PROTAC透膜CD36蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞機制助力藥物研究

瀏覽次數(shù)：169　發(fā)布日期：2025-7-3　來源：MedChemExpress

近期，Zhengyu Wang 等人在 Cell 發(fā)表標(biāo)題為：CD36-mediated endocytosis of proteolysis-targeting chimeras 的研究。該團隊揭示了 CD36 是介導(dǎo) PROTAC 及 bRO5 化合物透膜的關(guān)鍵蛋白，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化增加PROTAC 分子與 CD36 的親和力，可以明顯提高 PROTAC 透膜性，顯著增強 PROTAC 的抗腫瘤功效。

Section.01
研究背景:
PROTACs 的潛力與困境

近年來，蛋白降解靶向嵌合體 (PROTACs, Proteolysis-Targeting Chimeras) 技術(shù)在靶向“不可成藥蛋白”領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。這類分子通過同時結(jié)合靶蛋白和 E3 泛素連接酶，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)降解，從而實現(xiàn)對疾病關(guān)鍵蛋白的精準(zhǔn)清除。然而，PROTACs 普遍結(jié)構(gòu)龐大、極性強，分子量通常超過 800 Da，遠超“Lipinski 五原則”(即 Ro5) 對于藥物口服吸收的限制。

過去的研究多認為這類分子“吸收差”、“難透膜”，其細胞攝取機制尚不明確。正因如此，開發(fā)高效、可吸收的 PROTAC 類藥物成為當(dāng)前藥物化學(xué)研究的重大挑戰(zhàn)。

Section.02
重磅發(fā)現(xiàn):
CD36 是介導(dǎo)大分子藥物透膜
的關(guān)鍵蛋白

由美國德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心、杜克大學(xué)、阿肯色大學(xué)等機構(gòu)合作完成的一項研究表明，CD36 (cluster of differentiation 36) 是細胞攝取 PROTACs 和其他 Ro5 規(guī)則外屬性 (eRo5/bRo5) 分子的關(guān)鍵膜受體。研究團隊利用生物素探針法、基因敲除/敲入技術(shù)、UPLC-MS 代謝組學(xué)及分子模擬等手段，發(fā)現(xiàn)：

CD36 能結(jié)合多種 PROTAC 分子 (如 SIM1-Me、MZ1、ARV-110) 和大分子 (如雷帕霉素、navitoclax、birinapant、tubacin 和阿霉素) 的攝取，并促進其療效。
CD36 缺失會大幅降低這些藥物的細胞攝取效率及靶蛋白降解能力；CD36 表達恢復(fù)可顯著提升 PROTAC 的療效。
CD36 介導(dǎo)的攝取依賴于經(jīng)典的內(nèi)吞通路 (Rab5/EEA1 早期內(nèi)體途徑) 。
通過結(jié)構(gòu)修飾提高 PROTAC 分子與 CD36 的結(jié)合活性，可以明顯提高 PROTAC 活性。

圖 1. CD36 介導(dǎo) PROTAC 及優(yōu)化后 PROTAC 透膜原理^[1]。

Section.03
研究亮點:
從機制到應(yīng)用的系統(tǒng)性突破

發(fā)現(xiàn) CD36 可識別并內(nèi)吞多種"大分子藥物"

通過生物素標(biāo)記的 PROTAC 探針，結(jié)合細胞膜蛋白質(zhì)組篩選，研究者發(fā)現(xiàn) CD36 是多個 PROTAC (如 CRBN-based PROTAC, VHL-based PROTAC) 和其他非傳統(tǒng)小分子藥物 (如 rapamycin、doxorubicin 等) 的結(jié)合對象。表明 CD36 不僅限于脂肪酸運輸，其廣譜的配體識別能力使其成為“藥物轉(zhuǎn)運”的潛在靶點。

圖 2. PROTAC 分子與 CD36 結(jié)合^[1]。
(A) 三價生物素探針 BRD-VHL-biotin 的結(jié)構(gòu)；(B) BRD-VHL-biotin 與膜蛋白結(jié)合檢測流程：(C) PROTACs SIM1 與 SIM1-Me 結(jié)構(gòu)；(D) 密度分析 (左) 和代表性免疫印跡分析 (右) 顯示 CD36 在 LNCaP 細胞的膜和細胞質(zhì)組分中的相對表達；(E) 生物素 Pull-down 實驗顯示 SIM1-Me 與 BRD-VHL-biotin 在指定條件下與 LNCaP 細胞膜組分中的 CD36 結(jié)合具有競爭性；(F) 表面等離子共振分析 SIM1-Me 與 CD36 結(jié)合情況。

CD36 敲除顯著減少 PROTAC 及其他 bRO5 分子的攝入量

通過 shRNAs 降低 LNCaP PCa 細胞中 CD36 表達，構(gòu)建 shCD36-LNCaP 細胞系，用 10 nM SIM1-Me 或 50 nM ARV-110 對 shCD36-LNCaP 細胞系進行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照相比，SIM1-Me 和 ARV-110 細胞攝入量分別下降了 5.6 倍和 19.6 倍。靶蛋白降解效率也大幅度降低。對 shCD36-LNCaP 細胞毒性也分別下降了 15.8 倍和 423.3 倍。當(dāng) CD36 表達恢復(fù)后，細胞毒性也隨之恢復(fù)。并且，EEA1 的缺失有效地降低了 SIM1-Me 或 ARV-110 的細胞毒性。

這些結(jié)果證明：CD36 賴于經(jīng)典的內(nèi)吞通路 (Rab5/EEA1 內(nèi)吞途徑) 實現(xiàn)對大分子藥物攝取。

圖 3. PROTACs 依賴于 cd36 介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來獲得細胞攝取、活性和生物學(xué)特性^[1]。
(A-B) 免疫印跡實驗表明，在指定條件下，shCD36 分別逆轉(zhuǎn)了 SIM1-Me (A) 和 ARV-110 (B) 對 LNCaP 細胞中 BRD4 和 AR 的降解。(C-D) 免疫印跡分析顯示，在 shCD36-LNCaP 細胞中，帶有 HA 標(biāo)簽的 CD36 蛋白表達量增加，分別恢復(fù)了 LNCaP 細胞在指定條件下經(jīng) SIM1-Me (C) 和 ARV-110 (D) 處理時 BRD4 和 AR 的降解。(E-H) 通過 MTT 測定法對不同濃度的 SIM1-Me (E)、ARV-110 (F)、MZ1 (G) 或紫杉醇 (H) 處理后，shEEA1+Vec-、shLuc+Vec-、shCD36+Vec-、shCD36+CD36-LNCaP 細胞的存活能力進行了評估。

此外，shCD36 顯著降低 bRO5 分子的攝入和毒性，如下圖所示：

圖 4. ShCD36 逆轉(zhuǎn)表性 bRo5 藥物在 HCC1806 TNBC 細胞和 22Rv1 PCa 細胞中的細胞毒性 ^[1]。

增加 PROTAC 或 bRO5 分子對 CD36 的親和力，顯著提高藥效

為提高 PROTAC 藥物對 CD36 的親和力，研究者通過可裂解 linker 在 MZ1 PROTAC 結(jié)構(gòu)上引入可水解的極性基團 (通過添加帶負電荷的羧酸 (-COO⁻) 的鈉鹽形式、帶正電荷的伯胺 (-NH₃⁺) 的三氟乙酸鹽形式以及疏水性的中性 (叔丁氧羰基) 氨基 (-N-Boc) 部分)，開發(fā)出一系列“前藥型”PROTAC。這些優(yōu)化后的 PROTAC 分子增強了與 CD36 的親和力，其中優(yōu)化后分子 MZ1-C14-Na 與 MZ1-C12-NB 相比 MZ1 的細胞內(nèi)積累量分別提高 22.3 倍和 7.7 倍。相比 MZ1 分子，表現(xiàn)出更強的抗腫瘤活性。在 HCC1806 和 22Rv1 細胞中，超過 60% 的 MZ1-C14-Na 與 MZ1-C12-NB 在 1 小時內(nèi)轉(zhuǎn)化為 MZ1。

這表明，通過優(yōu)化 PROTAC 或大分子結(jié)構(gòu)，增強對 CD36 的親和力，可以提高藥物透膜性。

圖 5. 通過可切割鍵對 CD36 進行結(jié)構(gòu)修飾，可以提高 PROTAC 的滲透性和活性^[1]。
(A) 基于 vhl 的 BRD4 PROTAC MZ1 及其優(yōu)化 MZ1 類似物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和 CD36 結(jié)合親和力；(B-D) 免疫印記顯示經(jīng)空白、(+)-JQ1、 PROTAC MZ1 , 優(yōu)化后的 MZ1 類似物 MZ1-Cs-Na , MZ1-Cs-NH, 或 MZ1-Cs-NB 處理后，BRD4 在 HCC1806 或 22Rv1 中的表達量；(E) MZ1 及 MZ1-C14-Na 處理小鼠后，腫瘤體積變化；(F) MZ1 及麻醉-C12-NB 處理小鼠后，腫瘤體積變化。

Section.04
研究意義

1. 藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn) CD36 是促進 PROTACs、二價抑制劑及分子量較大藥物攝取的主要受體，范圍從 543 到 2145 Da。因此，在藥物發(fā)現(xiàn)中，通過相應(yīng)受體 (如 CD36) 的細胞攝取應(yīng)包括在化學(xué)內(nèi)吞劑的檢測流程中。

2. 藥物開發(fā)中的應(yīng)用

本研究發(fā)現(xiàn) CD36 是 PROTAC 及其他大分子進入細胞的通用“載體”，這意味著可以借助結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高 PROTAC 或其他大分子對 CD36 的親和力，進而提高此類化合物的細胞利用度。不過該理論還需進一步研究。

3. 對精準(zhǔn)醫(yī)療和臨床實踐的應(yīng)用

CD36 蛋白的突變或缺失可能會影響 PROTAC 藥物活性或耐藥性，此外，一些臨床階段的 PROTACs 或可以通過提高介導(dǎo)受體 (如 CD36) 的親和力，提升其療效。

Section.05
小結(jié)

這項發(fā)表在 Cell 的突破性研究，首次將 CD36 定位為 bRo5 類藥物的關(guān)鍵內(nèi)吞受體，并提出了可推廣的“CD36 介導(dǎo)的化學(xué)內(nèi)吞”策略，極大拓展了大分子藥物研發(fā)的理論基礎(chǔ)與實踐路徑。隨著越來越多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的新藥涌現(xiàn)，這項研究提供了一把打開“細胞門”的鑰匙，也為精準(zhǔn)醫(yī)療、抗癌藥物和 PROTAC 藥物開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

但本研究對 CD36 介導(dǎo)的藥物內(nèi)吞機制僅限于前列腺癌和乳腺癌細胞系，其他細胞類型的 PROTACs 細胞攝取是否普遍需要 CD36 需要進一步研究。

產(chǎn)品推薦

850+ PROTACs

MCE 可以提供850多種文獻報道的PROTAC 分子，靶向多種不同蛋白，可以用于機制研究或功能驗證。

350+ Ligands for E3 Ligase

MCE 可以提供350多種E3泛素酶配體，主要包括CRBN ，VHL ,MDM2 和IAP E3泛素鏈接酶配體�？梢杂糜赑ROTAC合成。

3,000+ PROTAC linkers

目前MCE可以提供3000多種不同類型PROTAC linker, 涵蓋不同的結(jié)構(gòu)類型，包括PEG linker ，烷烴類linker ,點擊化學(xué)修飾linker等，可以用于PROTAC 合成。

280+ Ligands for Target Protein for PROTAC

MCE 收錄了280多種靶蛋白配體，涉及多種不同蛋白，可以用于PROTAC 設(shè)計合成。

一站式 PROTAC 定制合成服務(wù)

MCE 能夠提供 PROTAC 相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、合成、分析、純化、優(yōu)化、檢測和評估等一站式服務(wù)。