PROTACs技術實現從小鼠到恒河猴蛋白水平的快速降解

　　2月5日，中國科學院生物物理研究所姬廣聚課題組與清華大學藥學院饒燏課題組及北京大學張秀琴課題組合作在Cell discovery 期刊在線發表了題為A Chemical Approach for Global Protein Knockdown from Mice to Non-human Primates 的研究成果。該論文通過化學設計蛋白降解分子（PROTACs），快速、可逆敲低動物體內FKBP12蛋白，并首次成功實現恒河猴體內蛋白快速敲降。

　　動物的基因敲除是常見的研究手段之一，常見的敲除手段如TALEN，Cre-LoxP，CRISPR-Cas9等是從基因水平進行敲除，RNA干擾的方式則是從轉錄水平進行敲降。而這些方法通常在構建大動物基因敲除模型，尤其是非人靈長類模型中不但難度大、需要耗時長、基因敲除引起的功能喪失不可逆，而且還會因基因敲除模型中潛在的基因補償和/或自發突變導致功能誤讀。

　　PROTAC（Proteolysis-Targeting Chimera）技術通過招募E3泛素連接酶，利用自身的泛素-蛋白酶體系統實現對靶向特定蛋白降解。FKBP12（FK506 binding protein 12）是在哺乳動物中廣泛表達，在很多組織器官中發揮重要的生理功能或調節作用。例如，胚胎期心臟缺失FKBP12時會引起嚴重的發育性心室缺損，導致胚胎死亡。

　　該文作者首次利用PROTACs構建了小鼠、大鼠、豬和恒河猴FKBP12蛋白水平的全身敲低技術，并在小鼠及恒河猴對FKBP12蛋白功能進行了研究和驗證。其中小鼠及大鼠體內FKBP12蛋白僅用一天，恒河猴體內蛋白僅用三天即可高效率全身敲低（甚或敲除）。此外，該文首次驗證PROTACs可在口服給藥途徑中保持高效蛋白降解功能。腦室給予PROTACs時可實現對腦內FKBP12的條件性敲除。若停止給予PROTAC，則動物體內FKBP12蛋白可逐漸恢復，這有利于動物模型自身對照，對于蛋白功能研究更為準確。該文研究人員還將此方法應用于其他靶蛋白的全身敲低，如BTK蛋白，并獲得良好效果。因此，該PROTAC技術是當前基因敲除方法的有效補充，因其快速、可逆、可控實現體內蛋白全身敲低，具有應用前景。

　　哈佛大學醫學院教授魏文毅在Cell Research上評論該工作時指出，由于PROTAC技術可以克服傳統方法如CRISPR、RNAi和小分子抑制劑的不足，是引領新一代醫藥開發的新技術。目前FDA已經批準第一例口服PROTAC(ARV-110)進入臨床一期研究，但目前缺乏對PROTAC的系統研究及動物層面的臨床前研究，尤其是大動物上的評價。因此該工作實現了PROTAC技術從小鼠、豬到恒河猴的系統探索，填補了PROTAC技術臨床前研究的空白，為其應用于臨床治療人類疾病提供了指導，奠定了堅實基礎。同時，為體內蛋白功能研究提供了一種新穎、高效、快速、可逆且低成本的強有力工具。

　　饒燏、姬廣聚、張秀琴為該論文的共同通訊作者；清華大學博士后孫秀云、生物物理所博士生王珺以及清華大學博士生姚霞為該論文的共同第一作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重大新藥創制項目、國家科技攻關計劃、北京自然科學基金的大力支持。