，从而在较低剂量下实现持久的治疗效果。例如，ACBI3 能够在降解13种常见的KRAS突变体时，展现出比其亲本抑制剂更强的效力和更持久的MAPK信号抑制作用。（三）克服传统治疗的耐药性：TPD药物能够同时破坏目标蛋白的多种功能，包括其获得的新功能（如BTK的新异性支架功能），从而克服传统治疗的耐药性。例如，PROTACs如NX-2127和NX-5948能够降解BTK，有效杀死对抑制剂耐药的细胞。临床试验中的 TPD 药物：目前，多项 TPD 药物的临床试验正在如火如荼地进行中(见下表)。目前TPD技术面临的挑战：（一）药物设计的复杂性TPD药物的设计需要综合考虑目标蛋白与E3连接酶之间的相互作用、药物的化学稳定性和生物利用度等多个因素。例如，PROTACs的设计通常需要在目标蛋白和E3连接酶之间找到合适的化学连接链，以确保三元复合物的稳定性和降解效率。此外，药物的理化性质（如分子量、溶解性、渗透性等）也会影响其药代动力学和药效学特性。（二）耐药性的产生与传统药物类似，TPD药物也可能面临耐药性问题。例如，CRBN基因的突变可能导致来那度胺等分子胶降解剂的耐药性。此外，E3连接酶复合物的其他亚基发生突变或表达量变化，也可能影响TPD药物的疗效。（三）药物的药代动力学和药效学特性TPD药物的药代动力学和药效学特性（如吸收、分布、代谢、排泄等）对其临床应用具有重要影响。例如，PROTACs由于其较大的分子量和复杂的化学结构，往往具有较差的口服生物利用度和血脑屏障穿透能力。这些特性可能限制药物在体内的分布和作用时间，影响其治疗效果。（四）安全性和毒性问题TPD药物的安全性和毒性也是需要重点关注的问题。由于TPD药物通过诱导目标蛋白的降解发挥作用，其潜在的非目标效应（如对其他蛋白质的非特异性降解）可能导致不良反应。此外，药物对E3连接酶的过度激活或抑制也可能干扰细胞内的正常蛋白质稳态，引发毒性反应。结论靶向蛋白降解技术作为癌症治疗领域的一项重大突破，为患者带来了新的希望和选择。从PROTACs和分子胶降解剂的经典模式，到新兴的降解策略，TPD技术不断拓展着我们的视野和可能性。尽管其在发展过程中面临诸多挑战，但通过科学家们的不懈努力和创新，我们有理由相信，TPD技术将在未来的癌症治疗中扮演越来越重要的角色，开启癌症治疗的新篇章。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41568-025-00817-8声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

赖氨酸乙酰化为 BET溴结构域(BET bromodomain)蛋白的表观遗传读取域创建了对接位点，而这些蛋白已成为特异基因转录的主要调节剂。BET 抑制剂历经了泛 BET 抑制剂，到选择性的第二代抑制剂，以及高效的双功能和双重抑制剂。 1. 背景介绍 ω-氮赖氨酸残基的乙酰化是染色质结构的关键调节因子，该过程的失调与多种疾病的发展有关。组蛋白乙酰化是表观遗传密码的主要组成部分，控制基因进入转录机制的可及性，因此它受到两个酶家族作用的严格控制：“写入”乙酰化标记的组蛋白乙酰转移酶 (HAT) ，或“擦除”这些修饰的组蛋白去乙酰化酶 (HDAC)。HDAC 已成为主要的药物靶点，凸显了控制异常转录作为治疗策略的重要性。 乙酰化标记由溴结构域家族的表观遗传读取结构域特异性识别，该家族构成了人类蛋白质组中 61 个不同的结构保守的蛋白质相互作用结构域。 BET 家族由人类的四个成员（BRD2、BRD3、BRD4 和 BRDT）组成，每个成员都含有两个 N 端溴结构域（BD1、BD2）。将 pTEF 募集到转录活性的组蛋白乙酰化基因启动子上，在控制基础转录机制方面发挥着重要作用。重要的是，BET 蛋白是控制特异性转录的关键调节因子，它通过介导（超级）增强子中的蛋白质相互作用来控制特异性转录。 十多年前，人们发现了有效的溴结构域抑制剂，并且有望控制包括不可药用转录因子（如致癌基因 MYC）等致病基因家族，这促使人们开发出各种 BET 抑制剂，并针对该靶标家族开展临床研究。本文，总结了BET 抑制剂的最新进展及潜力。 pan-BET选择性抑制剂 2005 年，已鉴定出首批与溴结构域 (BD) 的乙酰赖氨酸 (KAc) 结合位点结合的骨架，其靶向乙酰赖氨酸转移酶 PCAF 的溴结构域，但在鉴定出首批强效且具有选择性的抑制剂后才开始迅速发展。3-methyltriazolothienodiazepines和methyltriazolobenzodiazepines是首批强效且具有选择性的泛 BET 抑制剂。结构研究表明，这些抑制剂与 BET 溴结构域的乙酰赖氨酸结合位点结合（图 1a）。三唑环充当乙酰赖氨酸模拟部分，通过模拟乙酰赖氨酸羰基与保守的天冬酰胺残基（BRD4 BD1 中的 N140）形成的氢键，以及与保守的酪氨酸（BRD4 BD1 中的 Y97）形成的水介导氢键。BET 溴结构域中还保留了一个结构水网络，从 Y97 延伸到乙酰赖氨酸结合位点和 ZA 通道的底部（图 1b）。3-methyltriazolothienodiazepines已被广泛用于设计溴结构域抑制剂，通常是通过对溶剂暴露区域进行修改（图 1c）。基于片段的发现和计算机模拟揭示了乙酰赖氨酸模拟片段的多样性，这表明 BET 溴结构域具有很好可成药性。 含有二甲基异恶唑核心的片段产生了多种新型泛 BET 抑制剂，包括有效的工具分子，如 iBET151 和 PLX51107、亚纳摩尔抑制剂 HJB97、以及 I-BET282E和 CPI-0610。此外，其他五元环体系，包括 4-methyl 1,2,3 triazoles和 2-thiazolidinones。 结构域选择性抑制剂 人 BET 溴结构域的高度序列同源性使结构域特异性抑制剂的开发具有挑战性，但最近的研究表明，通过小分子靶向第一个 BD1或第二个 BD2　溴结构域是可行的。RVX-208 与 BET 溴结构域的共晶体结构表明，RVX-208 与溶剂暴露残基相互作用，这些残基在 BD2 溴结构域内是保守的，但在 BD1 溴结构域中有所不同。 在最近开发的 BD2 选择性抑制剂 ABBV-744（图 2a、b）中，已经探索了这些残基变异，特别是BRD2 中的 H433、 D160、P430 和 K158。反过来，通过优化与 BD1 独特的 BC 环中天冬氨酸-赖氨酸残基的相互作用，实现了 BD1 选择性。葛兰素史克公司证明，可以利用针对 BD1 和 BD2 之间不同的残基来开发高选择性的 BD1 和 BD2 抑制剂 （图 2c、d）。 BD1 和 BD2 选择性抑制剂显示出显著的表型差异和对基因转录的不同影响。BD1 选择性抑制剂对癌细胞系和 mRNA 转录具有与泛 BET 抑制剂相似的广泛活性。相比之下，ABBV-744 仅在某些癌细胞中表现出抗增殖作用。例如，在前列腺癌细胞系中，ABBV-744 选择性地将 BRD4 从含 AR 的超增强子中置换出来，从而抑制了 AR 依赖性转录。然而，使用高 BD2 选择性抑制剂 iBET-BD2 并未观察到从启动子或增强子区域的置换，该抑制剂对改变预先存在的基因表达程序的影响很小，但阻断了驱动快速基因表达程序诱导的刺激反应。 双功能活性(BET+激酶) 抑制剂 BET 溴结构域是激酶抑制剂的常见脱靶物。两种高度多样化的靶标类别之间令人惊讶的交叉反应表明乙酰赖氨酸模拟部分在类药分子中很常见，这凸显了溴结构域出色的成药性。虽然临床激酶抑制剂（如 PLK1 抑制剂 BI-2536）的 BET 活性明显较弱，但随后对这些双重抑制剂进行优化，产生了具有平衡双靶标活性的化合物或由这些双重活性化合物衍生的选择性 BET 抑制剂。一些激酶抑制剂的 BET 活性也表明，这种双重活性可以合理设计用于治疗严重依赖两种靶标的疾病。这种想法导致了例如 ALK-BET 或 JAK-BET 双重抑制剂的出现。 在胰腺导管腺癌 (PDAC) 等难以治疗的癌症中，BET 和 HDAC 靶点类别之间存在协同作用，以此理性设计了第二类的双重抑制剂。将 HDAC 抑制剂 Vorinostat 和泛 BET 抑制剂 JQ1 结合起来，在 PDAC 细胞系中表现出协同作用，诱导细胞凋亡，并抑制 KRAS 突变小鼠的癌前病变，显著减少体内肿瘤体积，并且没有复发的迹象。从机制层面上讲，在 PDAC 中经常被沉默的 p57 (Cdkn1c) 在用两种抑制剂处理的细胞中协同去抑制。 事实上，早期概念验证抑制剂（如 JQ1 衍生物与 I 类 HDAC 抑制剂 CI994 (TW9)）在体外表现出显著的协同作用，可抑制胰腺癌细胞生长。因此，BET 抑制剂与其他类别靶标的合理组合，可以显著降低体内实现显著抗肿瘤活性所需的 BET 抑制剂剂量。 双结构域抑制剂 BET 蛋白中存在两个相邻的溴结构域，这表明可以开发双功能抑制剂 (biBET) 来同时靶向 BD1 和 BD2。通过简单地将两个 JQ1 分子与基于 PEG 的连接体连接而开发的。与相应的单价抑制剂相比，所得抑制剂 MT1 的效力提高了约 100 倍。类似的设计思路促成了 MS654，它显示出对乳腺癌中 BRD4 的持续抑制。药代动力学优化使 AZD5153（图 3a，临床II期，AML）具有出色的体内效力。然而，AZD5153 中使用两种不同的乙酰赖氨酸模拟部分，3-methoxy-triazolo pyridazine和1,3 dimethylpiperazine-2-one，也导致溴结构域家族中存在一些脱靶活性。 第二类双功能抑制剂提高了 BET 家族的选择性，它们利用手柄与 E3 连接酶结合，将靶标募集到泛素蛋白酶体系统中，导致其药物诱导的降解。第一个 BET PROTAC，称为 dBET1，使用泛 BET 抑制剂 JQ1 和沙利度胺衍生物作为 E3 连接酶手柄开发，导致有效和选择性降解白血病细胞中表达的所有 BET 家族成员（BRD2-4）并强烈降解 MYC 水平。有趣的是，与 VHL 配体 VH032 连接 JQ1 的 PROTAC：MZ1(图 3b)，其显示 BRD4选择性降解。该结构得到三元复合物（VHL-MZ1-BRD4）结构的理性解释。结果表明将 E3 募集到靶标并，与接头的优化导致靶标特异性降解，该策略可能允许降解具有组织特异性功能的其他 BET 异构体。组织或疾病特异性 E3 的配体的选择将导致 BET 家族中个别成员的限制性降解。然而，需要开发这些 E3 的新配体。 临床研究 BET 抑制剂对多种癌症的疗效进行临床研究。除了 NMC（一种罕见的癌症，其睾丸特异性蛋白 NUT 与 BRD3 或 BRD4 发生重排）外，大多数临床试验并未针对特定的分子亚型，这表明需要进行生物标志物研究，以确定决定抑制剂敏感性和耐药性的标志物。 由于其高度依赖于 NUT-BRD3/4 融合致癌基因，因此人们对使用泛 BET 抑制剂治疗这种侵袭性癌症的期望很高。然而，虽然在一些 NMC 患者中观察到部分反应，但用 BET 抑制剂治疗这种癌症并未达到基于令人信服的临床前数据的预期，原因仍有待阐明。 可能由于剂量限制性副作用（例如血小板减少、贫血、中性粒细胞减少、胃肠道事件和疲劳）导致患者无法达到治疗所需的剂量。BD2 选择性抑制剂或降低抑制剂剂量的联合疗法可能会产生更强劲的临床反应，尤其是当针对导致 BET 抑制剂耐药的途径时。 此外，AZD5153 等双功能抑制剂现已进入临床试验（NCT03205176，临床II期，2021-03-08），分子降解剂领域的快速进展使得针对 PROTAC 的 BET 抑制剂也有望很快进入临床研究。 BET溴结构域家族是非常火热的研发方向，特别是RBD4，以此开发了许多抑制剂。泛BET抑制剂的首次临床数据显示，剂量限制毒性、适度的抗肿瘤活性。除了开发更有效的抑制剂/降解剂，明确生物作用机制，未来还特别需要明确特异的临床适应症和生物标志物。PMID: 35462054 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓