【导读】蛋白水解靶向嵌合体（PROteolysis TArgeting Chimeras, PROTACs）被认为是下一个重磅疗法。然而，由于其固有的局限性，PROTACs的疗效经常受到组织穿透能力有限以及其作用部位的细胞内化不足的影响。
10月18日，北京大学研究团队在期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了研究论文，题为“Sequential responsive nano-PROTACs for precise intracellular delivery and enhanced degradation efficacy in colorectal cancer therapy”，本研究选择了对许多治疗甚至免疫检查点抑制剂都几乎没有反应的结直肠癌作为肿瘤模型。结果发现，PSRNs在循环中保持纳米结构（40 nm），并通过增强渗透和滞留效应在肿瘤中有效聚集。然后，在酸性肿瘤微环境中，它们被分解成unimer (<10 nm)，促进肿瘤穿透和细胞内化。最后，降解CDK4/6的PROTACs在组织蛋白酶b裂解后被释放到细胞内。重要的是，PSRNs在体外和体内均促进了靶蛋白的降解。CDK4/6的降解通过上调癌细胞中程序性细胞死亡配体1 （PD-L1）的表达和抑制肿瘤微环境中的调节性T细胞增殖，也增强了免疫检查点阻断剂的疗效。在CT26肿瘤模型中，联合应用α-PD-1可获得较好的抗肿瘤效果。总之，本研究验证了细胞内精确递送PROTACs的意义，并为结直肠癌的靶向联合治疗介绍了一种有前景的治疗策略。
背景信息
01
蛋白水解靶向嵌合体（PROteolysis TArgeting Chimeras, PROTACs）的出现彻底改变了癌症治疗领域，提供了一种选择性降解肿瘤相关蛋白的创新方法。PROTACs是一种利用细胞泛素-蛋白酶体系统降解蛋白质的分子，通常由三种成分组成，包括与感兴趣蛋白（POIs）结合的小分子、E3连接酶配体和连接子。目前正在临床或临床前研究中评估许多候选病毒，包括著名的ARV-110和ARV-471。与传统的小分子抑制剂（SMIs）相比，PROTACs具有显著的优势，例如催化性质、避免耐药以及能够靶向之前被归类为不可药的蛋白。根据开放访问数据库PROTAC-DB 2.0，迄今已报告了超过3,200个PROTACs，针对280个POIs。然而，由于其固有的局限性，如不理想的药代动力学特性和不充分的细胞内化，大多数药物在临床开发中受到了限制。因此，获得更有效的肿瘤递送和强大的抗肿瘤疗效仍然是PROTACs面临的重大挑战。
纳米技术已被用于解决PROTACs的递送问题。一个设计良好的用于肿瘤靶向递送PROTACs的纳米递送系统通常涉及三个阶段：2.从血液循环聚集到肿瘤部位；3.肿瘤深部浸润；内化到肿瘤细胞和细胞内释放到作用部位。此外，人们还在进一步提高PROTACs的循环稳定性和肿瘤穿透性，以及引入其他治疗模式进行联合治疗方面做出了许多努力。例如，研究人员开发了一种联合递送系统（POLY-PROTAC），该系统通过生物正交反应显著增强了PROTACs的肿瘤穿透。研究人员设计了SPNpro，将PROTACs与光热疗法相结合，有效抑制了肿瘤的发展。为了最大限度地在作用部位暴露PROTAC，似乎有必要设计一种合理的递送系统，以同时实现延长循环、穿透肿瘤、细胞内化和细胞内释放PROTAC。然而，目前还没有符合所有这些要求的报告。
PSRNs增强CT26肿瘤对ICBs的易感性
02
由于免疫抑制细胞（如Treg细胞）的增加和PD-L1的低丰度，大多数结直肠癌患者未能从包括ICBs在内的免疫治疗中获益。抑制CDK4/6可增强CT26肿瘤对ICBs的易感性。
PSRNs增强CT26肿瘤对ICBs的易感性
首先，研究人员评估了PSRNs对CT26肿瘤细胞PD-L1表达水平的影响。蛋白质免疫印迹分析和流式细胞术的结果显示，CDK4/6的降解增加了CT26细胞的PD-L1蛋白水平。肿瘤中Treg细胞的比例越高，患者的临床预后越差。然后，为了在体内研究CDK4/6 PROTAC治疗后Treg细胞的抑制情况，研究人员使用了CT26肿瘤小鼠模型。较小的颗粒更容易被T细胞摄取。与PNRNs相比，由于TME中的解聚作用，PSRNs更容易被Treg细胞摄取，而且PSRNs被Treg细胞摄取的比例比CD8+ T细胞高1.6倍。经过5次在肿瘤内注射CDK4/6靶向PROTAC后，研究人员发现，无论是在肿瘤还是脾脏中，Treg /CD8+ T细胞比例都显著降低，证明了对免疫抑制性TME的有效调节。结果进一步得到了血清中转化生长因子β（TGF-β）水平降低的支持。
所有这些数据都支持PSRNs可以增强CT26肿瘤对ICBs的易感性。所有这些都为将CDK4/6 PROTAC疗法与α-PD-1免疫疗法结合提供了分子依据。
基于PSRNs的PROTACs与免疫疗法的体内抗肿瘤效果
03
在体外展示PSRNs的蛋白质降解效率和细胞毒性后，研究人员进一步研究了pH/cathepsin序列响应递送策略对体内降解和抗肿瘤效果的影响。首先，在CT26肿瘤小鼠中研究了单次静脉注射后的蛋白质降解效率。研究显示，PSRNs分别比游离PROTAC的CDK4/6降解效果高2.6倍和3.0倍。类似的结果也得到了CLSM图像的支持。值得注意的是，PSRNs在体内具有延长的CDK4/6降解效率。
然后，研究人员评估了PSRNs在BALB/c小鼠体内CT26肿瘤异种移植物中的抗肿瘤效果。与自由PROTAC组相比，利用pH/cathepsin B响应递送系统显著提高了PROTAC的抗肿瘤效果。蛋白质免疫印迹分析显示肿瘤中CDK4/6表达显著降低。苏木精-伊红（H&E）染色显示PSRNs治疗后肿瘤坏死增加，表明抗肿瘤效果改善。研究人员将PSRNs与ICBs结合起来，联合治疗进一步提高了抗肿瘤效果，将中位生存时间（MST）从22天延长至26天。治疗后的流式细胞术分析显示，联合治疗组的Treg/CD8+比值降低，GranB+ CD8+ T细胞群体增加，这表明免疫抑制性TME得到缓解，肿瘤浸润淋巴细胞数量增加。此外，血清和肿瘤匀浆中TGF-β水平降低，IFN-γ水平升高进一步支持了这一结论。
总之，PSRNs不仅可以增强PROTAC在肿瘤中的渗透和吸收，从而增强抗肿瘤效果，还可以与免疫疗法相结合，进一步拓宽PROTAC的治疗途径，提高其抗肿瘤效果。
【参考资料】
【关于投稿】