一种可通过超声波激活的PROTAC前药，具有自报告荧光功能，用于靶向蛋白质降解

《Biomaterials》：An ultrasound-activated PROTAC prodrug with self-reporting fluorescence for targeted protein degradation

PROTACs超声激活平台实现时空可控蛋白降解及荧光监测

陶莉|涂亚兰|何东|谢文娇|潘晓宇|袁有勇

华南理工大学广州国际校区生物医学科学与工程学院，中国广州，511442

摘要

蛋白酶解靶向嵌合体（PROTACs）作为一种药理学工具，能够选择性降解与疾病相关的目标蛋白（POIs）。然而，PROTACs介导的蛋白降解往往缺乏精确的时空控制，可能会破坏正常组织中的蛋白稳态并导致生理毒性。为了解决这些问题，我们开发了一种超声激活的PROTAC前药平台（US-PROTAC），该平台可实现非侵入性的、原位荧光引导下的时空可控PROTAC激活。该平台由三个关键组分构成：用于生物成像反馈的近红外荧光报告分子（亚甲蓝，MB）、选择性靶向POIs的PROTAC分子以及用于超声触发激活的自毁链接剂。在生理条件下，US-PROTAC的蛋白降解活性被掩盖；但超声刺激通过空化作用产生羟基自由基（•OH），选择性切割尿素键并恢复MB的荧光。这一过程同时触发了自毁反应，释放出活性的PROTAC。重要的是，MB荧光的恢复使得在体外和体内都能实时观察到超声触发的PROTAC释放。超声介导的激活与荧光成像的结合进一步通过调节超声参数来调控治疗效果，为优化靶向蛋白降解的时空控制提供了实用工具。

章节摘录

引言

蛋白酶解靶向嵌合体（PROTACs）是一种创新的治疗策略，它利用泛素-蛋白酶体系统通过招募E3泛素连接酶来选择性降解目标蛋白（POIs）[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。尽管针对致癌蛋白的PROTACs已显示出有希望的结果（例如ARV-471针对雌激素受体，并于2022年进入三期临床试验），但其临床应用仍面临关键挑战[6]、[7]、[8]、[9]。

MB尿素衍生物的超声响应行为及机制探究

MB尿素衍生物MB-1、MB-2和MB-3是通过将MB分别与不同的自毁链接剂（1,1-二甲基乙基-N-甲基-N-[2-(甲基氨基)乙基]氨基甲酸、N-Boc-乙二胺和4-氨基苄醇）偶联而合成的（见图2a和图S1-2）。我们首先使用荧光光谱法研究了MB-1、MB-2和MB-3在不同超声参数（0.5/1/1.5 W/cm2，3分钟）下的超声响应行为。

结论

目前，PROTACs介导的蛋白降解缺乏有效的调控机制，这可能会破坏正常组织中的蛋白稳态并导致潜在的生理毒性。最近的研究致力于利用SR-PROTAC前药（见表S1）来实现PROTAC介导的蛋白降解的精确调控，这些前药利用了肿瘤微环境的特性或高精度激活机制。然而，现有的SR-PROTAC前药仍缺乏实时调控的有效方法。

材料

除非另有说明，所有化学品均从商业供应商处购买，并按原样使用，无需进一步纯化。亚甲蓝（MB）、1,1-二甲基乙基-N-甲基-N-[2-(甲基氨基)乙基]氨基甲酸、N-Boc-乙二胺、4-氨基苄醇、JQ1羧酸、Boc-NH-PEG?-CH?COOH和VHL配体均购自Bide（中国上海）。蛋白酶体抑制剂MG132和NEDD8激活酶抑制剂MLN4924购自MCE。

作者贡献声明

涂亚兰：撰写——初稿。何东：撰写——初稿。陶莉：撰写——初稿。袁有勇：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。谢文娇：撰写——初稿。潘晓宇：撰写——初稿

注释

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（编号：2024YFB3815100）、国家自然科学基金（编号：52373135、32401117、52573158）、广州市科技计划（2025A04J7044）以及成都市科技计划（2024-YF05-01305-SN）的支持。