分子胶代表了一类新型小分子，它们利用细胞自身的降解机制来清除有害或"难以靶向"的蛋白质。本文探讨了它们的结构基础、发现方法以及在肿瘤学及其他领域的临床前景。
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引言
分子胶是一类小型单价值分子，它们重塑E3泛素连接酶(E3)表面，促进其与靶标蛋白形成新的蛋白质-蛋白质相互作用，从而触发泛素化并由泛素-蛋白酶体系统(UPS)清除。相比之下，蛋白降解靶向嵌合体(PROTACs)是双功能分子，通过连接子将E3配体与靶蛋白配体连接起来，形成三元复合物。
分子胶通常体积更小（往往更符合药物特性），且无需连接子即可增强邻近效应，而PROTACs则提供了模块化设计优势。分子胶以催化方式发挥作用，即使靶标蛋白缺乏活性位点或结合口袋也能发挥作用，从而扩大了"难以靶向"蛋白的范围。这两种策略都能催化性地敲低蛋白质，将药物发现扩展到缺乏传统结合口袋的"难以靶向"蛋白质组。
本文阐述了分子胶如何招募E3连接酶来降解难以靶向的蛋白质，并将其与PROTACs进行了对比。文章概述了其作用机制，包括人工智能(AI)驱动的设计、在癌症和其他疾病中的临床应用，以及在选择性、耐药性和安全性方面面临的挑战。
作用机制
分子胶是小型分子，它们利用E3泛素连接酶将靶蛋白带入三元复合物中，使赖氨酸定位以便进行泛素转移和蛋白酶体清除。与双功能PROTACs不同，分子胶是单价结合剂，它们重塑E3表面以稳定新的蛋白质-蛋白质相互作用。在cereblon(CRBN)系统中，类似沙利度胺的谷氨酰亚胺支架锚定在CRBN的沙利度胺结合域的疏水性三色氨酸口袋中，谷氨酰亚胺的羰基和酰胺形成关键的氢键。酞酰亚胺环上的取代基决定了招募哪些新底物。
来那度胺就是这种选择性的典型例子：通过与CRBN结合，它促进Ikaros家族锌指蛋白1(IKZF1)/Ikaros家族锌指蛋白3(IKZF3)的招募，以及在特定情况下，促进酪蛋白激酶1α(CK1α)的招募。这种配体依赖性重编程将CRBN定义为CRL4CRBN复合物中的药物靶标和底物受体。
CK1α识别取决于一个β-发夹降解决定子(残基35-41)，其中甘氨酸40(G40)对CRBN-来那度胺界面至关重要，这解释了为什么密切相关的类似物在底物谱上存在差异。结构研究表明，β-发夹形成一个反复出现的"G-基序"降解决定子，这是CRBN跨多种分子胶的底物选择性的基础。Celgene化合物-885(CC-885)展示了如何通过添加扩展的类似酞酰亚胺的基团来改变新底物偏好：添加的延伸部分从CRBN口袋突出，与G1到S期转换1(GSPT1)中的β-发夹接触，也称为真核释放因子3a(eRF3a)，使其能够被泛素化和降解，而经典免疫调节药物(IMiDs)则不具备这种活性。
总体而言，基于谷氨酰亚胺的CRBN分子胶通过稳定与Cullin-RING连接酶4-cereblon(CRL4CRBN)的协同三元复合物，催化性地触发靶标敲低，导致与疾病相关的蛋白质发生多泛素化和蛋白酶体清除。
生命科学创新
高分辨率结构和计算工具现在可以绘制E3泛素连接酶、分子胶和靶标之间的三元几何结构，揭示介导选择性的基于降解决定子的热点。冷冻电子显微镜(cryo-EM)、X射线晶体学和AlphaFold Multimer揭示了E3-靶标界面如何通过短β-发夹基序稳定，而机器学习模型则预测新的降解决定子序列和连接酶-底物相容性。AlphaFold Multimer预测E3连接酶和底物之间的界面，有助于确定用于稳定的"夹心"界面口袋。
同时，基于物理的对接、分子动力学和自由能计算优化了构象并指导构效关系研究。在CRBN系统中，结构分析揭示了β-发夹G-基序降解决定子是一个反复出现的特征，它指导分子胶的利用以重编程底物偏好，阐明了结合基序如何驱动泛素化。这些方法共同将瞬时蛋白质-蛋白质相互作用转化为可设计的位点，用于合理的分子胶发现。
专用测定和生物物理学现在可以降低命中率并量化协同性。Nanoluciferase和NanoLuc二元技术(NanoBiT)丰度测定实现了高通量筛选，同时注意到了可能混淆读数的High-BiT(HiBiT)赖氨酸标记伪影。核磁共振(NMR)光谱学识别隐秘口袋并报告动态变化，而等温滴定量热法(ITC)和动力学(结合/解离)则提供了对高效三元组装的洞察。
基于片段和基于结构的设计将类分子胶化学类型扩展到经典支架之外，并为进一步优化提供以种子为重点的文库。协同性(α > 1)已成为有效三元稳定的定量标志，在CRBN和VHL系统中与降解效力强烈相关。这些测定和读出创新，叠加在预测模型上，提供了一个从虚拟分类到实验验证的闭环，加速了选择性、类药物分子胶的开发。
治疗前沿
临床上验证的基于CRBN的分子胶将CRL4重新定向以降解转录因子Ikaros(IKZF1)和Aiolos(IKZF3)，在多发性骨髓瘤中产生持久反应。下一代cereblon E3连接酶调节剂(CELMoDs)加深并加速IKZF1/3的丢失，同时增强抗肿瘤免疫。然而，患者来源的CRBN和IKZF1/3突变会破坏来那度胺结合，从而导致耐药性，这强调了需要能够保持新底物结合的配体类似物，即使存在CRBN变异。
研究项目正在推进到历史上"难以靶向"的靶标：信号转导和转录激活因子3(STAT3)降解剂表明，邻近诱导的去除可以沉默实体瘤和血液系统癌症中的中心致癌节点，发现工作正在探索用于选择性STAT3结合的类分子胶化学类型。并行工作旨在使MYC原癌基因、基本螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链(MYC)转录因子失效，早期报告描述了能够破坏MYC依赖性转录程序并促进MYC驱动肿瘤中降解的化合物。
使用分子胶支架的靶向蛋白质降解(TPD)正在神经退行性疾病中被探索，以清除固有无序、易聚集的蛋白质，如tau和α-突触核蛋白，重点是中枢神经系统(CNS)穿透和与大脑相关的E3连接酶。在免疫学中，CRBN定向分子胶重新编程淋巴细胞转录和细胞因子网络，表明可以精确调节自身免疫和炎症，而不会产生广泛的免疫抑制。
新兴的分子胶也在为激酶(如NEK7)和RNA结合蛋白(如RBM39、RBM23)开发，将降解范围扩展到转录因子之外。这些进展共同将分子胶定位为紧凑、类药物的试剂，用于在肿瘤学中降解转录因子(IKZF1/3目前；STAT3和MYC正在出现)，并作为神经退行性疾病和免疫调节中疾病修饰的多功能工具。
挑战与未来方向
脱靶降解和狭窄选择性仍然是中心风险，因为非选择性靶标配体可以招募多个同源物。两种工程杠杆有助于：
- 选择E3以创建连接酶驱动的选择性（例如，环指蛋白114(RNF114)与CRBN或von Hippel-Lindau(VHL)相比，当使用相同的激酶招募剂时，可以偏向降解断裂点簇区域-Abelson融合(BCR-ABL)与细胞Abelson酪氨酸激酶(c-ABL)）。
- 三元复合物设计，以利用协同几何结构，使只有预期的旁系同源物形成生产性复合物。已经从相对广谱的成纤维细胞生长因子受体1/2(FGFR1/2)和STAT3/5配体构建了选择性降解剂，利用了这些原理。
协同三元组装和特定组织中E3表达偏差现在被视为关键选择性决定因素。
耐药性可能通过靶标再表达、E3丢失或下调以及突变而出现。降解剂可能对抑制剂耐药突变体保持活性，因为事件驱动的降解比基于占位的抑制剂更能容忍亲和力损失。尽管如此，临床生物利用度和中枢神经系统穿透，特别是对于大型双功能分子，仍然是障碍。分子胶由于其较小的尺寸和口服生物利用度，部分克服了这些药代动力学挑战，但需要仔细分析以避免共价或脱靶E3参与。
发现管道正在转向合理和计算工作流程。人工智能、基于结构的设计、晶体学、计算机对接以及表型和生化筛选正在被整合，以挖掘降解决定子基序、建模分子胶稳定的界面，并虚拟分类连接酶-靶标对，减少脱靶风险并提高协同性。深度学习用于降解决定子预测和E3连接酶多样性(包括CRBN、DCAF15、RNF114、VHL、KEAP1)的虚拟筛选，标志着分子胶设计的下一阶段。
未来重点包括扩展E3工具包、选择组织偏向的连接酶，以及改善口服和大脑穿透性药代动力学。Monte Rosa和C4 Therapeutics的行业平台展示了这种以计算为先的临床转化轨迹。
结论
分子胶作为下一代小分子出现，它们重新定向内源性质量控制途径以实现精准治疗。通过重塑E3界面以招募疾病驱动因子，它们通过UPS催化泛素化和清除，实现超越占位限制的催化敲低。与PROTACs相比，分子胶结构紧凑、口服生物利用度高，并能够结合缺乏深口袋的蛋白质。
结构生物学、冷冻电镜和AI驱动的配体设计的进步正在迅速扩大其治疗范围并提高选择性。结构生物学和AI的进步正在增强选择性并减少脱靶风险。该领域现在将其重点转向偏向连接酶、大脑穿透和耐药性管理，以在癌症、神经学和免疫学中提供持久的降解。
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