导读：2022 年 12 月 28 日，Nature Chemical Biology 在线发表题为 Targeted degradation via direct 26S proteasome recruitment 的研究，提出一种区别于经典 PROTAC 的靶向蛋白降解思路：不再通过特定 E3 连接酶介导泛素化，而是直接招募 26S 蛋白酶体靠近靶蛋白，从而触发降解。研究团队识别出可结合 26S 蛋白酶体亚基 PSMD2 的肽类大环化合物，并利用 2.5 Å cryo-EM 结构解析其在靠近 26S pore 区域的结合位点；进一步将该配体与 BRD4 配体连接，构建嵌合分子，在细胞中实现 BRD4 有效降解。该工作为靶向蛋白降解提供了新的概念验证路径，但其化学性质、细胞通透性和平台通用性仍处在待优化阶段。
研究背景
过去数年，PROTAC 与分子胶等靶向蛋白降解技术持续推动药物发现范式转变。与传统小分子抑制剂主要依赖占据酶活口袋或功能位点不同，降解剂试图利用细胞内蛋白质质量控制系统，将致病相关蛋白从细胞内移除。经典 PROTAC 通常由三部分组成：靶蛋白配体、E3 连接酶配体以及连接两者的 linker。其核心逻辑是诱导靶蛋白与 E3 连接酶形成近邻复合物，促进靶蛋白泛素化，再由 26S 蛋白酶体识别并降解。
这一策略已经证明，药物分子不一定要长期占据靶点活性位点才能产生药效，也可以通过诱导蛋白降解实现事件驱动的药理作用。但在实际设计中，PROTAC 对 E3 连接酶配体、三元复合物构象、细胞类型中的 E3 表达谱、泛素化位点可及性以及 linker 空间取向均较敏感。常用 E3 连接酶数量有限，也使研究人员持续探索是否存在不依赖特定 E3 的新型降解路线。
在这一背景下，直接招募 26S 蛋白酶体成为一个具有挑战性的设想。如果能够通过小分子或类小分子配体将靶蛋白直接带到蛋白酶体入口附近，理论上可绕开 E3 连接酶选择、泛素化转移和特定 E3 组织表达等限制。但这一策略同样面临关键问题：26S 蛋白酶体是大型多亚基复合体，如何找到可被配体精准结合且不破坏蛋白酶体功能的位点，如何让招募事件足以诱导靶蛋白进入降解通道，如何避免非特异性扰动细胞蛋白稳态，均需要实验验证。
核心内容
本研究的核心贡献在于提出并验证了“直接 26S 蛋白酶体招募”的靶向蛋白降解策略。研究团队首先识别出能够直接结合 26S 蛋白酶体亚基 PSMD2 的肽类大环化合物。PSMD2 是 26S 蛋白酶体调节颗粒中的组成部分，位于蛋白酶体对底物识别、递送和进入降解通道相关的结构环境中。与传统通过 E3 连接酶间接将靶蛋白交给蛋白酶体的思路不同，PSMD2 结合配体提供了一个直接锚定蛋白酶体的化学入口。
研究进一步通过 2.5 Å cryo-EM 复合物结构揭示该大环配体与 26S 蛋白酶体结合的结构基础。结构结果显示，配体结合位点靠近 26S pore，这一点对该策略具有重要意义。蛋白酶体降解底物需要经过入口孔道并被转运至催化核心，因此配体结合位点是否靠近底物进入路径，关系到被招募靶蛋白是否有机会被递送至降解机器。该结构信息也为进一步理性优化提供了出发点，包括如何调整配体亲和力、空间取向和连接子长度。
在功能验证层面，研究将 PSMD2 结合大环配体与 BRD4 配体连接，形成可同时识别蛋白酶体与靶蛋白的嵌合分子。BRD4 是靶向蛋白降解领域常用的模型靶点，具有成熟配体基础和可检测的降解读数。实验结果显示，该嵌合分子能够在细胞中有效降解 BRD4，从而证明直接招募 26S 蛋白酶体并非停留在体外结合或结构层面的设想，而是可以转化为细胞内靶蛋白降解事件。
机制与证据
从机制上看，这一策略试图重构靶蛋白与 26S 蛋白酶体之间的空间近邻关系。经典 PROTAC 的关键是诱导靶蛋白被 E3 连接酶泛素化，再由蛋白酶体系统识别泛素链并完成降解；本研究则将蛋白酶体本身作为可被配体招募的执行端，尝试通过双功能分子直接把靶蛋白带到蛋白酶体附近。这意味着降解事件的决定因素不再完全依赖 E3 连接酶和泛素转移，而更多取决于蛋白酶体招募配体、靶蛋白配体、linker 构型以及被招募靶蛋白相对 26S pore 的空间姿态。
研究中的结构证据尤其关键。2.5 Å cryo-EM 复合物结构不仅确认大环配体能够与 26S 蛋白酶体形成明确结合，也显示其结合位点位于靠近 26S pore 的区域。对于药物化学设计而言，这一结果相当于给出了一个可操作的结构坐标：配体不是随机吸附在大型复合体表面，而是占据与底物进入路径具有潜在功能关联的位置。若进一步要优化此类降解剂，结构信息将帮助研究者判断连接子应从何处延伸、靶蛋白配体与蛋白酶体配体之间应保持怎样的距离和角度。
BRD4 降解实验则提供了细胞层面的概念验证。仅有蛋白酶体结合配体并不足以说明能够诱导特定靶蛋白降解，只有当该配体被整合进双功能嵌合分子，并在细胞中引发靶蛋白选择性下降，才说明这一招募逻辑有可能成为 TPD 策略。BRD4 作为模型靶点的意义在于，它已有成熟的小分子识别模块，可用于聚焦检验蛋白酶体直接招募端是否具备功能。研究显示，连接 BRD4 配体后形成的嵌合分子能够有效降解 BRD4，支持“直接蛋白酶体招募可实现靶向降解”这一核心结论。
为什么值得关注
该研究值得关注，首先在于它扩展了靶向蛋白降解的执行端选择。PROTAC 领域长期围绕 E3 连接酶展开，研究重点包括发现新的 E3 配体、改善三元复合物稳定性、理解组织表达差异和扩大可降解靶点范围。直接招募 26S 蛋白酶体则提出另一种可能：既然蛋白酶体是最终降解机器，是否可以绕过上游 E3 连接酶环节，直接建立靶蛋白与降解机器之间的化学近邻关系。这一问题本身具有较强的机制探索价值。
其次，该工作为“非 E3 依赖型 TPD”提供了结构和细胞证据。靶向蛋白降解并不必然等同于 E3 招募，也不必然局限于泛素化路径。LYTAC、AUTOTAC 等路线已经显示，细胞内外不同蛋白清除系统都可能被重新编程用于降解特定底物。本研究则聚焦于 26S 蛋白酶体这一经典降解终端，尝试从蛋白酶体直接招募角度建立新型嵌合分子设计框架。对关注新模态药物发现的研发和 BD 读者而言，这类概念的出现意味着 TPD 工具箱仍在扩展。
再次，PSMD2 结合大环配体的发现也提示，大型蛋白复合体并非完全不可配体化。26S 蛋白酶体结构复杂、动态性强，但研究能够识别与其亚基结合的肽类大环化合物，并通过高分辨率结构解析结合模式，说明针对大型机器复合体的配体发现与结构设计仍有可能取得可用起点。对于药物化学而言，大环化合物兼具较大结合界面和一定构象约束，可能适合识别传统小分子难以覆盖的浅表面或蛋白复合体界面。
边界与待验证问题
尽管该研究提出了富有启发性的策略，但其定位仍应被理解为工具性概念验证，而不是已经成熟的药物发现平台。首先，研究中的蛋白酶体招募配体为肽类大环化合物，这类分子通常需要面对分子量、极性、细胞通透性、代谢稳定性和口服暴露等药物化学挑战。能否将该配体优化为更适合细胞和体内应用的化学实体，是该策略能否从概念走向更广泛应用的关键。
其次，BRD4 是一个适合作为模型靶点的验证对象，但并不意味着该方法对不同蛋白具有普遍适用性。不同靶蛋白的大小、结构柔性、亚细胞定位、天然稳定性以及可被蛋白酶体处理的能力差异很大。直接招募蛋白酶体是否要求靶蛋白具备特定无序区域、特定空间取向或特定进入孔道的几何条件，还需要更多靶点验证。对于高度结构化、定位受限或与大型复合物紧密结合的蛋白，该策略的适用边界仍不清晰。
第三，直接招募 26S 蛋白酶体还需要谨慎评估选择性和细胞稳态风险。蛋白酶体是细胞蛋白质质量控制的核心机器，过强或非特异性的蛋白酶体结合可能影响正常底物处理，或者造成不希望的蛋白质稳态扰动。理想状态下，蛋白酶体配体应在不显著干扰蛋白酶体基础功能的前提下，通过双功能分子与目标蛋白形成有效近邻。如何平衡招募效率、降解选择性和系统安全窗口，是进一步机制研究必须回答的问题。
因此，这项研究的意义不在于立即替代 E3 连接酶依赖型 PROTAC，而在于打开一个新的设计方向：蛋白酶体本身可以被视为可化学招募的降解执行端。对于靶向蛋白降解领域而言，它补充了现有 E3 招募、分子胶诱导新底物识别以及溶酶体或自噬相关路线之外的又一条探索路径。其真正价值，将取决于进一步能否在配体优化、细胞通透性、靶点扩展和机制选择性方面取得更系统的证据。