研发前沿|分子胶的理性设计(1)——基于“降解尾巴”的分子胶设计策略

前言

去年一篇文章【创新药系列研究|分子胶研究进展与产业现状】总结了近年来分子胶的主要发展历程与研究进展。不同于PROTAC的三元双功能化合物形式（二价分子），分子胶只通过一个短小的药物片段便能同时实现招募靶蛋白与E3连接酶的两种功能（单价降解剂），在成药性等方面上有着PROTAC无可匹敌的优势。

然而，目前大多数分子胶均是偶然发现的，现有“理性设计”策略大多是通过药物化学手段在已有分子胶化合物基础上进行结构与成药性优化,如基于CRBN的针对CK1-α、IKZF1/3的分子胶，以及针对BCL6分子胶BI-3802的后续优化（之后应该会写一篇盘点BCL6分子胶的文章）。不过由于CRBN类分子胶的构效关系范围狭窄，关键位置的微小变化会导致活性与靶点的巨大改变，这一点也为基于CRBN的分子胶靶点拓展奠定了基础，例如诸多靶向GSPT1与IKZF2的分子胶。目前看来，设计针对特定靶点的分子胶，是分子胶领域的一大难点，也是未来亟需攻克的最关键的难题。

现有分子胶理性设计策略主要有以下两类（个人粗浅理解，不对请指正）：

1. 利用分子胶SAR范围窄的特点，设计基于CRBN（或其他E3连接酶）的数量巨大的化合物库，再通过表型筛选+蛋白质组学的方法去发现基于新靶点的分子胶降解剂。达歌生物的技术平台便是采用了类似策略，下图以供参考。当然采用该策略的不止这一家。

2. 在小分子抑制剂（或靶蛋白小分子亲和配体）的结构基础上，在特定位置引入小的E3连接酶配体的片段，例如CRBN的戊二酰亚胺片段，或是ZFP91的α-Pyr片段（天然产物蟾毒灵便是如此，如下图所示）。【不是CRBN？一种基于新E3连接酶的天然共价分子胶降解剂】这一策略有个专业名词，便是本文需要讲述的基于“降解尾巴”的分子胶降解剂。

基于“降解尾巴”的BRD4分子胶降解剂

在2019年的AACR会议上，Genentech公开了摘要“GNE-0011, a novel monovalent BRD4 degrader”,报道了采用“降解尾巴”策略的新型单价 BRD4 降解剂GNE-0011。该化合物能够选择性降解BRD4（机制研究表明GNE-0011降解依赖于招募DCAF16这一E3连接酶），并能够抑制下游MYC的表达。体内药效方面，GNE-0011在10 mpk剂量下能够导致嗜酸性粒细胞性白血病EOL-1异种移植模型肿瘤显著消退，效果显著优于JQ1。不过遗憾的是，即便在低于JQ1的剂量下，GNE-0011也表现出显著的毒性。

在专利方面，2020-03-19公开了专利WO2020055976A1，根据公开信息显示，GNE-0011便是专利中的化合物1b，不过从专利中活性数据整体上看，似乎8a活性更优。

从结构上看，GNE-0011把JQ1的苯环末端的氯替换成了氨基丙炔，达到了共价招募DCAF16降解BRD4的目的，相比于BRD4-DCAF16 PROTAC（KB0-JQ1），分子量大大降低，同时在活性上也有>1000倍的提升，可能这就是该类分子胶的优势所在？

另外，今年2月的BioRxiv上刊登了预印版文章“Template-assisted covalent modification of DCAF16 underlies activity of BRD4 molecular 1 glue degraders ”，文章主要意思如下：

该文章基于GNE-0011做了进一步的构效关系研究，并探究了相关机制，并报道了一类“模板辅助共价修饰”的策略，可以作为参考，为今后分子胶理性设计的策略提供思路。

无独有偶，我还发现了另一篇专利，来自Plexium的WO2022221786的基于“降解尾巴”的BRD4分子胶降解剂。这家公司算是分子胶领域的明星公司，去年可以说是风光无限，先后与艾伯维与安进达成了数亿美元的合作，还拿到了1.02亿美元的融资。Plexium的TPD平台通过DEL进行表型筛选，能在疾病相关的细胞背景下，识别细胞活性降解剂候选药物并进行评估。从公司管线上看，该公司布局了诸多针对新靶点的分子胶降解剂（而不是某些公司整天吹嘘自己的分子胶最后只拿出来一个IKZF1/3或GSPT1，专利里标榜的分子胶分子量比PROTAC都大）。从专利上看，这家公司如今也是快到了收获阶段了。

下面说一下专利，化合物主要结构如下图1-e与1-f所示。从结构上看这类化合物似乎并非共价分子胶，而是可逆的。1-e与1-f有着不错的BRD4 binding与降解活性，也有着不错的药代参数。不过有一点比较奇怪的是，怎么这个羧酸形式的JQ1也有BRD4降解效果？

当然专利里还有些降解活性更好的化合物，由于缺乏数据，无法作更多评价，就不一一列出。针对这类化合物的生物学机制，好奇的我特地去请教了一位在Plexium工作的大佬，他告知我说这是一个基于新E3的分子胶，公司正在准备发文章，具体机制就不便透露了。所以还是默默地等待他们的大作公之于众吧。

其他基于“降解尾巴”的分子胶降解剂

在今年4月，另一篇发表于ACS Cent. Sci.的文章“Rational Chemical Design of Molecular Glue Degraders”也报道了类似的基于“降解尾巴”的分子胶设计策略。简而言之，该策略利用了RNF126的共价配体片段与多个靶点小分子抑制剂相结合，形成了共价分子胶降解剂，不过活性上相比于上文的BRD4分子胶逊色不少。这里就不详细描述了，见下图。

关于E3连接酶

BRD4这个表观遗传靶点一直是药物研发领域的难点，主要原因还是归因于抑制/降解BRD4会导致诸多毒副作用，限制了针对这一靶点的药物开发。可以看到，近年来蛋白降解领域的发展初始都是利用了BRD4作为靶蛋白，但至今并没有一个BRD4 PROTAC进入临床阶段，可谓是“成也萧何败萧何”。上文提到的GNE-0011即便具有如此出色的抗肿瘤效果，最终还是因为毒性限制了其进一步开发。

Crews在去年的一篇综述中描述了未来TPD领域的四大发展方向，其中对于开发新的E3连接酶，突出了找到组织特异性，肿瘤富集性E3连接酶的重要性。当然这一点也是最难攻克的一个方向。

发展新E3的必要性

E3连接酶在不同组织中的表达量

Kymera Therapeutics在这一方向做了很多的工作，他们提出了“在特定组织中表达的E3连接酶能够将靶标蛋白的降解局限在特定组织中，从而降低潜在副作用，并且解锁一系列新的靶标。”并且他们已经发现了一些组织特异性的E3连接酶，不过开发小分子配体应该还有很长的一段路要走。“解锁一系列新的靶标”，指的应该就是类似于BRD4这样的对正常组织有潜在毒副作用的靶点吧。

不过珃诺在这一点上算是另辟蹊径了，他们的CHAMP蛋白降解剂平台没有利用E3连接酶，而是利用肿瘤富集性的热休克蛋白HSP90去降解BRD4，实现了肿瘤特异性、提高选择性、提高效率、克服耐药等诸多优势，并且已经进入临床阶段，应该是唯一的进入临床阶段的BRD4降解剂了吧。具体介绍参考之前的文章【研发前沿| 盘点近期KRAS PROTAC，顺便聊聊珃诺的CHAMP】。

珃诺的BRD4 CHAMP可能结构

最后，蹲一波Plexium的BRD4分子胶，希望他们的E3有肿瘤特异性。同时也希望Plexium能够带来更多新靶点的分子胶降解剂。

后话

距离开头提到的分子胶调研报告已经过去差不多一年的时间。鄙人当初阅读这份报告的时候发现，文中提到的那些分子胶概念公司均是在起步阶段，无实质成果。一年过去了，这些公司也陆续公布了自己的研究成果与相关专利。可喜可贺的是，这些公司确实是在努力去推进分子胶“从偶然发现到理性设计”这一进程（当然也有某些公司在滥竽充数就是了）。

鉴于那份报告也存在很多漏洞，对分子胶总结的并不完整，以及出于对分子胶新进展作总结的目的，所以我准备结合专利与公开资料，在今后的公众号以连载的形式理一理分子胶的新进展，希望对读者有所助益。本文是第一篇，不过今后更新时间不保证。其实严格意义上讲【研发随笔|DCAF15分子胶降解剂 —— 被遗忘的角落】这篇才是第一篇，TRIANA Biomedicines在DCAF15这个靶点上做了很多工作，但在专利层面上并没有看出什么突破性进展，也没有这方面的公开宣传，可以说是有点拉胯。