导读：2018 年 9 月 5 日，Steinebach 等在 ACS Chemical Biology 在线发表题为 Homo-PROTACs for the Chemical Knockdown of Cereblon 的研究。该工作将两个 cereblon 结合片段连接在同一分子中，构建能够诱导 CRBN 自身降解的 Homo-PROTAC，为研究 E3 连接酶生物学、免疫调节剂作用机制以及蛋白降解系统的可调控性提供了新的化学工具。

研究背景

PROTAC 的经典设计思路，是用一个靶蛋白配体、一个 E3 连接酶配体和连接臂组成双功能分子，使靶蛋白与 E3 连接酶在细胞内形成近距离复合物，进而触发泛素化和蛋白酶体降解。随着 VHL、CRBN 等 E3 连接酶配体被用于多类靶点，研究者开始进一步追问：如果 PROTAC 不是把外部靶蛋白带到 E3 连接酶旁边，而是把同一种 E3 连接酶分子彼此拉近，是否可以促使 E3 连接酶自身被降解？

这一问题直接关系到蛋白降解技术的工具属性。Cereblon 是 CRL4CRBN 复合体中的底物识别蛋白，也是沙利度胺、来那度胺、泊马度胺等免疫调节剂相关作用的重要结合蛋白。围绕 CRBN 的配体化学已经较为成熟，但在细胞中快速、可控地降低 CRBN 蛋白水平，仍需要更直接的化学生物学手段。Steinebach 等提出的 Homo-PROTAC 正是在这一背景下展开。

核心内容

该研究的核心设计，是将两个 cereblon 结合基团通过连接臂连接起来，形成一种“同源双功能”分子。与传统 PROTAC 连接“靶蛋白配体”和“E3 配体”不同，Homo-PROTAC 的两端都指向 CRBN。理论上，这类分子可以同时结合两个 CRBN 分子或促进 CRBN 相关复合体之间形成可泛素化构象，从而诱导 CRBN 自降解。

论文中使用了泊马度胺类似物等 CRBN 结合片段，并系统考察连接臂长度、连接位点和分子构型对 CRBN 降解活性的影响。研究者报告了包括 15a 在内的化合物实例，显示其能够在细胞中有效降低 CRBN 蛋白水平。相较于只占据 CRBN 配体结合口袋的单价配体，这类双价分子体现出更明确的降解效应，说明“连接两个相同 E3 结合单元”并非简单的结合增强，而可能形成了有利于泛素化与蛋白酶体识别的空间组织方式。

这一发现使 Homo-PROTAC 成为一个独立而有辨识度的设计概念：它不是为了降解传统意义上的外部疾病靶点，而是用于化学敲低降解系统中的关键组件。对于 CRBN 这类既是药物结合蛋白、又是底物识别因子的 E3 组成部分而言，这种工具尤其具有机制研究价值。

机制与证据

从机制上看，Homo-PROTAC 对 CRBN 的降解仍然依赖细胞内泛素-蛋白酶体系统。双价分子首先通过两端 CRBN 结合基团识别 cereblon，随后可能促使 CRBN 所在复合体之间发生近距离排列，使其中的 CRBN 成为可被泛素化的底物。由此产生的并不是普通抑制剂式的占位效应，而是蛋白水平下降所带来的功能消减。

论文中的关键证据包括：化合物处理后 CRBN 蛋白量下降；结构改变会影响降解强度；降解效果与连接臂设计相关；同时，蛋白组层面的观察提示部分代表性化合物具有较好的选择性。研究者特别指出，化合物 15a 等 CRBN 降解剂在报告条件下表现出较强 CRBN 降解能力，并且对 IKZF1、IKZF3 的降解较少。这一点很重要，因为 IKZF1 和 IKZF3 是免疫调节剂相关研究中常被关注的新底物，若工具化合物同时强烈改变这些底物蛋白，就会干扰对 CRBN 本身功能的解释。

换言之，该研究不仅证明“CRBN 可以被 CRBN 配体组成的双价分子降解”，还尝试把 CRBN 自降解与经典 IMiD 诱导新底物降解区分开来。对于机制研究而言，一个相对选择性地降低 CRBN、而不显著触发 IKZF1/IKZF3 降解的化合物，更适合作为解析 CRBN 依赖性过程的工具。

为什么值得关注

首先，Homo-PROTAC 扩展了 PROTAC 设计的逻辑边界。传统 PROTAC 往往把 E3 连接酶作为“招募端”，其自身较少被视为待降解对象。本研究表明，E3 连接酶相关蛋白也可以成为降解目标，甚至可以通过同类配体的双价连接实现自我敲低。这为研究不同 E3 连接酶在细胞中的功能、补偿关系和药物响应提供了新的实验入口。

其次，该策略为 CRBN 生物学研究提供了更直接的化学扰动方式。遗传敲除、RNA 干扰或基因编辑可以降低 CRBN，但这些方法在时间尺度、细胞适应性和实验可逆性方面各有局限。小分子诱导的蛋白降解通常具有更快的起效特点，便于观察急性蛋白丢失对细胞状态和药物反应的影响。对于需要区分直接结合、底物招募、蛋白复合体功能和下游转录效应的研究，Homo-PROTAC 可作为有价值的补充工具。

第三，该工作对 PROTAC 药物化学本身也有启发。它提示研究者不能只从二元结合亲和力理解降解活性，还必须关注双价分子诱导的空间构象、复合体几何关系、连接臂长度以及泛素化可及性。即使两端结合的是同一种蛋白，分子也可能通过改变局部邻近关系产生降解结果。这种“构象与邻近驱动”的思想，与靶向蛋白降解领域正在形成的机制认识相呼应。

边界与待验证问题

需要注意的是，Homo-PROTAC 在本研究中首先是一种化学生物学工具，而不是对所有 E3 连接酶均可直接套用的通用方案。CRBN 具有成熟的小分子结合位点和可利用的配体化学，这为该策略提供了基础。其他 E3 连接酶是否可以用类似方式实现自降解，取决于是否存在合适配体、能否形成有效复合体，以及目标蛋白上的赖氨酸位点是否处于适合泛素化的空间位置。

此外，CRBN 降解带来的细胞效应需要谨慎解读。CRBN 是多蛋白复合体的一部分，降低 CRBN 可能影响复合体稳定性、底物识别和免疫调节剂反应。即便蛋白组实验显示代表性化合物具有较好选择性，不同细胞类型、给药浓度和处理时间仍可能改变观察结果。因此，使用 Homo-PROTAC 研究 CRBN 功能时，应结合剂量反应、时间过程、救援实验和蛋白组分析，避免把复杂的系统效应简化为单一靶点变化。

另一个待进一步明确的问题，是 CRBN 自降解复合体的精确结构基础。双 CRBN 结合分子究竟如何组织复合体、哪些界面有利于泛素转移、不同连接臂为何造成活性差异，仍需要更多结构和生物物理证据支持。对这些问题的解析，将有助于把 Homo-PROTAC 从经验性构建推进到更可预测的分子设计。

参考信息

论文：Steinebach et al., Homo-PROTACs for the Chemical Knockdown of Cereblon, ACS Chemical Biology, 2018，在线发表日期为 9 月 5 日。

来源链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30118587/

总体而言，这项研究把 PROTAC 的“招募 E3 降解靶蛋白”思路推进到“化学敲低 E3 连接酶自身”的层面。它既为 CRBN 与 IMiD 机制研究提供了新的工具，也提醒蛋白降解领域关注 E3 连接酶本身的可调控性、可降解性及其在细胞网络中的功能边界。