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摘要：近日，清華大學陳曄光教授團隊和上海大學胡宏崗教授團隊合作，首次報導了靶向降解β-catenin的PROTAC多肽xStAx-VHL，能夠直接識別β-catenin蛋白並經由泛素化蛋白酶體途徑促進其降解，不僅能在細胞層面抑制Wnt信號，而且在多種小鼠腫瘤模型中也能發揮很好的抑癌作用，更重要的是，對於結腸癌病人的腫瘤類器官也能發揮明顯的抑癌效果。
PROTAC（Proteolysis-Targeting Chimera）技術，通過把E3泛素連接酶和目標蛋白聯繫在一起，導致目標蛋白的泛素化修飾，從而被蛋白酶體分解成多肽和胺基酸。目標蛋白被降解後，PROTAC會被釋放重用，繼續破壞目標蛋白。
相比於其他的藥物和療法，PROTAC有許多潛在的優勢，比如其組織分布廣泛，可以口服給藥。相比於其他療法（如細胞治療、抗體藥物等），PROTAC的生產流程更簡單。相比小分子藥物，PROTAC可以靶向其更多小分子藥物無法靶向的靶點，產生更好的效果。
最近幾年，PROTAC技術飛速發展，已被證明是最具潛力、最有突破性的藥物研發技術之一。尤其是近期在美國臨床腫瘤年會（ASCO）上，PROTAC技術大放異彩。美國Arvinas公司公布了首個PROTAC藥物的臨床一期數據——靶向雄激素受體的PROTAC藥物ARV-110在轉移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者身上安全且有效。
Arvinas、Kymera、Nurix、C4 Therapeutics、Cedilla、Monte Rosa等PROTAC創業公司接連獲得巨額融資，BMS、諾華、GSK、默沙東、輝瑞、拜耳等國際製藥巨頭紛紛布局，我們幾乎可以預見，在不遠的將來，PROTAC技術極可能掀起一波重磅藥物上市潮。
結腸癌（Colorectal cancer，CRC）在世界範圍內是一種高發病率和高致死率的癌症，隨著現代社會的生活壓力越來越大，更多人飲食習慣偏重油鹽煎炸食品，以及飲酒等行為，在可預見的將來，結腸癌的發病率可能會進一步增加。
在環境因素和生活方式的表象之下，科學家們對於結腸癌發病分子機制的認識也更加深入，許多基因被發現在病人腸道腫瘤組織中發生了突變，例如APC、 TP53、 KRAS、BRAF、 PIK3CA、SMAD4和CTNNB1等，涉及RAS-MAPK、P53、PI3K、TGF-β和Wnt/β-catenin等信號通路。
在眾多信號通路之中，Wnt/β-catenin信號的過度激活對於結腸癌的發生發展是最重要的，超過80%的結腸癌患者腫瘤中出現了APC的失活突變或CTNNB1的激活突變，導致信使分子β-catenin蛋白在細胞中持續累積，最終導致Wnt/β-catenin信號過度激活和癌細胞的大量增殖。因此，通過抑制Wnt/β-catenin信號來達到抑癌作用成為一個受人矚目的領域。
Wnt/β-catenin信號通路的成員主要包括分泌於細胞外的Wnt配體、跨細胞膜的受體複合物和細胞內的降解複合體，以及信使分子β-catenin。一方面，過去針對Wnt/β-catenin信號通路的抑制劑作用靶點絕大多數集中在β-catenin的上遊，不僅存在副作用，而且無法克服β-catenin的激活突變；另一方面，直接作用在β-catenin的抑制劑幾乎都是化學小分子，由於β-catenin並無酶活性和小分子結合口袋，與其他蛋白的作用界面都很大，互作蛋白種類多且複雜，因此這類小分子抑制劑很難對β-catenin的功能進行徹底的抑制
而多肽相比於小分子有結合面積大，特異性高等優點，過去有文獻報導訂書肽xStAx能夠在細胞層面通過結合β-catenin抑制Wnt信號，但是，在生物體內xStAx難以發揮作用。提高針對Wnt/β-catenin信號的多肽類抑制劑的生物活性，從而在生物體內發揮抑癌能力，成為一個很有應用前景的研究方向。
近日，清華大學陳曄光教授和上海大學胡宏崗教授作為共同通訊作者在 Cell Discovery 雜誌發表了題為：A PROTAC peptide induces durable β-catenin degradation and suppresses Wnt-dependent intestinal cancer 的研究論文。
在該論文中，研究者利用蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC）技術，在多肽xStAx基礎上，設計合成了新的嵌合體多肽抑制劑xStAx-VHL，這個嵌合體多肽能夠直接識別β-catenin蛋白並經由泛素化蛋白酶體途徑促進其降解，不僅能在細胞層面抑制Wnt信號，而且在多種小鼠腫瘤模型中也能發揮很好的抑癌作用，更重要的是，對於結腸癌病人的腫瘤類器官也能發揮明顯的抑癌效果。
由於PROTAC分子都是雙功能分子，一端識別並結合靶標蛋白，另一端招募泛素連接酶促進靶蛋白的降解，研究者首先利用訂書肽SAHPA1（Wnt信號激活肽）和xStAx（Wnt信號抑制肽）作為特異性識別β-catenin的部分，然後選擇識別多肽ALAPYIP作為招募VHL泛素連接酶的配體，兩者之間用氨基己酸連接，經過化學合成，得到兩種PROTAC嵌合體多肽SAHPA1-VHL和xStAx-VHL。
多種結腸癌細胞系的實驗顯示，只有xStAx-VHL表現出對β-catenin明顯的降解能力。這說明嵌合體多肽xStAx-VHL明顯提升了先導肽xStAx的β-catenin降解能力和Wnt信號抑制能力，而SAHPA1-VHL並未逆轉SAHPA1對Wnt信號的激活作用。
在裸鼠皮下成瘤的實驗中，xStAx-VHL對結腸癌細胞的成瘤能力表現出明顯的抑制作用。
並且，在另外兩種小鼠模型（APCmin/+小鼠和Axin2LacZ小鼠）中，研究者將xStAx-VHL注射到小鼠體內，腫瘤數量明顯減少，並且證明了xStAx-VHL的抑癌能力是通過β-catenin的降解和Wnt信號的抑制得以發揮的。
最後，在小鼠模型以外，研究者利用結腸癌患者的腫瘤組織培養出腫瘤類器官，再用多肽處理，發現絕大多數腫瘤類器官的生存受到多肽xStAx-VHL的明顯抑制，這證明了PROTAC多肽xStAx-VHL潛在的臨床應用價值。
總的來說，這項研究第一次報導了靶向降解β-catenin的PROTAC多肽xStAx-VHL，該多肽不僅可以在細胞層面降解β-catenin和抑制Wnt信號，而且在生物體內也能發揮較好的抑癌作用。這個PROTAC多肽可以避免小分子抑制劑對β-catenin蛋白抑制能力不足的問題。
當然，目前的PROTAC多肽xStAx-VHL仍然存在作用濃度偏高等問題。在未來的研究工作中，研究者將從各方面對xStAx-VHL進行優化，希望能進一步提高其生物活性。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41421-020-0171-1
本文轉載自公眾號「BioWorld」（ibioworld）
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原標題：《【科技前沿】蛋白降解新突破：清華陳曄光團隊等首次開發出靶向β-catenin的PROTAC多肽，有效抑制結腸癌》
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