综述：工程化聚合物纳米PROTAC用于靶向蛋白降解及癌症治疗

《Polymer Science & Technology》：Engineering Polymeric Nano-PROTAC for Targeted Protein Degradation and Cancer Therapy

　　

靶向蛋白降解（TPD）已革新癌症治疗格局，其通过将目标蛋白（POI）招募至细胞内降解机器，避免细胞功能异常。蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）可劫持蛋白清除系统，借助泛素E3连接酶降解疾病相关蛋白。目前大量PROTAC已进入癌症治疗研究阶段，部分处于临床试验中，即将迎来美国食品药品监督管理局（FDA）批准。然而，低生物利用度、递送效率不足、非特异性生物分布及全身毒性等问题限制了其临床潜力。纳米PROTAC可实现难治性蛋白的精准靶向。本综述深入解析纳米PROTAC的细胞作用机制，尤其聚焦于靶向溴结构域包含蛋白4（BRD4）、程序性死亡配体1（PD-L1）、程序性死亡蛋白1（PD-1）及吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）的研究。文中探讨了如何在聚合物纳米颗粒中引入刺激响应连接臂以实现PROTAC的可控释放，并概述了聚合物与肽基纳米PROTAC降解技术如何与光免疫治疗、放射治疗及化学治疗联用，以拓展癌症治疗的覆盖范围。同时讨论了当前策略的机遇与挑战，旨在规避临床转化中的主要局限，指出纳米PROTAC与潜在治愈性治疗手段的整合有望提升PROTAC的临床应用效能。

引言

蛋白质是执行生物体关键进程的重要大分子，其质量控制主要依赖泛素-蛋白酶体系统（UPS）。UPS通过泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）与泛素连接酶（E3）的级联反应，将泛素链共价修饰于底物蛋白，当聚泛素链长度≥4时，可被26S蛋白酶体识别并降解。靶向蛋白降解（TPD）利用该内源性机制，催化性清除致病蛋白，相较于传统抑制策略更具优势。蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）是TPD的核心工具，其为异源双功能小分子，由E3连接酶配体、POI配体及连接臂构成，可通过拉近E3连接酶与POI的空间距离，诱导POI泛素化并经由UPS降解。目前已开发的PROTAC主要利用 cereblon（CRBN）、von Hippel-Lindau蛋白（VHL）等少数E3连接酶，相较于传统小分子抑制剂，PROTAC可靶向“不可成药”蛋白、降低突变耐药风险，且无需复杂的基因递送系统，在肿瘤治疗中展现出独特优势。

PROTAC在癌症治疗中的作用

免疫调节药物沙利度胺、来那度胺等的临床作用机制证实了其通过招募E3连接酶降解转录因子的效应，推动了PROTAC的研发。首个CRBN招募型PROTAC dBET1于2015年问世，随后雌激素受体（ER）、雄激素受体（AR）、BRD4等降解剂相继开发。其中AR降解剂bavdegalutamide（ARV-110）已进入前列腺癌Ⅱ期临床试验，ER靶向PROTAC vepdegestrant（ARV-471）进入乳腺癌Ⅲ期临床试验，疗效优于已上市药物fulvestrant，标志着PROTAC即将进入临床应用阶段。PROTAC还可靶向肿瘤免疫微环境（TIME）中的关键蛋白，如STAT3、BTK、BCL-XL、PD-L1、FAK等，克服血液瘤与实体瘤的治疗耐药。但PROTAC仍存在低生物利用度、非特异性分布、钩状效应（高浓度下形成无活性的二元复合物，抑制三元复合物形成）等局限，纳米技术的引入为上述问题提供了解决方案。纳米PROTAC可通过内吞途径进入细胞，利用载体的多价相互作用提升靶向能力，延长血液循环时间并实现肿瘤部位缓释。刺激响应型载体（如pH/氧化还原响应聚合物、两亲性肽）可促进PROTAC从内体逃逸进入胞质，实现精准释放，同时通过调控释药动力学降低钩状效应，提升治疗窗。

用于BRD4降解的纳米PROTAC

BRD4属于溴结构域和超末端结构域（BET）家族，是调控致癌基因（如c-Myc）转录的关键表观遗传因子，同时可通过上调PD-L1表达介导肿瘤免疫逃逸，是恶性肿瘤的重要治疗靶点。传统BRD4抑制剂仅能抑制其功能，而PROTAC可实现BRD4的完全降解，同时下调c-Myc与PD-L1，重塑TIME并增强T细胞抗肿瘤免疫。纳米PROTAC相较于游离PROTAC，可进一步提升BRD4靶向特异性，促进免疫原性细胞死亡（ICD），并支持多药共递送，增强免疫检查点阻断疗效。

用于BRD4降解与光免疫治疗的聚合物纳米PROTAC

聚合物纳米颗粒具有生物相容性好、载药方式灵活（包封或共价偶联）等优势，其中聚乙二醇（PEG）与聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）已获FDA批准用于药物递送。聚合物纳米PROTAC可通过可断裂连接臂将PROTAC偶联至两亲性聚合物，自组装形成胶束，利用高通透长滞留（EPR）效应富集于肿瘤组织，并在胞内酸性环境或谷胱甘肽（GSH）刺激下释放活性PROTAC。例如，将硝基还原酶响应型ARV771-Nb与活性氧（ROS）响应型ARV771-TK共载入mPEG-b-P(DPA-r-ARV771-TK)聚合物，再与负载光敏剂的同源聚合物共组装，可在激光照射下同步产生ROS并释放ARV771，降解BRD4并下调PD-L1，在乳腺癌模型中显著促进树突状细胞（DC）成熟与CD8⁺T细胞浸润。另一类二硫键交联的POLY-PROTAC胶束可在GSH作用下释放ARV771，同时响应基质金属蛋白酶2（MMP-2）实现肿瘤特异性脱壳，不仅降解BRD4，还可通过下调c-Myc与PD-L1逆转T细胞耗竭，联合光动力治疗（PDT）进一步触发ICD，增强抗肿瘤免疫应答。此外，基于CRV-LLC膜伪装的CREATE纳米平台、CatB/单线态氧双重响应的串联激活PROTAC前药（TAP）、MMP-2响应肽基载体dBET6@CFMPD等体系，均验证了聚合物纳米PROTAC联合光免疫治疗在肺癌、乳腺癌等模型中的协同增效作用，且未观察到明显全身毒性。

用于BRD4降解与放射治疗的聚合物纳米PROTAC

放射治疗是临床常用的局部治疗手段，但肿瘤DNA损伤修复（DDR）通路激活导致的放疗抵抗仍是其应用瓶颈。BRD4可通过调控RAD51AP1转录促进同源重组修复，介导放疗抵抗。研究人员开发了共载HfO₂纳米颗粒与H₂O₂激活型PROTAC前药BPA771的CRGDK修饰PEG-b-PLGA载体（RPB7H），可靶向头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）高表达的神经纤毛蛋白-1（NRP-1），在肿瘤高H₂O₂微环境下释放ARV771降解BRD4，同时HfO₂增强射线能量沉积，协同下调BRD4-RAD51AP1轴，显著提升放疗敏感性，在低剂量照射下即可实现优异的肿瘤消退效果。

用于BRD4/PD-L1与SHP2/PD-1降解的肽基纳米PROTAC

肽基纳米PROTAC具有可编程性强、生物降解性好、尺寸小易穿透肿瘤等优势。例如，以PD-L1靶向肽CLQKTPKQC为识别单元，通过苯丙氨酸-苯丙氨酸（FF）自组装序列与E3连接酶招募基序ALAPYIP构建的PT-NPs，可同时通过溶酶体与PROTAC途径降解膜结合与胞质PD-L1，降解效率超过90%，显著优于传统抗PD-L1抗体，并能将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤，促进DC活化与CD8⁺T细胞浸润。此外，靶向SHP2（PD-1下游关键磷酸酶）的自组装纳米PROTAC NPRO，可在光照与caspase-3激活下精准释放活性PROTAC，降解SHP2以解除PD-1介导的T细胞抑制，同时触发ICD，重编程肿瘤相关巨噬细胞向M1型极化，在三阴性乳腺癌模型中展现出强效抗肿瘤活性。

用于BRD4降解与化学治疗的纳米PROTAC

纳米PROTAC可与化疗药物共递送，克服化疗耐药并协同调控TIME。例如，由BRD4降解剂dBET57、阿霉素（DOX）与DSPE-PEG2000自组装形成的DdLD纳米粒，可同步实现BRD4降解与DOX诱导的ICD，下调PD-L1并促进细胞毒性T淋巴细胞（CTL）活化，在结直肠癌模型中发挥协同治疗作用。另一类cRGD修饰的ARV-825/DOX共载胶束，可通过靶向肿瘤血管内皮高表达的α_vβ₃整合素提升肿瘤蓄积，ARV-825降解BRD4可逆转DOX的BRD4介导耐药，联合用药显著抑制肿瘤生长。针对胶质母细胞瘤的仿生杂化载体M@TP，共载PROTAC前药与替莫唑胺（TMZ），可在TIME中释放活性药物，通过BRD4降解克服TMZ耐药，提升治疗效果。

用于吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）降解的纳米PROTAC

IDO是催化色氨酸（Trp）分解为犬尿氨酸（Kyn）的限速酶，其过表达会导致Trp耗竭与Kyn积累，抑制效应T细胞功能并促进调节性T细胞（Treg）与髓系来源抑制细胞（MDSC）分化，介导肿瘤免疫逃逸。半导体聚合物基纳米PROTAC SPNpro可在CatB响应下释放IDO靶向PROTAC肽，降解IDO并阻断Trp-Kyn代谢通路，联合光照产生的ROS触发ICD，在乳腺癌模型中有效抑制原发瘤生长与远端转移。另一类光激活PROTAC纳米组装体LPN，可同步实现IDO降解与DC成熟，降低Kyn/Trp比值，促进CTL浸润并提升TNF-α、IFN-γ等细胞因子水平，在结肠癌模型中展现出显著的免疫激活效应。

PROTAC的机遇与局限

PROTAC的催化降解特性使其仅需低剂量即可实现长效蛋白清除，且可靶向缺乏明确活性位点的“不可成药”蛋白，模块化设计赋予其极高的靶标拓展潜力。目前已有十余款PROTAC进入临床试验，其中ARV-471已进入Ⅲ期临床，验证了该技术的临床转化前景。纳米PROTAC进一步解决了游离PROTAC的膜通透性低、半衰期短、水溶性差等问题，通过表面修饰可实现主动靶向，并结合内/外源性刺激实现时空精准释药，支持多药共递送以开展联合治疗。但其临床转化仍面临合成工艺复杂、肿瘤异质性导致EPR效应不稳定、内体逃逸效率低、E3连接酶配体库有限、潜在脱靶毒性等挑战。此外，肿瘤E3连接酶表达下调可能导致获得性耐药，PROTAC对CRBN新底物的非预期降解也可能引发全身毒性，需在设计中予以规避。

临床转化的挑战

临床转化需解决EPR效应的个体差异性问题，不能仅依赖被动靶向，需结合TIME重塑策略提升递送效率；需开发可靠的成像方法监测胞质PROTAC递送与降解动力学；大规模生产的化学、制造与控制（CMC）需符合良好生产规范（GMP）要求，确保批次间一致性；需关注纳米载体的长期毒性与免疫原性，通过大动物实验验证安全性。学术界、临床机构与产业界的协作是推进临床转化的关键，需早期对接监管要求，明确患者需求与市场价值。

结论与展望

纳米PROTAC技术正处于快速发展阶段，其通过整合PROTAC的催化降解优势与纳米载体的递送特性，为癌症治疗提供了新的范式。未来研究需进一步拓展E3连接酶配体库，优化连接臂设计以稳定三元复合物，开发新型刺激响应释放系统以降低钩状效应与脱靶风险。随着递送技术的优化与临床转化路径的明晰，纳米PROTAC有望成为下一代精准肿瘤治疗的核心手段，为难治性肿瘤患者带来新的希望。