导读：2020年8月3日，Nature Chemical Biology 在线发表 Mayor-Ruiz 等题为“Rational discovery of molecular glue degraders via scalable chemical profiling”的研究。文章提出一种可扩展的化学筛选与多组学解析策略，用于从小分子集合中识别可能依赖泛素连接酶和 NEDD8 修饰生物学的分子胶降解剂，为长期以偶然发现为主的分子胶研究提供了更系统的发现路径。

研究背景

靶向蛋白降解领域中，PROTAC 通过双功能分子将靶蛋白与 E3 连接酶拉近，诱导泛素化和蛋白酶体降解；分子胶降解剂则通常是较小的单功能分子，能够诱导或稳定蛋白之间的新型相互作用，使某些原本不易被 E3 识别的蛋白成为新底物。与 PROTAC 相比，分子胶在分子量、细胞通透性和化学空间上具有吸引力，但其发现难度较高，历史上不少代表性分子来自表型筛选或药理现象回溯，而非预先设计。

这一研究的关键问题是：如果分子胶降解剂本质上需要功能性泛素连接酶体系，那么能否利用细胞内 NEDD8 修饰和 cullin-RING E3 连接酶活性的依赖性，建立一种更可扩展、更可筛选的发现框架。NEDD8 修饰对于多类 cullin-RING E3 连接酶活化具有重要作用；当细胞处于低 NEDD 化状态时，依赖相关 E3 连接酶功能的化合物活性可能发生改变。研究团队正是围绕这一可操作的生物学差异，设计了化学筛选入口。

核心内容

Mayor-Ruiz 等提出的流程可概括为两部分：第一步，在低 NEDD 化背景下开展可扩展化学筛选，寻找细胞活性对 NEDD8/E3 连接酶功能敏感的化合物；第二步，结合多组学手段进行靶点去卷积，识别化合物诱导降解的蛋白底物及其可能涉及的 E3 连接酶机制。这一设计不是从某一个既定靶点出发，而是从“化合物活性是否依赖泛素连接酶生物学”出发，因此更接近分子胶发现所需的表型与机制耦合。

在筛选逻辑上，低 NEDD 化细胞为研究者提供了一个功能扰动窗口。若某化合物的细胞毒性或表型效应在 NEDD 化受抑条件下明显减弱，提示其活性可能依赖 cullin-RING E3 连接酶体系或相关泛素化过程。随后，再利用蛋白质组学、转录组学及遗传学线索追踪受影响蛋白，判断其是否发生化合物诱导的选择性下降，并进一步区分直接降解事件与继发性应激反应。

这项工作的价值在于把分子胶发现从“先出现活性、再解释机制”的模式，推进到“先设定降解系统依赖性、再筛选并解析候选分子”的模式。对于药物化学研究者而言，这类流程提供了一个从化合物库出发识别新型降解剂的工作框架；对于化学生物学研究者而言，它也提供了利用细胞状态差异捕捉蛋白降解依赖性的实验范式。

机制与证据

从机制上看，该研究关注的是化合物、E3 连接酶复合物与新底物之间形成的功能性三元关系。分子胶并不一定需要同时带有靶蛋白配体和 E3 配体两个明确模块，而是通过改变蛋白表面识别、增强弱相互作用或诱导新界面，使特定蛋白被 E3 连接酶识别并进入泛素-蛋白酶体降解路径。低 NEDD 化筛选能够把一部分依赖 cullin-RING E3 活性的化合物从普通细胞毒性化合物中区分出来。

研究中的证据链并非只依赖单一读数。候选化合物首先需要表现出与 NEDD 化状态相关的细胞活性变化；其次，蛋白质组学需要显示特定蛋白在处理后发生快速、选择性的丰度下降；再次，遗传学或药理学扰动应支持该下降与泛素连接酶功能、蛋白酶体活性或相关 E3 组分有关。只有当这些证据彼此吻合时，候选分子才更有可能被归入分子胶降解剂范畴，而不是普通抑制剂、非特异毒性化合物或转录翻译层面的间接调节剂。

多组学靶点去卷积是该策略的核心支撑。蛋白质组学能够直接观察蛋白丰度变化，转录组学有助于判断蛋白下降是否与 mRNA 改变相一致，化学遗传学或细胞敏感性数据则可提供候选通路和依赖关系。通过这些数据交叉，研究者可以更有把握地识别化合物诱导降解的直接候选底物，并提出对应的 E3 连接酶机制假说。

为什么值得关注

分子胶降解剂的吸引力在于它可能覆盖传统小分子抑制剂和双功能 PROTAC 难以充分覆盖的靶点空间。许多疾病相关蛋白缺乏明确酶活口袋，或者小分子结合后难以产生足够功能抑制；分子胶若能诱导其被细胞内降解系统识别，则可通过去除蛋白本身实现功能失活。这一思路对于转录因子、支架蛋白、部分复合体成员以及非酶类蛋白具有潜在启发。

该论文的另一个意义在于“可扩展”。药物发现实践中，单个分子胶案例的机制研究通常复杂而耗时，难以转化为常规筛选平台。Mayor-Ruiz 等将低 NEDD 化细胞筛选与多组学解析连接起来，使研究者能够在较大化合物集合中优先挑选具有降解系统依赖性的候选物，再集中资源进行机制确认。这种漏斗式流程有助于提高命中分子的机制相关性。

对于产业界而言，该策略提示分子胶发现不必完全依赖偶然药理发现，也可通过设计细胞状态、构建差异筛选和整合组学数据来提高发现效率。它并不等同于给出某一靶点药物的成熟开发路径，但为建立分子胶发现平台提供了可讨论的实验框架。尤其在靶向蛋白降解平台公司和药物化学团队逐步扩展 E3 连接酶与底物空间的背景下，这类方法学论文具有明显的工具属性。

边界与待验证问题

需要注意的是，低 NEDD 化筛选只能富集一部分依赖 NEDD8/cullin-RING E3 连接酶生物学的化合物，并不能覆盖所有分子胶机制。某些分子胶可能依赖非 cullin 类 E3、非典型泛素化过程，或在特定细胞类型中才表现出降解活性；这类分子未必会在该筛选窗口中被有效捕捉。因此，该策略更适合作为发现入口，而非分子胶发现的完整答案。

另外，化合物在低 NEDD 化细胞中活性改变并不必然意味着其为分子胶降解剂。NEDD8 通路扰动会影响细胞周期、蛋白稳态、应激反应和多种信号过程，候选分子可能通过间接机制表现出差异活性。文章强调多组学去卷积，正是为了降低这类假阳性风险。对于每一个候选分子，仍需进一步验证其是否诱导靶蛋白降解、是否依赖特定 E3 连接酶、是否经蛋白酶体途径完成，以及降解是否与细胞表型存在因果关系。

药物化学层面也存在挑战。分子胶缺乏清晰的双功能模块，结构优化时不易像 PROTAC 那样分别调节靶蛋白配体、E3 配体和连接子。若命中物来自表型筛选，其结合位点、诱导界面和选择性来源都需要结构生物学和化学生物学实验进一步阐明。如何在保持细胞活性和降解选择性的同时改善成药性，是该类分子进入更深入药物发现阶段前必须解决的问题。

总体而言，这项研究的定位应理解为分子胶发现方法学的重要推进，而不是对某一具体临床候选物的直接验证。它为研究者提供了一个清晰问题：能否利用细胞内降解系统的依赖性来反向寻找分子胶。答案是可行的，但每一个命中物仍需经受靶点确认、E3 依赖性、选择性、安全窗口和可优化性的系统检验。

参考信息

来源：Mayor-Ruiz et al., “Rational discovery of molecular glue degraders via scalable chemical profiling”, Nature Chemical Biology / PubMed；URL：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32747809/