Nature：周昕團隊開發新型蛋白降解劑——TransTAC，高效降解膜蛋白，用於癌症靶向治療

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

膜蛋白（Membrane protein） 是衆多細胞功能的核心，開發出通用的調控膜蛋白的方法，對於基礎研究和疾病治療應用都具有重大意義。 調 控 膜蛋白的傳統方法通常依賴於基因操作，但並非所有細胞或組織都可以進行此類操作。 另一種方法是使用抑制劑通過藥理學途徑阻斷其受體活性，但只有一小部分膜蛋白已知具有足夠效力和特異性的拮抗劑。 此外，某些具有組成性活性的膜蛋白家族無法通過拮抗劑方法進行調節 。

近年來，利用異雙功能分子進行靶向降解已成爲調控膜蛋白水平和活性的新機制。 這些分子通常含有一種與目標蛋白（POI）結合的配體，以及另一種膜E3連接酶或內化效應物激動劑，以誘導溶酶體介導的蛋白質降解，例如PROTAC、LYTAC等。 雖然這些方法很有前景，但通常會受到一些限制，例如效應分子的組織特異性表達，以及在需要激動劑驅動內化作用時可能出現非預期激活內源性通路等問題 。 此外，效果有限 仍然是一個瓶頸 ，許多此類方法只能實現不到70%的蛋白質降解，這可能不足以產生所需的治療效應 。

2024年9月25日，Dana-Farber癌症研究中心/哈佛大學醫學院周昕團隊在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題爲：Transferrin receptor targeting chimeras for membrane protein degradation 的研究論文。

癌細胞需要大量的鐵來快速增殖，這導致其細胞表面轉鐵蛋白受體1（TfR1）的表達水平顯著上調，該受體通過與轉鐵蛋白結合來介導細胞對鐵的吸收。 研究團隊利用這一現象以及 T fR1快速內化的特點，開發了一種新型蛋白降解劑——轉鐵蛋白受體靶向嵌合體（TransTAC） ，其通過工程設計，讓目標蛋白和TfR1從細胞表面快速共內化，進而使目標蛋白進入溶酶體降解途徑，實現對各種膜蛋白的高效降解。

該研究開發的TransTAC代表了一個有前景的雙功能抗體新家族，可用於精確調控膜蛋白和腫瘤靶向治療。

周昕博士，現爲Dana-Farber癌症研究中心/哈佛大學醫學院助理教授，她的實驗室整合了化學生物學、合成生物學和蛋白質工程，以探索和改變細胞如何感知癌症和免疫細胞模型中的信號。設計了生物降解劑、狀態特異性蛋白結合劑和變構酶，以研究細胞對細胞外信號的反應，以及這些過程在疾病中如何發生改變。其研究涵蓋了四個密切相關的領域：工程結合、設計條件激活、重塑細胞對蛋白質的反應、構建變構蛋白開關。重點關注的通路和疾病模型包括：受體酪氨酸激酶信號通路與非小細胞肺癌耐藥機制；T細胞和CAR-T細胞中的免疫檢查點受體和受體近端信號機制；自身免疫和癌症中的G蛋白偶聯受體。

爲了開發一種適用於廣泛組織類型的高效膜蛋白降解新方法，研究團隊選擇了轉鐵蛋白受體1（Transferrin Receptor 1，TfR1） 作爲一種有潛力的細胞效應物。

TfR1參與細胞內鐵的攝取，其在大多數人類細胞中表達量較低 。而 快速分裂的細胞（例如癌細胞或活化的T細胞）由於對鐵的需求增加，TfR1表達水平會顯著上調 。此前的 研究已經將TfR1用於腫瘤成像、藥物遞送或直接作爲癌症治療靶點，並取得了令人鼓舞的成果。

除 了在增殖細胞中過表達外，TfR1的另一個顯著特徵是它會持續進行由網格蛋白介導的內吞作用，這意味着它不需要激動劑來誘導內 化。 此外，TfR1的內化速度非常快，可高達每秒500個分子，這表明通過TFR1的靶向內化可能是一種非常高效的方法。

在這項最新研究中，研究團隊利用了TfR1的這些特性，並運用蛋白質工程策略開發了一種新型蛋白降解劑——轉鐵蛋白受體靶向嵌合體（TransTAC）。 TransTAC是一種通過工程改造獲得的異雙 特異性抗體，它能通過細胞表面的TfR1高效地將目標蛋白內化，從而使它們進入內吞溶酶體途徑，進而實現靶向膜蛋白降解。

研究團隊進一步證明， TransTAC能夠高效降解各種類型的膜蛋白——單次跨膜蛋白、多次跨膜蛋白、天然膜蛋白或合成膜蛋白 ，包括表皮生長因子受體（EGFR）、PD-L1、CD20和嵌合抗原受體（CAR） 。在不 同的細胞系統中實現了超過80%的目標膜蛋白降解效率。TransTAC的一個引人關注的特徵是靶向內化的快速動力學，在嵌合抗原受體 （CAR） 的情況下，內化過程在幾分鐘的時間範圍內完成。

研究團隊進一步驗證， TransTAC能夠實現對人類原代CAR-T進行可逆控制，並在小鼠異種移植模型中實現了對攜表皮生長因子受體（EGFR）基因突變驅動的耐藥性肺癌的靶向降解治療，從而幫助解決此類癌症缺乏治療方案的緊迫挑戰。

總的來說，該研究開發的轉鐵蛋白受體靶向嵌合體（TransTAC）是一種具有巨大潛力的新型雙功能抗體，爲膜蛋白的精確調控和癌症靶向治療提供了一條新途徑 。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07947-3