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连接子优化新突破！解锁 PROTAC 靶向递送新可能

蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）可以说是当下极具潜力的新型治疗方式，虽然活性表现亮眼，但目前已报道的分子普遍存在一个明显短板 ——组织特异性不够。

大多数 PROTAC 都要靠招募 E3 连接酶来实现蛋白降解，而这类连接酶家族足足有 600 多个成员，在体内多种组织器官里都广泛表达。即便有些 PROTAC 能通过器官特异性 E3 连接酶，提升对特定细胞的选择性降解，可一旦全身给药，分布不均+潜在脱靶效应，还是会让正常组织里的目标蛋白被 “误杀”，进而引发毒性，大大压缩临床治疗空间。所以，靶向递送已经成了 PROTAC 走向临床的关键一步。

目前，科研人员也开发出了抗体偶联 PROTAC（DACs）来做靶向递送，可这条路同样不好走：分子不稳定、分子量偏大、肿瘤穿透性差等问题，都实实在在影响着治疗效果。

除了抗体，像叶酸、环肽这类小分子配体，在肿瘤成像和治疗里早就得到了临床验证。和抗体比起来，小分子配体结构更小巧，能让PROTAC兼具成本低、肿瘤穿透深、免疫耐受性好等优势。

图1 叶酸靶向的SMDC分子

基于叶酸、iRGD 等配体的小分子-降解剂偶联物（SMDC）也已经被开发出来。这类分子在体外能精准降解癌细胞里的目标蛋白，可一到体内，疗效就大打折扣。核心问题就出在连接键不稳定、体内半衰期太短，PROTAC 很难在肿瘤部位有效聚集，效果自然上不去。类似问题在不少小分子偶联药物里都很常见，比如叶酸偶联药 Vintafolide，就是因为这个原因止步 Ⅲ 期临床。

图2 Vintafolide分子结构及裂解机制

连接子作为 SMDC 的核心部分，需要在循环稳定性和肿瘤部位激活释放之间找到精准平衡。虽然 SMDC 的连接子设计和 DACs 有不少相似之处，但受小分子配体本身化学特性影响，还得额外考虑偶联方式、肾脏清除率、稳定性等关键问题，这部分也急需更系统的研究来优化。

近日，武汉大学的研究团队发表于JMC上的“Small Molecule-Degrader Conjugates: Evaluating theStructure-Activity Relationshipof Linkers to Overcome In VivoBarriers in PROTAC Delivery”探索了SMDC的连接子的结构-活性关系（SAR）。他们选择cRGD（（靶向肿瘤细胞高表达的 αvβ3 整合素）与高活性BRD4 PROTAC GNE-987（DC50=0.03 nM）构建SMDC，，通过四轮优化设计出兼具长循环、高稳定性、肿瘤精准释放的新型连接子，成功克服 PROTAC 体内递送的多重屏障，实现低剂量下的肿瘤生长抑制，为 PROTAC 的精准化、高效化递送提供了全新解决方案。

连接子优化过程

SMDC1：碳酸酯二硫键连接子 —— 血清不稳定性初显

连接子设计：含二硫键的碳酸酯连接子

效果：虽能通过胞内二硫键还原实现 PROTAC 快速释放，且对肿瘤细胞具有 1000 倍的选择性，但碳酸酯键在小鼠血清中极易被水解，0.5 小时内即大量释放 PROTAC，无法满足体内循环需求。

SMDC2：氨基甲酸酯二硫键连接子 —— 提升血清稳定性

连接子设计：碳酸酯键替换为ADC中经典的氨基甲酸酯键，该键在临床中已被验证具有优异的体内稳定性。

效果：优化后 SMDC2 在小鼠血清中8小时仍保持 70% 以上的完整性，且对正常细胞的细胞毒性显著降低，靶向选择性进一步提升，解决了血清水解的核心问题。

图3 SMDC1及SMDC2的结构

SMDC3：引入CBB延长子 —— 实现长循环与高肿瘤蓄积

连接子设计：针对小分子 SMDC 肾脏快速清除的问题，团队在SMDC2连接子的赖氨酸位点嫁接考马斯亮蓝（CBB） 白蛋白结合延长子。CBB可通过非共价作用与血清白蛋白结合，显著增大SMDC的表观分子量，减缓肾脏清除。

效果：优化后的SMDC3分子量仅3.3 kDa，却将体内半衰期从SMDC2 的 0.7 小时延长至10 小时，血液清除率降低约 70%；同时在 U87MG 肿瘤模型中实现 72 小时以上的持续蓄积，且未丧失肿瘤靶向性，在 αvβ3 整合素阳性肿瘤细胞中仍能高效降解 BRD4，对正常细胞则无明显毒性。

图4 SMDC3结构

SMDC4：组织蛋白酶响应 GGFG 连接子 —— 消除提前泄漏，实现精准释放

连接子设计：SMDC3 性能优异，但二硫键在长期循环中仍会因血清中的硫醇-二硫键交换发生非特异性断裂，导致约23%的 PROTAC 提前泄漏。团队进一步将二硫键替换为FDA 批准 ADC（DS-8201a）中的组织蛋白酶敏感 GGFG 四肽连接子，打造出最终版 SMDC4。

效果：GGFG 连接子在血清中具有极高稳定性，24 小时无明显降解，彻底解决药物提前泄漏问题；且仅在肿瘤细胞内被组织蛋白酶特异性切割，实现 PROTAC 的精准释放。虽因额外的酶切步骤，其体外DC50 略高于 SMDC3，但体内稳定性与释放可控性得到质的提升。

图5 SMDC4的结构

总的来说，这项研究厘清了 SMDC 连接子的核心设计思路：优先选血清稳定的化学键、加白蛋白结合基序拉长体内循环、用肿瘤特异性响应连接子实现精准释放，还巧妙平衡了长循环和肿瘤靶向性，为 PROTAC 靶向递送打造了全新技术范式，开发的连接子模块也很实用，能拓展到多种肿瘤靶点研究中，也为后续 SMDC 的研发和临床转化稳稳打下了基础！

参考文献：

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