多特異性分子，是一類通過誘導兩個或更多的蛋白質分子相互靠近，以提高治療潛力的藥物。自2001年，異功能分子以來吸引了越來越多的關注（圖1）。在這些異功能分子中，PROTACs就是其中最成功的的代表.

盡管PROTACs為小分子藥物設計開辟了一條新的途徑，但它們并不適用于所有的蛋白質類別。此外，PROTACs的效果取決于特定的E3連接酶亞基，因此受到E3表達的影響，這限制了它們在特定細胞類型的應用。因此，迫切需要開發更多招募其他效應物的異功能分子，以補充PROTACs的不足之處。

日前，Wang等發表于J. Med. Chem.評論性文章概述了一些成功開發的異功能分子和工作流程，并著重介紹了了目前的設計策略、優勢及待解決的問題。

除了UPS，自噬機制、內體/溶酶體、磷酸化途徑和核糖核酸酶（RNase）L也被發現可以降解靶蛋白或調節翻譯后修飾（PTMs），使這些細胞系統的組成部分成為設計異功能分子的潛在效應器。

除了蛋白酶體，內體/溶酶體途徑也是一個重要的蛋白質降解平臺（圖3A）。與泛素介導的蛋白體降解相比，內體/溶酶體途徑作用于更廣泛的底物。在自然溶酶體降解機制的基礎上，LYTACs是通過將LTR配體與POI結合分子相連而設計的（圖3B）。理想情況下，LYTACs可以通過將POI與LTR橋接來發揮溶酶體作用，誘導溶酶體介導的降解（圖3C）。目前，已經成功開發第一代LYTACs（M6Pn-LYTAC）和第二代LYTACs（GalNAc-LYTACs）（圖3D）。

LYTACs的提出補充了PROTACs的功能，解決了PROTACs不能針對細胞外和膜相關POI的問題。LYTACs作為一種能夠擴大可降解蛋白范圍的有效工具，有著巨大的前景。考慮到LTR在大多數細胞表面廣泛表達，防止LYTACs針對只表達LTR而不表達靶標蛋白的細胞，提高LYTACs的選擇性和安全性也是亟待解決的問題。非特異性糖基修飾的抗體在小鼠體內會被迅速清除，確定如何調整LYTACs的藥代動力學以控制脫靶清除率是另一個需要解決的問題。因此，需要開發更有力的小分子LYTACs。

自噬系統在溶酶體介導的細胞內物質的降解中起著主要作用。在自噬中，蛋白質的降解是從底物的基于S-鳥嘌呤化的K63聚泛素化開始的，然后泛素化的貨物被參與自噬體的受體識別，并在后續過程中被降解（圖4A）。基于自噬系統的重要功能，Arimoto小組提出了一種新型的異功能分子，稱為AUTAC；AUTAC通過招募自噬體選擇性地降解POI（圖4B）。

第一代AUTACs選擇鳥嘌呤衍生物（cGMP）作為自噬標簽來誘導內源性S-鳥苷化。隨后，研究人員又開發了自噬靶向嵌合體（AUTOTACs），它可以直接將受體p62拴在POI上并誘導POI的選擇性自噬（圖4C，D）。

AUTACs/AUTOTACs的概念進一步擴大了異功能分子的POI范圍，包括聚集的蛋白質、細胞內的碎片，甚至受損的細胞器。然而，AUTACs的發展仍然面臨許多挑戰。例如，AUTACs的效率仍需提高、 AUTOTACs的持續性質需要進一步闡明、脫靶和選擇性問題仍有待闡釋，AUTACs對體內整體自噬過程的影響也有待于探索。最后，自噬的一些關鍵機制還不清楚。

RNAs，包括小RNAs，如microRNAs (miRNAs)，短干擾RNAs (siRNAs)，和長非編碼RNAs，在細胞過程中發揮著非常重要的作用。一個有希望的特異性降解RNA的新策略涉及被稱為RIBOTACs的異質功能分子，它由一個RNA靶向配體、一個RNase招募分子和兩個分子之間的連接體組成（圖5A）。RIBOTACs的功能是將內源性RNase招募到特定的RNA上，激活RNase并誘導目標RNA的選擇性裂解（圖5B）。

RNase L是一種受調控的內切酶，可降解單鏈病毒和細胞RNA。RNase L的功能是二聚體，在ATP催化下，RNase L的非活性單體形式通過2′,5′-oligoadenylate調解而二聚（圖5C）。因此，合成的短的2′-5′A4寡核苷酸被用作RNase L招募劑，生成化合物2（12，圖5D），這是第一個RIBOTAC。

總的來說，RIBOTACs為通過調節mRNA來解決無法治愈的致病性蛋白質提供了一種替代策略。然而，對于RIBOTACs的優化，在滲透性、選擇性、脫靶問題等方面還需要更多的努力。

磷酸化和去磷酸化是最重要的PTMs，因為它們參與調節多種生物功能。磷酸化是由激酶和蛋白磷酸酶可逆地介導的。激酶向靶標蛋白添加磷酸鹽基團，而蛋白磷酸酶從靶標蛋白上去除磷酸鹽基團（圖6A），Yamazoe等人 在2019年進行了一項概念驗證研究（圖6B）。該小組將PP1招募到AKT（化合物1（15）和化合物4a（16，第一個PHORC））和EGFR（化合物7（17），圖6D）。

PHORCs已成為通過改變POI的磷酸化狀態而不是其表達水平來精確調節POI功能的有效工具，為避免PROTAC誘導的蛋白質降解而可能產生的副作用提供了解決途徑。然而，在PHORCs的開發中仍有許多問題需要解決，PHORCs的一些機制仍需精確闡明、非本地底物的去磷酸化、蛋白磷酸酶配體的相對短缺以及需要考慮PHORCs的可藥性。

2020年，PHICS被提出為一種由激酶激活劑、POI結合劑和化學連接劑形成的異功能分子（圖7A），它通過誘導底物的易位使其接近而招募激酶來磷酸化POI（圖7B）。PHICS1（20）和PHICS2（21）是第一個設計的PHICS，分別采用內源性絲氨酸/蘇氨酸激酶AMPK和PKC，使BRD4磷酸化；其他一些PHICS也相繼被開發出來（圖7C）。

在激酶招募機制的基礎上，PHICS可以成為調節POI磷酸化狀態的有效工具，它將保留雙功能分子的一些優勢，如同種異體的特異性、高選擇性和快速動力學。此外，它們在重塑激酶特異性方面具更大潛力，可以調節上游激酶未被披露的POI的磷酸化。盡管如此，與靶向蛋白降解相比，只有少數PHICS被開發出來進行概念驗證。它們在體內的效力和可藥性仍有待驗證。

賴氨酸乙酰化和去乙酰化的動態平衡是由賴氨酸乙酰轉移酶（KATs，將乙酰基從乙酰CoA轉移到賴氨酸）和賴氨酸去乙酰化酶（KDACs，將乙酰基從乙酰賴氨酸中去除）相互控制。KATs和KDACs的失調導致了各種疾病，如癌癥、神經退行性疾病、自身免疫性疾病和代謝性疾病（圖8A）。為了實現乙酰化調控，Wang等人提出了一個乙酰化標簽系統AceTAG，通過異功能分子誘導靶蛋白的乙酰化。第一個AceTAG利用了一個與FKBP12F36V結合配體相連的KAT抑制劑（圖8B）。這些異功能分子調節了內源性KATs和FKBP12F36V標記的POI之間的距離，從而誘導了基于底物接近的乙酰化（圖8C）。

展 望 未 來

目前，異功能分子正在成為新藥開發最受關注的領域之一。但作者也表示，這一領域也具有諸多挑戰。未來對異功能分子的研究將主要集中在以下幾點：

文章來源：博藥

編輯：三 七