导读:激酶家族长期是药物发现的核心靶标,但传统抑制剂主要回答能否结合和能否抑制,并不直接回答一个蛋白能否被诱导进入泛素-蛋白酶体降解路径。Huang 等人的研究把多靶点激酶抑制剂与 cereblon 结合配体相连,构建多激酶降解剂,并结合定量化学蛋白质组学,尝试以系统方式询问可降解激酶组。

事件背景/研究背景

小分子诱导蛋白降解正在从单一靶点验证走向更系统的靶标空间探索。与占据酶活性口袋的抑制剂不同,降解剂需要同时满足两个条件:一端能够识别目标蛋白,另一端能够募集 E3 泛素连接酶,并在细胞内形成足以促成泛素化的复合物。激酶家族具有丰富的 ATP 结合口袋和大量已知抑制剂,因此适合被用作测试对象。但激酶数量众多、同源性高,许多抑制剂存在广谱结合特征,这既带来选择性挑战,也为一次性观察多个潜在降解靶标提供了工具基础。

发表于 Cell Chemical Biology 的 A Chemoproteomic Approach to Query the Degradable Kinome Using a Multi-kinase Degrader 即围绕这一问题展开。研究者使用具有多激酶结合能力的抑制剂作为靶蛋白识别端,并与 cereblon 结合配体连接,形成多激酶降解剂。该设计并非只为了得到某一个最优靶点的降解分子,而是把一个广谱结合工具转化为化学探针,用于比较哪些被结合的激酶更容易在细胞环境中被降解。

核心内容

研究的核心思路是把多靶点化学探针与定量蛋白质组学结合。多激酶降解剂进入细胞后,可同时接触一组激酶靶标;随后通过蛋白质组学读出不同激酶蛋白丰度的变化,从而判断哪些蛋白在给定处理条件下发生明显下降。该策略的价值在于,它不只依赖体外亲和力或酶活抑制数据,而是直接在细胞蛋白水平上观察降解结果。

在定量蛋白质组学分析中,研究者识别出二十八个可被降解的激酶,其中包括 BTK、PTK2/FAK、PTK2B、FLT3、AURKA、AURKB、TEC、ULK1、ITK,以及九个 CDK 成员。这个结果说明,多激酶降解剂可以覆盖相当广的激酶空间,但覆盖并不是简单等同于所有结合对象都会下降。研究中特别重要的一点是,只有一部分被结合的激酶发生降解,提示降解可行性与结合谱之间存在显著差异。

机制与证据

从机制上看,这类分子属于异双功能降解剂:一端来自多激酶抑制剂,负责把分子带到激酶附近;另一端为 cereblon 结合配体,负责招募 CRBN 相关 E3 复合体。理论上,当目标激酶、降解剂与 E3 复合体形成合适的三元复合物时,目标蛋白表面可被放置到有利于泛素化的位置,继而被蛋白酶体系统清除。这里的关键不是简单的二元结合强弱,而是复合物构型、目标蛋白可及赖氨酸、细胞内定位、蛋白更新速度以及 E3 可接近性等多因素共同作用。

该论文的证据重点在定量蛋白质组学读出。通过全局蛋白丰度变化,研究者能够在同一实验框架下比较多个激酶的降解响应。BTK、FAK、FLT3、AURKA、AURKB、TEC、ULK1、ITK 和多个 CDK 的出现,说明该探针不仅作用于单一激酶亚群,也覆盖了酪氨酸激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶以及细胞周期相关激酶等不同功能类别。与此同时,被结合激酶中只有部分被降解这一观察,为判断降解剂设计规则提供了重要依据:亲和力是入口条件,但不是充分条件。

为什么值得关注

这项研究值得关注,首先因为它把降解剂从单靶点药理学工具扩展为激酶组层面的发现工具。多激酶抑制剂在传统药物化学中常被视为选择性风险,但在化学蛋白质组学语境下,其广谱性可以转化为扫描能力。研究者借助这一特征,在一个实验体系内观察多个激酶是否具备被 CRBN 招募型分子降解的潜力,从而为选择下一批降解靶点提供线索。

其次,该研究对靶向蛋白降解领域提出了更清晰的问题:可结合靶标并不必然可降解。对于 PROTAC 类分子设计而言,这意味着仅凭抑制剂结合谱无法预测最终蛋白下降情况。一个广谱抑制剂连接 E3 配体后,产生的是一组可能形成三元复合物的候选对象;真正被降解的蛋白,是在细胞内空间、构象和蛋白质周转条件共同筛选后的结果。因此,该工作强调了细胞内系统读出对于降解剂研究的必要性。

边界与待验证问题

需要注意的是,这项研究主要提供的是化学探针和蛋白质组学层面的可降解性图谱,并不能直接等同于每一个激酶都已具备理想选择性分子。多激酶降解剂天然带有广谱结合属性,适合用于发现和比较,但若要围绕某个单一靶点建立更明确的生物学因果关系,还需要进一步优化靶标识别端、连接臂长度与构型,并通过竞争实验、CRBN 依赖性验证、蛋白酶体依赖性验证和功能读出加以支持。

另一个待验证问题是降解选择性的来源。二十八个可降解激酶的名单说明部分蛋白对该设计敏感,但未被降解的结合对象同样重要。它们提示研究者需要比较不同激酶的空间暴露面、细胞定位、与 E3 复合体的相对构象以及可泛素化位点。对于激酶组研究而言,这些负结果并非失败,而是帮助建立降解可预测性的必要参照。总体而言,该论文为用化学蛋白质组学定义可降解激酶组提供了一个有代表性的实验框架。

参考信息

Huang et al., A Chemoproteomic Approach to Query the Degradable Kinome Using a Multi-kinase Degrader, Cell Chemical Biology, online 2017-11-09, DOI 10.1016/j.chembiol.2017.10.005, PMID 29129717.