在过去二十多年里，小分子药物一直是创新药研发的核心支柱。然而，随着靶点研究不断深入，一个无法回避的现实逐渐显现：大量疾病相关蛋白“无法被传统小分子抑制”。这些蛋白可能没有清晰的活性口袋，或其功能并不依赖单一酶活性，从而被长期贴上“不可成药（undruggable）”的标签。正是在这一背景下，PROTAC（Proteolysis Targeting Chimera，蛋白降解靶向嵌合体）应运而生，并被誉为推动小分子药物进入下一个黄金时代的革命性技术。

本篇公众号文章通过详细解读文献：“PROTAC: a revolutionary technology propelling small molecule drugs into the next golden age”，帮助大家从原理、优势、案例与挑战几个方面深入理解 PROTAC 技术的本质。

一、什么是 PROTAC？——从“抑制蛋白”到“清除蛋白”

传统的小分子药物主要通过“抑制靶点活性位点”来发挥疗效，但这种策略对很多致病蛋白是无能为力的，因为它们：

1）缺乏明确的活性位点

2）即便能结合也难以抑制功能

3）容易产生耐药性

相比之下，PROTAC 技术采用全新的策略。它设计了一种具备“两端结合位点 + 连接子”的杂合分子：

1） 靶蛋白配体：特异性结合目标蛋白（POI）

2） E3泛素连接酶配体：招募细胞内E3泛素连接酶

3） 连接子：将二者“拉到一起”

 

PROTAC 的作用机制不是阻断蛋白活性，而是：诱导靶蛋白与 E3 连接酶形成三元复合物 → 靶蛋白被泛素化 → 经26S蛋白酶体识别、降解→ 从细胞中“消失”，这意味着，PROTAC 的药理逻辑发生了根本变化。

这种机制本质上是事件驱动（event-driven），而非传统的占位驱动（occupancy-driven），意味着：

1） PROTAC 不需要与活性位点高亲和结合

2）降解作用具有催化性：一分子 PROTAC 可降解多个靶蛋白

3）能克服耐药性、抑制蛋白过表达所致的药效失效

4）有望对“难以成药”的靶点产生疗效

正是这些根本上的差异和优势，让 PROTAC在靶点广度和耐药克服方面展现出巨大潜力，成为近年来药物研发领域最为激动人心的创新方向之一。

二、PROTAC 的技术发展历程：从概念到药理体系

PROTAC（Proteolysis Targeting Chimera）技术最早起源于21世纪初，其提出本身并非源于药物开发，而是对细胞内蛋白稳态调控机制的一种“化学重构”尝试。

第一代 PROTAC：概念验证阶段（肽类 PROTAC）

2001 年，Crews 团队首次提出利用双功能分子将目标蛋白与 E3 泛素连接酶强制拉近，从而诱导目标蛋白发生泛素化并被蛋白酶体降解。这一阶段的 PROTAC 主要依赖肽段作为 E3 连接酶配体，其特点是：

1）分子量大、稳定性差；

2）细胞通透性极低

该阶段的PROTAC几乎不具备实际药物应用潜力，但其学术价值在于首次验证了“蛋白降解可以被人为定向”的概念，为后续技术演进奠定了理论基础。

第二代 PROTAC：小分子化突破

随着对泛素-蛋白酶体系统（UPS）认识的加深，以及关键 E3 连接酶小分子配体（如 VHL、CRBN）的陆续发现，PROTAC 技术在 2010 年前后迎来了决定性的转折。第二代 PROTAC 实现了从肽基结构向全小分子结构的转变，使得分子在细胞通透性、稳定性和体内可操作性方面获得质的提升。这一阶段的研究重点逐渐从“是否能降解”转向“如何高效降解”，包括：

1）靶蛋白配体筛选；

2）连接子长度与柔性优化；

3）三元复合物构象稳定性分析等。

PROTAC 也在这一时期从概念性工具演化为具有平台属性的药物研发技术。

第三代 PROTAC：精准与可控

进入近十年，随着更多靶点被成功验证、部分 PROTAC 分子进入临床阶段，研究焦点进一步从“可行性”转向“精确性与可控性”。第三代 PROTAC 技术的核心目标不再仅仅是诱导蛋白降解，而是实现对降解过程的时间、空间和选择性控制。该阶段涌现出多种衍生策略，包括：

1）可控 PROTAC（如光控、可逆、条件激活）

2）组织/细胞特异性降解

3）新型 E3 连接酶拓展（组织特异表达）

同时，分子胶（molecular glue）等相关降解机制的提出，也在一定程度上模糊并拓展了 PROTAC 的技术边界，使靶向蛋白降解逐渐发展为一个更为广义的药理学范式。

 

三、PROTAC 的临床应用进展

近年来，多款 PROTAC 药物已进入临床阶段，主要集中在肿瘤领域：

• lARV-110：针对雄激素受体（AR）的 PROTAC，在前列腺癌患者中展现出积极疗；
• lARV-766：第二代优化型分子拓宽了药效覆盖范围，提高了突变耐药克服能力；
• lARV-471：针对雌激素受体（ER），用于乳腺癌。

 

临床数据表明：PROTAC可在部分耐药突变背景下仍保持活性，这些候选药物不仅验证了 PROTAC 在临床转化上的可行性，也让人们看到了一种超越传统靶向抑制剂的全新疗法路径。

PROTAC 药物与传统药物相比的三大核心优势

1. 突破性靶点覆盖

传统小分子常受限于“可结合口袋”，许多疾病关键蛋白被视为“不可成药”（undruggable）。而 PROTAC 通过降解机制，并不依赖于活性位点结合，这就大大扩展了可靶蛋白的范围，包括：转录因子、结构蛋白、信号复合体组件等，这为那些长期无法通过抑制剂突破的靶点打开了新的可能。

2. 低剂量与催化作用

传统药物需要持续高浓度占据靶位才有效；而 PROTAC 毕竟不是“阻断”，它实际上清除蛋白，这意味着：

1）更低浓度即可引发更持续的降解；

2）减少对分子本身的依赖（drug-like property）；

3）可多次循环降解靶蛋白。

这样的“催化式药理”让 PROTAC 在用量安全性与疗效持续性方面具有天然优势。

3. 克服耐药机制

靶点突变、过表达、反馈通路激活等都是传统靶向药常见的耐药来源。由于PROTAC 是将蛋白“清除”，而非仅仅占位抑制，它可以：

1）克服一些突变导致抑制失败的情形；

2）通过清除整体蛋白量影响病理过程；

3）对抗“泛化耐药”更有潜力。

因此在抗癌、免疫治疗和慢性病领域都备受关注。

四、PROTAC 面临的挑战

尽管前景广阔，PROTAC 仍面临多重挑战：

1. 分子性质挑战：分子量大、药代动力学复杂、口服生物利用度偏低

2. 三元复合物存在不可预测性：并非“能结合 = 能降解”，降解效率高度依赖构象与动力学

3. 脱靶与毒性风险：E3连接酶广泛参与细胞调控，非特异性降解可能引发毒性以及长期降级对蛋白稳态网路的影响尚未完全理解

综上，这些问题的本质在于，我们对“蛋白在细胞中的真实状态”了解仍然有限，因此还需要借助其他工具进一步了解蛋白在内源状态下的表达、调控与功能依赖性。

五、PROTAC 与基因编辑技术的交集与机遇

PROTAC 研究的核心问题，本质上都指向同一个方向：靶蛋白在“真实内源环境”中的表达、调控与命运。而这，正是基因编辑技术的核心优势所在。

1、靶点验证：这个蛋白真的“值得降解”吗？

在 PROTAC 设计之前，需要回答：

1）敲除该基因是否复制药效？

2）降低蛋白水平是否影响细胞表型？

CRISPR KO / CRISPRi是验证 PROTAC 靶点依赖性的黄金标准。

2、内源蛋白定量：降解是否真的发生？

PROTAC 的评价核心不是“结合”，而是：

1）是否发生内源蛋白降解

2）降解的速度、程度与可逆性

HiBiT / NanoLuc 原位敲入细胞系，可以在不破坏蛋白天然状态的前提下，实现高灵敏、可定量、高通量研究蛋白的表达，这对于PROTAC 筛选几乎是“基础设施”。服务指南 | 粒曼生物定点&原位敲入（Knock-in）稳转细胞系构建服务

3、耐药机制解析：为什么降不掉了？

在药物研发前/后期，需要回答的问题包括：

1）靶蛋白是否必须依赖其表达维持病理状态？

2）消除该蛋白是否引发补偿机制？

因为PROTAC 耐药主要来自：靶蛋白突变、E3 连接酶改变、代偿通路激活等。

借助基因编辑构建点突变/耐药模型，可以系统解析降解失败的原因。服务指南 | 粒曼生物定点&原位敲入（Knock-in）稳转细胞系构建服务

六、结语：未来已来，融合更强

PROTAC 技术从一个“科研概念”走向临床应用验证，代表了小分子药物进入全新黄金时代的开端。它的出现不仅拓宽了可成药靶点的范围，还在理念上推翻了“药效必须占据活性位点”的陈规。与此同时，基因编辑技术则为 PROTAC 提供不可替代的靶点验证、模型构建和机制解析能力，二者协同将推动未来创新药物研发进入更深层次。

粒曼生物专注于基因编辑相关技术与服务，围绕创新药物研发过程中的靶点验证、机制研究和模型构建等关键环节，提供包括基因敲除/敲低、点突变、过表达、原位敲入、内源标签构建及定制化细胞模型在内的解决方案。我们致力于通过可靠、可重复的基因编辑技术，助力科研与药物开发从早期发现到转化研究的高效推进。如您在相关研究中有具体需求，欢迎进一步了解与交流！

原文连接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12597787/