肾脏纤维化防治新策略：靶向泛素化降解Smad3

Smad3 is known to be the most important signal protein during renal fibrosis process, mediating the fibrotic effects of a variety factors，such as TGF-β1 and Ang II. We designed a new protein-targeting chimeric molecule(Protac) which can specificly degradate Smad3 protein through ubiquitin proteasome pathway by first applying computer aids drug screening technic to targeting specific proteins for ubiquitination and degradation. We will further prove this protac can specificly degrade intracellular Smad3 through ubiquitin proteasome pathway,downregulate the target proteins of Smad3 by futher in vitro and in vivo experiments, thus it may have the anti-fibrosis and renal protective effects. Since Protac is a small molecule compound which has no heterogenous protein related issues, it has the potential to be a new anti-renal fibrosis drug and possesses outstanding scientific and social values.

Smad3是已知最重要的致纤维化信号蛋白，介导了TGF-β1和AngⅡ等多种因素致肾脏纤维化的作用。我们首次将计算机模拟筛选技术应用于靶向泛素化降解蛋白质技术，构建出能够靶向泛素化降解Smad3蛋白的靶向蛋白嵌合型分子化合物（protein-targeting chimeric molecule，Protac），并将通过体内外研究进一步证实该Protac可以通过泛素化途径特异地降解细胞内Smad3蛋白,抑制Smad3下游靶蛋白的表达，因此具有抗纤维化的肾保护作用。由于Protac是小分子化合物不存在异源蛋白相关问题，有转化为抗肾脏纤维化新药物的价值和潜能，因此具有重要的科学和社会价值。

Smad3是已知的肾脏纤维化过程中最重要的信号蛋白，介导了TGF-β及Ang-Ⅱ的致纤维化作用。靶向蛋白降解嵌合型小分子(Proteolysis targeting chimeric molecules, Protac) 是一种可以通过靶向泛素蛋白酶体途径（ubiquitin proteasome system，UPS）降解靶蛋白的小分子，其由3部分构成：E3泛素连接酶识别区、连接区以及靶蛋白识别区。目前应用E3（VHL）天然配体低氧诱导因子-1α(HIF-1α)的结构已经构建出成熟的E3识别区（一种羟化的五肽结构），因此Protac构建的重点在于寻找靶蛋白识别区。我们首先通过计算机模拟的方法寻找到与靶蛋白Smad3具有高度亲和力的一个小分子，并基于小分子与靶蛋白Smad3的模拟结合方式，成功构建出新的Protac。通过化学合成该Protac并通过二级质谱的方法验证合成的Protac与设计一致。 我们进一步通过体外研究证实该Protac能够通过泛素化途径降解靶蛋白Smad3, 并通过肾脏纤维化细胞模型证实该Protac能够进入肾脏成纤维细胞和系膜细胞内，浓度依赖地降解细胞内的Smad3，抑制纤维化相关Smad3下游靶蛋白的高表达。我们还通过经典的Caco2单层细胞模型进行了Protac的毒性及转运研究，结果显示 Protac在5倍有效浓度仍无细胞毒性，但跨膜通透性较低。由于Smad3不仅仅是肾脏纤维化的关键信号蛋白，还是多种其他器官和组织纤维化的关键信号蛋白，因此Protac有成为治疗各种纤维化疾病药物的潜能。更为重要的是我们的研究首次联合了计算机模拟筛选的方法构建出Protac, 其作为一种通用的方法，可以用于构建针对各种蛋白的Protac，可作为一种调节蛋白水平的研究工具，具有广阔的应用前景。