2024年2月21日，Nature 在线发表题为 Targeted protein degradation via intramolecular bivalent glues 的研究，作者团队来自 Dundee、CeMM、Goethe University Frankfurt 及 Eisai 等机构。该文围绕一类被命名为 intramolecular bivalent glues 的降解剂展开，提出靶向蛋白降解中一种介于传统 PROTAC 与经典分子胶之间、但机制上又明显不同的新模式。

事件背景

过去数年，TPD 领域主要依赖两类范式：一类是 PROTAC，通过双功能分子分别结合靶蛋白和 E3 连接酶，在反式空间中诱导三元复合物；另一类是分子胶，通常以单价方式结合 E3 或靶蛋白，增强或创造新的蛋白互作界面。两种策略均以诱导邻近为核心，但在分子量、可设计性、靶点适配性和 E3 选择上存在不同约束。该研究的切入点来自 BET 家族蛋白降解剂，尤其是针对 BRD2/BRD4 的 IBG1 及相关化合物。研究团队发现，这些化合物并非简单把靶蛋白与 E3 连接酶两端拉近，而是先在靶蛋白内部同时接触两个相邻结构域，引发构象重排，再让新的表面更适合被 E3 识别。

核心进展

研究首先确认 IBG1 能有效诱导 BRD2 和 BRD4 降解，并依赖泛素-蛋白酶体系统及 cullin-RING E3 体系。与最初从结构组成上可能预期的 DCAF15 不同，CRISPR 筛选和验证实验指向 CRL4-DCAF16 复合物，尤其是 DCAF16 对 IBG1 介导的 BRD4 降解至关重要。敲除或干扰 DCAF16 可阻断降解和相关细胞效应，提示该机制并非传统意义上利用 E7820 片段直接招募 DCAF15。

生物物理实验进一步显示，BRD4 串联溴结构域本身与 DCAF16 存在弱的内在亲和力，IBG1 能稳定这种相互作用。关键不在于单个 BRD4 溴结构域，而在于 BD1 与 BD2 的相对空间排布。冷冻电镜结构为这一判断提供了机制图像：IBG1 的 JQ1 片段结合 BRD4 的 BD2，而 E7820 片段意外结合 BD1，相当于在同一靶蛋白内部桥接两个结构域，使 BRD4 发生更紧凑的构象变化，并形成适合 DCAF16 接触的复合界面。研究还显示，BD2 上特定位点有助于解释 BRD2/BRD4 与 BRD3 之间的选择性差异。

基于结构认知，作者进一步设计了 IBG2 和 IBG3，将原先较弱的第二结合片段替换为更高亲和力的溴结构域配体。IBG3 对 BRD2 和 BRD4 的降解活性达到低皮摩尔水平，并仍保持依赖 DCAF16、偏好串联溴结构域、选择性弱化 BRD3 的特征。研究还讨论了另一类结构不同的 BRD4 降解剂 IBG4。IBG4 同样通过靶蛋白内部结构域桥接诱导 BRD4 构象压缩，但其 E3 依赖性转向 DCAF11，说明这种机制不局限于 DCAF16，也不只是某一个化合物的偶发现象。

技术与临床意义

这项研究的重要性在于，它把 TPD 设计从靶蛋白-连接酶两者之间的外部桥接，扩展到靶蛋白自身结构域之间的内部组织。换言之，小分子可以先改变靶蛋白的构象与表面呈递方式，再利用原本较弱或不足以触发降解的靶蛋白-E3 内在相互作用。这为多结构域蛋白提供了新的降解设计思路，也提示一些曾被视为仅具抑制作用的二价配体，若能塑造合适的构象与 E3 接触面，可能被重新评估为降解剂起点。

对于 PROTAC/TPD 药物发现而言，分子内二价胶水具有几个值得关注的特征：其分子仍可能较传统 PROTAC 更紧凑；降解选择性可由靶蛋白内部结构域几何关系和界面残基共同决定；E3 连接酶不一定需要被小分子高亲和力直接招募，而可以通过稳定已有弱相互作用来参与降解。这些特征与分子胶药物化学的可发展性相呼应，也为结构生物学、化学生物学筛选和构象传感实验提出了新的组合需求。

风险与后续观察点

  • 靶点外推仍需谨慎：BRD4 具备清晰的串联溴结构域和丰富结构信息，并不代表所有多结构域蛋白都能被类似方式高效重塑。
  • E3 适配存在不确定性：DCAF16 与 DCAF11 的参与显示机制具备扩展性，但哪些 E3 具有可被利用的弱互作网络，仍需系统筛查。
  • 药物化学窗口仍待评估：二价胶水虽不同于典型 PROTAC，但仍可能面对细胞通透性、溶解度、选择性、钩效应和组织暴露等问题。
  • 功能读出需区分抑制与降解：BET 蛋白本身可被抑制剂强烈调控，评价此类分子时需要把占位抑制、构象重塑、泛素化和蛋白清除分开验证。

总体来看，该研究为 TPD 领域提供了一个概念清晰、结构证据充分的新降解模式。它不是对 PROTAC 或传统分子胶的简单替代，而是强调小分子可以通过靶蛋白内部二价结合来重写蛋白表面，从而把原本不足以驱动降解的 E3 接触转化为有效泛素化事件。对于关注新 E3、分子胶发现和多结构域靶点药物化的研究者而言，这篇论文值得作为后续机制设计与筛选策略的重要参考。