膜蛋白是細胞間相互作用的主要參與者，在細胞信号轉導、分化增殖、應激響應等生命過程中都扮演着極為重要的角色。它們直接影響了包括惡性腫瘤、神經疼痛等諸多疾病的發生發展過程，是一類重要的藥物靶标。然而，傳統藥物通過阻斷膜蛋白胞外區與配體的相互作用或抑制其胞内區的活性來發揮作用，往往存在抑制不徹底或誘發耐藥性的問題。新興的蛋白質靶向降解技術（例如PROTAC）為藥物開發提供了全新思路，通過特異性降解胞内靶标，直接消除了引起異常表型的蛋白質機器。這一獨特的作用機制同樣适用于傳統意義上的不可成藥的靶點，極大地拓展了其成藥範圍。遺憾的是，PROTAC分子的靶标大多是胞内蛋白，對膜蛋白靶向降解的探索有限。近期，基于 LYTAC和AbTAC的膜蛋白靶向降解技術分别利用細胞膜上的受體CI-M6PR或E3泛素連接酶RNF43将目标膜蛋白轉運至溶酶體中降解，然而，這兩種策略依賴于細胞表面特定蛋白質（受體或者酶）的表達，目前尚缺乏一種通用型的膜蛋白靶向降解技術。
圖1. 膜蛋白及其承擔的主要功能
近日，beat365beat365陳鵬、林堅合作團隊報道了一種通用型的膜蛋白靶向降解技術（圖2A）。作者首先開發了基于定量質譜的位點篩選策略（MSSP），結合遺傳密碼子拓展技術（GCE），得到了可以同PD-L1共價結合的“膠水抗體”，又稱作GlueBody。GlueBody 的應用使得抗體、抗原間從非共價相互作用轉變為共價結合，避免了膜蛋白降解子和膜蛋白複合物在内吞、降解的過程中可能發生的因解離帶來的降解效率降低的問題。同時，由于單域抗體結合抗原後的内吞過程受到抗原、結合表位和所處微環境等多個因素的影響。為了加速内吞進程，作者通過酶催化反應高效地在共價抗體上添加了促進内吞和降解的細胞穿膜肽和溶酶體分選序列，最終得到膜蛋白靶向降解子——GlueTAC（圖2B）。随後的實驗結果表明，GlueTAC能夠在包括肺癌、乳腺癌、黑色素瘤等多種癌細胞中快速介導靶蛋白PD-L1的内吞和在溶酶體中的降解。與非共價的降解嵌合體和單獨的GlueBody相比，共價抗體和促進内吞靶向的功能肽對降解效率都有着極為重要的作用，二者在組合中缺一不可（圖2C）。最後，作者進一步證明GlueTAC介導的PD-L1的降解能夠比單純阻斷PD-1/PD-L1相互作用更為高效、持久地激活T細胞和抑制腫瘤生長（圖2D, 圖2E）。
圖2. GlueTAC技術用于膜蛋白靶向降解
綜上，該項研究開發了基于質譜的共價單域抗體（GlueBody）篩選方法，并得到了靶向PD-L1的GlueBody，進而最終發展了具有普适性的膜蛋白降解技術GlueTAC。該技術為消除功能異常的膜蛋白提供了強有力的工具，理論上能夠克服因長期用藥（如肺癌治療中以EGFR為靶點的抑制劑）帶來的耐藥性問題。此外，文中基于單域抗體開發的共價抗體保留了單域抗體原有組織浸潤性良好的優點，同時共價結合抗原能實現更為持久的療效而又避免了系統性暴露帶來的安全性風險，為抗體藥物的發展開辟了重要的方向。該研究成果近日以“Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation”為題發表于Journal of the American Chemical Society（https://doi.org/10.1021/jacs.1c08521）。
beat365官方网站博士研究生張衡、韓雨為該論文的共同第一作者，beat365官方网站、北大-清華生命科學聯合中心陳鵬教授和林堅副研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心、深圳灣實驗室以及北大-清華生命科學聯合中心的資助。
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