多功能型PROTAC用于“化学敲除”ALK的抗非小细胞肺癌研究

ALK (anaplastic lymphoma kinase) is a receptor tyrosine kinase, whose abnormal activation can lead to the growth of multiple tumors including NSCLC. PROTAC is a novel "chemical knockout" method, which is a heterobifunctional compound with two recruiting ligands connected via a linker. One ligand is specific to the protein of interest (POI) while the other moiety specifically recruits an E3 ligase. By hijacking the E3 ligase, PROTACS position the POI in a spatially favorable presentation to facilitate substrate poly-ubiquitination, thereby selectively knocking down levels of the targeted protein. PROTACS act catalytically by facilitating multiple rounds of POI degradation. Compared with small-molecule inhibitors, PROTACs have the advantages of less dosage, longer potency and lower toxicity. In this study, LDK378 was used as the inhibitor warhead of ALK for the first time, then, different E3 ligase ligands were used. Then, the length and chemical composition of the intermediate chain were optimized to obtain an efficient PROTAC molecule capable of degrading ALK protein. At last, folic acid, FITC or PEI were covalently bound to PROTAC's linker with disulfide bonds to form novel Y-type PROTAC molecules to achieve the tumor tissue targeting, fluorescent labeling and the degradation of the target protein at the gene and protein levels after the ALK-siRNA co-expression with PROTAC molecules, respectively.

间变性淋巴瘤激酶是一种受体酪氨酸激酶，其基因异常活化可导致包括非小细胞肺癌等多种肿瘤的生长。PROTAC是一种新颖的“化学敲除”方法，它使用既可以结合靶蛋白又同时结合E3泛素化连接酶的双功能小分子，将靶蛋白拉到泛素化E3复合物附近，并诱导其泛素化降解，降解完成后又释放出PROTAC分子用以催化下轮靶蛋白的降解，因此，相对于小分子抑制剂而言，其用药量更少，维持药效时间更长，毒性更低。本课题首次以LDK378作为ALK的靶头，选用不同的E3连接酶配体，优化中间链的长度和化学组成，得到一种高效的能定向降解ALK蛋白的PROTAC分子。然后用二硫键分别将叶酸、FITC或PEI共价结合到PROTAC的Linker上，形成新颖的Y型PROTAC分子，以分别实现PROTAC分子的肿瘤组织靶向性、荧光标记及siRNA共载后在基因及蛋白水平对ALK靶蛋白的双重降解。

间变性淋巴瘤激酶（ALK）是一种受体酪氨酸激酶，其基因的异常活化可导致包括非小细胞肺癌在内的多种肿瘤的发生。而应用蛋白靶向降解嵌合体（PROTAC）技术可以将肿瘤细胞内异常活跃的ALK蛋白进行“化学敲除”，从而阻止肿瘤的生长，起到治疗肿瘤的作用。（一）：本项目首次以LDK378为ALK靶头，选用不同的E3连接酶配体，设计并合成了三类结构全新的PROTAC分子，并通过活性筛选得到了活性最优的PROTAC分子B3，其能有效抑制非小细胞肺癌细胞系H3122细胞的生长，IC50值达到了0.3μM，并且能有效降低细胞内ALK蛋白质的水平，相关研究成果以发表在国际知名药物化学杂志EJMC上。（二）可逆共价PROTAC分子相比于非共价PROTAC分子不但能够高效抑制靶蛋白活性，并且能够更快的发挥对靶蛋白的降解作用而备受研究者的关注。通过对小分子配体和ALK蛋白共晶结构的研究，设计并合成了一类能够和ALK蛋白共价结合的小分子抑制剂ConB-1，并且完成了全部体内外药效学评价，相关研究成果已发表在国际知名药物化学杂志JMC上。（三）以B3分子为基础探究了将Linker部分作为PROTAC多功能化位点的可能性，通过进一步的结构改造设计并合成了以胱胺为多功能Linker主体的多功能PROTAC分子。1.以亲水性材料PEG修饰支链，得到了全新的PROTAC型自组装纳米材料，其能够在水中自组装成直径约为200nm的胶束颗粒，并能在胞内裂解释放出靶向ALK的PROTAC分子，克服了传统PROTAC分子水溶性不足，生物利用度低的缺点。2.以CDK4/6抑制剂帕博西尼修饰支链，得到了能够同时降解ALK和CDK4的双功能PROTAC分子，其在5μM浓度下能够显著降解细胞内的ALK及CDK4蛋白，而对CDK6蛋白无明显降解活性，实现了对CDK4/6降解的选择性。