前言

靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation, TPD）作为突破性治疗手段，通过特异性激活细胞内源性降解系统（包括泛素-蛋白酶体系统和溶酶体途径），实现了对致病相关蛋白的选择性清除。该技术体系为攻克"不可成药"靶标及应对传统疗法耐药突变提供了创新性解决路径。

值得关注的是，近年来随着PROTAC及分子胶（Molecular Glues, MG）关键技术的突破性进展（图1），TPD已在肿瘤治疗和神经退行性疾病领域取得突破性临床证据。以Arvinas公司于2025年3月11日公布的Ⅲ期临床试验数据为例，其自主研发的ARV-471作为首个进入Ⅲ期临床的口服雌激素受体（ER）降解剂，在ER+/HER2-乳腺癌ESR1突变亚群中展现出显著疗效，可使疾病进展风险降低达40%（HR=0.60, p<0.01）；然而在意向性治疗（Intention-to-Treat, ITT）全体受试者群体中未能达到预设的统计学显著性阈值。值得注意的是，典型PROTAC分子因普遍存在违背成药性五原则（BRo5）特性，常表现出分子量超标引发的溶解度降低（LogP>3）、高血浆蛋白结合率（Plasma Protein Binding, PPB）（>99%）、代谢途径复杂及体外渗透性不足（Papp<1×10⁻⁶cm/s）等成药性瓶颈。

因此，如何系统性优化TPD候选分子的药物代谢与药代动力学（Drug Metabolism and Pharmacokinetics, DMPK）参数，已成为实现靶向降解活性向体内治疗效果转化的核心科学问题。

图1：TPD的发展历史[1]

靶向蛋白降解（TPD）药物可以根据机制分为两大类：基于泛素-蛋白酶体的降解剂以及基于溶酶体途径的降解剂。

基于泛素-蛋白酶体的降解剂的代表药物又可以分为PROTAC与MG两类，它们在机制、成药性和开发路径上存在本质差异，都各自有代表性的药物在临床开发阶段。

PROTAC通过双价结构同时结合靶蛋白和E3连接酶（如CRBN、VHL），利用细胞内泛素-蛋白酶体系统实现靶蛋白定向降解，但大分子量（>700 Da）和生物利用度差（口服吸收受限）成为瓶颈；而MG作为单价分子胶，通过模拟天然蛋白-蛋白互作界面，诱导靶蛋白与E3连接酶的结合，凭借小分子特性（<500 Da）和较宽浓度窗口（避免钩状效应）展现出更好的成药性。

在基于溶酶体途径的降解剂中，与PROTAC最相似的就是ATTEC（自噬体偶联化合物）。该类化合物通过介导靶蛋白与自噬标志蛋白LC3形成特异性复合体，能够有效引导目的蛋白进入自噬溶酶体降解途径，从而实现选择性蛋白清除，目前还在早期的研究阶段。

表1：TPD药物的差异

TPD药物DMPK成药性主要取决于分子构型特征及其理化性质参数。从现有研究数据来看，分子胶化合物与传统小分子抑制剂在成药性方面未呈现显著差异，而新型降解剂如LYTAC（溶酶体靶向嵌合体）、ATTEC（自噬靶向嵌合体）等由于受限于临床前研究数据的匮乏，尚未建立完整的评价体系，难以进行系统性分类比较。因此本研究将PROTAC技术作为重点研究对象。

PROTAC分子普遍存在水溶性差（如ARV-110在pH 7.4缓冲液中溶解度<1 μM）的特性。其双功能结构导致分子量常超过700 Da，且疏水区域（如E3连接酶配体）进一步降低溶解性，增加了PROTAC在动物体内药理实验中面临制剂溶解度和口服生物利用度低的挑战。

PROTAC普遍具有pH依赖的溶解度，体内生物利用度评价之前，建议采用模拟胃肠液进行化合物体外溶解度测试，考量点是有些pH 敏感的化合物给药制剂是澄清溶液，在胃肠道中因pH变化重新析出，导致生物利用度不及预期。大多数PROTAC的胃肠液溶解度差，直接用混悬液给药时，也会极大限制口服吸收程度。

提高PROTAC溶解度的解决方案有在制剂中添加助溶剂如聚乙二醇PEG400，聚乙二醇-15 羟基硬脂酸酯（Solutol® HS 15），环糊精（分散）以及调节pH等方式。值得注意的是控制辅料添加的比例，避免动物出现不耐受的情况。

研究数据表明，PROTAC药物的制剂配方及其动物实验前禁食状态均能影响其口服生物利用度。基于此，建议在开展口服药代动力学研究时采用自由饮食状态实验动物模型。鉴于PROTAC分子普遍的低溶解度特性，建议通过制备澄明溶液以提高口服给药后的药物生物利用度。在制剂开发过程中，除需克服溶解度限制因素外，还应系统评估不同实验物种间的生理差异，优先选择与人体的代谢特征具有较高同源性的实验物种开展研究。

表2. PROTAC分子不同口服溶媒优化[3]

目前在利用提高回收率及测量到准确的渗透系数的方法中，有两种方法报道是可行的。第一种是在细胞实验的接收侧添加4%的BSA，来减少非特异性吸附，或者减少接收侧药物吸附到细胞上从而提高化合物的回收率。另一种是通过预孵育的方式，提前饱和药物在细胞内的非特异性吸附，随后在按常规的实验步骤进行渗透系数的检测。常规MDCK-MDR1渗透试验中，ARV-110的渗透系数和外排率均与实际不符。在预孵育条件下，ARV-110的渗透数据为0.5 < Papp, _A-B (10⁻⁶cm/s) < 1，体外渗透系数与体内生物利用度结果吻合，从而获得了具有良好体内外渗透的相关性的数据。

⚡解决方案： 

由于PROTAC分子量大，结构上代谢位点较多，代谢途径多样，所以在选择代谢模型的时候，需要综合评估药物的代谢酶和相关代谢途径来选择合适的体外模型。且受到高肝微粒体和/或肝细胞蛋白结合率的影响，导致游离药物代谢的比例减少，造成体内清除率低估的情况。

当化合物主要通过Ⅰ相代谢酶系统（尤其是细胞色素P450酶系）代谢时，肝微粒体被认为是较为理想的体外代谢研究模型。而对于具有显著非Ⅰ相代谢特征的化合物，肝细胞模型则更具优势。相比之下，由于S9组分和胞质液中酶活性较低或酶系统相对单一，它们不适宜作为PROTAC代谢研究的推荐基质。

此外，部分PROTAC表现出较强的非特异性吸附特性，易与肝微粒体或细胞蛋白结合，从而导致药物清除率的低估。因此，在进行数据外推时，必须充分考虑药物与孵育体系中蛋白的结合情况，运用游离药物分数及相应清除率，以尽可能获得准确的IVIVE数据。

表3 ARV-471的IVIVE数据[4]

PROTAC分子的设计原理基于双分子偶联结构，warhead和E3连接子可能携带特定的DDI风险，组成PROTAC后可能产生协同增强或减弱的抑制效应。PROTAC药物还可能产生代谢产物引起的DDI风险。

在设计PROTAC分子的时候，往往需要设计及优化warhead分子和E3连接酶结合小分子，建议早期考察DDI相关风险，比如CYP 抑制和PXR激活实验等测试，尽早排除有较大风险的分子。

表4 ARV-110的CYP可逆抑制和TDI数据[引用自Arvinas公司]

参考文献

[1] Zhong G, et.al. “Targeted protein degradation: advances in drug discovery and clinical practice.” Signal Transduct Target Ther. 2024;9(1):308.

[2] Cantrill, Carina et al. “Fundamental aspects of DMPK optimization of targeted protein degraders.” Drug discovery today vol. 25,6 (2020): 969-982.

[3] Hayhow, Thomas G et al. “Metabolism-driven in vitro/in vivo disconnect of an oral ERɑ VHL-PROTAC.” Communications biology vol. 7,1 563. 13 May. 2024

[4] He, Yifei et al. “Characterization of preclinical radio ADME properties of ARV-471 for predicting human PK using PBPK modeling.” Journal of Pharmaceutical Analysis (2024): n. pag.