Science | 解锁分子胶的潜力：发现更多可降解蛋白

分子胶降解剂（MGDs）是一种新兴的药物形式，用于靶向传统小分子药物难以作用的蛋白质，如在癌症中具有重要作用的转录因子。MGDs 通过重新编程 E3 泛素连接酶，使其识别“新底物”（neosubstrates），进而实现目标蛋白的选择性降解。

MGDs 能够催化靶蛋白的降解，其机制在于将连接酶的底物识别位点从内源性底物重新定向到由 MGD 诱导的新底物上，从而被标记为泛素化并最终经由蛋白酶体降解。尽管此类方法已取得显著进展，但 MGD 的发现仍主要依赖经验性筛选，重点集中在那些含有 β-发夹（β-hairpin）G-loop 基序的蛋白上，因为这一结构能够被 MGD 修饰的 CRBN 蛋白结合。

研究人员在本研究中识别并验证了多种非典型的降解基序，为 MGD 靶点的发现提供了新策略。其中一些靶标具有治疗潜力，研究结果为更具理性和针对性的 MGD 开发奠定基础。

MGDs 通常源自沙利度胺，并结合于 CRBN 的 C 端结合位点（CULT结构域）。该结构域与 N 端的 LON 结构域协同作用，共同介导对底物和新底物的识别。天然降解基序和 MGDs 均含有一个环状酰亚胺环，该基团位于 CRBN 的芳香氨基酸口袋中。在天然底物中，该酰亚胺基团位于蛋白 C 末端，前导氨基酸形成 α 螺旋，并通过主链与 CRBN 上的关键氨基酸（Asn351、His357、Trp400）形成氢键。

在经典的新底物识别中，MGD 通过结合口袋伸出，并与新底物上的 β-发夹 G-loop 基序共同模拟天然底物的结合模式。这一 β-发夹结构由一个保守的甘氨酸位点定义，能够复制与上述三个关键残基的氢键模式。MGDs 需根据不同新底物的 G-loop 特征进行化学修饰以提高特异性。但该策略的局限在于依赖于 β-发夹结构的存在，并难以区分多个具有相似基序的潜在靶点。

为拓展 CRBN 可识别的新底物空间，研究人员采用了计算预测与实验验证结合的三阶段策略：

第一阶段，他们在蛋白结构数据库中搜索与已知新底物相似的 β-发夹 G-loop 结构，初步筛选出超过 1400 个候选蛋白。实验验证显示，许多蛋白可被 MGD 招募至 CRBN，并可被降解。除了已知的 C2H2 锌指转录因子外，研究人员还发现此前未被识别的如 NEK7（一种参与自身炎症疾病的蛋白激酶）也可被靶向。晶体结构揭示 NEK7 的 G-loop 与已知新底物 CK1α 类似，但会诱导 CRBN 呈现部分开放状态，这一发现挑战了传统观点，即 CRBN 的 LON 与 CULT 结构域需闭合以实现底物结合和泛素化。

第二阶段，为发现更简化版本的 G-loop，研究人员将筛选条件缩减至仅包含 G-loop 尖端区域，并再次筛查蛋白结构数据库，鉴定出约 200 个 C 末端 α 螺旋中嵌有 G-loop 基序的蛋白。例如，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 mTOR 中的 FRB 结构域也被验证为新底物，晶体结构显示该螺旋型 G-loop 可再现 β-发夹的结合几何形态，并与关键氨基酸形成氢键网络。

第三阶段，研究人员完全跳出传统 G-loop 结构的范畴，采用基于表面匹配的算法寻找与经典 G-loop 拓扑和静电特性相似的“表位”结构。研究人员在一组缺乏 G-loop 的候选治疗靶点中识别出 VAV1（一种鸟苷酸交换因子）的 SH3 结构域中的一个潜在结合位点，并通过实验验证该表位可诱导 MGD-CRBN 结合与靶蛋白降解。晶体结构进一步揭示该表位可通过氢键与 CRBN 的三个关键残基结合，其中两处氢键由侧链形成，这是一种全新形式的降解基序模拟方式，完全依赖于表面互补性。

这项研究显著拓宽了人们对 CRBN 招募新底物能力的理解。研究人员发现 CRBN 能容纳比过去所认为更广泛的结构模式，显示出新底物与天然底物的结合在结构上具有更大的变通性。此外，研究结果表明，仅靠表面互补性（而非保守序列或结构）即可实现底物识别，这为开发具备表位特异性的 MGD 提供了新思路，从而有望解决靶向具有共同基序的蛋白之间选择性不足的问题。

此外，与 G-loop 相关的新底物识别还可能涉及 CRBN 的多个表面区域，包括 LON 与 CULT 结构域，这种多点协同结合模式进一步拓展了 MGDs 的设计空间。研究人员还发现，底物结合并不一定需要 CRBN 完全闭合状态，如 NEK7 所示，这提示 MGDs 可借助 CRBN 结构域之间的柔性实现协同稳定的新型结合方式。

未来，这些概念性的突破是否能在 MGD 的理性设计和新靶点探索中实现转化，令人拭目以待。

Marcus D. Hartmann ,Expanding the reach of molecular glue degraders.Science389,32-33(2025).DOI:10.1126/science.ady4446