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上海交大谭蔚泓院士/姬丁坤团队JACS：光触发LYTAC蛋白降解平台时间：2025-06-21 作者：X-MOL【转载】 靶向蛋白质降解（TPD）是一种新兴的治疗手段，有可能解决那些以往难以用传统小分子药物靶向的致病蛋白质问题。溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）技术作为靶向蛋白降解（TPD）的新兴策略，弥补了蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）对细胞外/膜蛋白的局限性，这体现了其在TPD领域的创新性和重要性。科学家开发出 LYTAC 变体，包括基于抗体的 LYTAC、基于纳米的 LYTAC以及基于 DNA 的 LYTAC。基于双特异性抗体的平台也得到了充分发展，这些平台将细胞表面的 E3 蛋白质连接器与跨膜蛋白相连，从而在体外和体内实现了靶蛋白的降解。LYTAC 技术已成功地用于诸如表皮生长因子受体（EGFR）、程序性死亡配体 1（PD-L1）、转铁蛋白受体（CD71）和分泌蛋白载脂蛋白 E4（APOE4）等膜蛋白的降解。然而，其实际应用仍面临两个主要的瓶颈：（1）结构精度不足：传统的 LYTAC 依赖于复杂的化学合成，这使得难以控制配体比例，容易导致脱靶效应。（2）疗效有限：实体瘤的异质性降低了单一降解策略的有效性，需要与其他疗法结合以产生协同效应。因此，迫切需要开发出结构精准可控和蛋白质降解能力强的 LYTAC平台。 因此，针对以上瓶颈问题，上海交通大学谭蔚泓院士/姬丁坤团队开发了新型光触发LYTAC平台，将近红外（NIR）光敏药物精准修饰进入双特异性DNA核酸适配体，该平台能精准靶向膜蛋白PTK7，通过IGFIIR膜蛋白识别作用，将目标蛋白转运至溶酶体降解，在近红外光照射下，诱发细胞自噬，增强细胞膜靶向蛋白降解。活体实验表明，仅需一次给药一次光照，光触发LYTAC就可以完全抑制肿瘤的生长而没有任何的副作用。这项突破性成果，或将开启LYTAC癌症治疗新篇章。相关工作发表在JACS，博士生章荣俊（目前就职于浙江大学药学院第一附属医院）和杨昌杰为论文共同第一作者，上海交通大学医学院分子医学研究谭蔚泓及姬丁坤为论文的共同通讯作者。工作得到了国家基金委、上海市科委面上项目、中央高校基本科研专项资金等项目支持。
图1. 用于靶向蛋白质降解的 PBAC 的制备与表征 在这项研究中，作者通过DNA互补配对技术将Sgc8-PA（由固相合成和点击化学技术合成）和IGFIIR核酸适配体组合成光触发 LYTAC（PBAC）。通过凝胶电泳、圆二色光谱分析、血清稳定性和光动力活性分析，表明成功合成了PBAC，同时PBAC具有高产率，高血清/外切酶I/pH稳定性，高单线态氧/ROS产量，值得深入研究其PDT效果（图1）。
图2. PBAC蛋白降解分析 通过WB和免疫荧光等技术，表明PBAC可以以剂量依赖性和时间依赖性的方式逐渐降解PTK7蛋白。在NIR处理下，PBAC可以增强PTK7蛋白降解（图2）。
图3. PBAC的细胞功能调节 在细胞水平，通过平板克隆、细胞迁移、细胞凋亡实验和死亡分析，表明PBAC可以以剂量依赖性和时间依赖性的方式降解PTK7蛋白，进而抑制细胞增殖、迁移能力，促进细胞凋亡和死亡；NIR增强的光动力治疗可显著增强抑制细胞增殖、迁移能力，进一步促进细胞凋亡和死亡（图3）。
图4. PBAC+NIR的细胞转录组学和蛋白组学分析 为了探究PBAC在癌症治疗中所具有的保护作用背后的分子机制，作者对 HCT 116 细胞的转录组和蛋白组进行分析，以研究基因和蛋白表达的情况。在PBAC + NIR组中，共有518个基因是独特表达的，而在对照组和PBAC + NIR 组中，共有 6377 个基因是共同表达的。火山图和热图显示，有321个差异表达基因（DEGs）显著上调，而722个基因则显著下调。GO分析表明，这些DEGs 参与了多种途径，特别是与自噬相关的途径，如线粒体自噬、自噬体组装和自噬体膜形成。KEGG通路分析进一步证实了这些 DEGs与细胞过程中的自噬之间的关联。在蛋白组学的火山图和热图显示，在对照组与PBAC + NIR组之间，有 118 种差异表达蛋白（DEP）显著上调，而有199种显著下调。对 DEP的KEGG和GO通路分析表明，自噬体和自噬体膜通路是其中最富集的。STRING 网络图展示了PBAC + NIR组受影响的细胞通路。总之，这些研究结果表明，PBAC和NIR治疗通过诱导增强的自噬作用抑制HCT 116细胞的生长。这项研究提供了有关这一过程中基因表达和蛋白质组通路的复杂变化的全面见解，突显了PBAC + NIR作为癌症治疗策略的潜在价值（图4）。
图5. 调节细胞自噬，PBAC 和近红外光治疗增强靶向蛋白质降解 受到这些结果的鼓舞，作者尝试解释光动力学为何能够增强靶向膜蛋白的降解。自噬被认为是其中一种自我保护机制，在这种机制中，一些受损的蛋白质或细胞器会被双层膜的自噬小泡包裹，并被送至溶酶体进行降解和再利用。应用AO染色法检测自噬小体的产生和WB分析，表明在PBAC和NIR处理下，自噬小体的生成和LC3自噬通路的激活。靶向蛋白降解与自噬之间的关系尚不清楚。为了进一步深入研究，作者应用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）和氯喹（CQ）来抑制细胞自噬通路。结果表明，有趣的是，3-MA/CQ + PBAC（500 nM）+ NIR组的PTK7蛋白比PBAC（500 nM）+ NIR组高2倍，这表明在自噬通路被抑制的情况下，PBAC+ NIR的光动力治疗所介导的蛋白增强降解也同样被抑制了，即自噬抑制剂实际上逆转了由PBAC+ NIR的光动力治疗所介导的蛋白增强降解，以上实验证实了PBAC和NIR的光动力治疗可以通过调节细胞自噬来增强靶向蛋白降解（图5）。
图6. PBAC在小鼠体内肿瘤靶向成像、生物分布及抗肿瘤效果研究 基于前期的重要结果，作者通过小鼠成像实验证明，与PA和Sgc8-PA相比，PBAC能够高效地聚集在肿瘤部位，并在体内展现出出色的近红外荧光信号。PBAC具有出色的肿瘤靶向能力以及高效的体内清除效率。同时在小鼠抗肿瘤分析中，发现PBAC+NIR 处理可以显著抑制消除肿瘤，抑制肿瘤细胞增殖。这些结果有力地证明了 PBAC 在通过蛋白质降解增强型光动力疗法（PDT）实现肿瘤抑制方面的显著有效性（图6）。 结论与展望 细胞和体内研究结果表明，光触发LYTAC（PT-LYTAC）药物具备了从实验室到临床的转化潜力。其优势在于：1）精准修饰。DNA核酸适配体的模块化设计简化合成流程，降低脱靶风险，提高了技术的精准度。2）多功能性。集成蛋白降解与自噬调节功能，突破单一疗法的局限性，为疾病治疗提供了更全面的解决方案。3）工业化潜力。制备工艺简单、原料易得，符合大规模生产需求。 PT-LYTAC技术是靶向蛋白降解领域的一项创新技术，具有精准、高效、多功能等优势，在癌症治疗等方面有良好的应用前景。研究团队正在加速推进临床转化研究，该技术还可拓展应用于多种临床实体瘤治疗。 Phototriggered LYTAC: Photoactive Bispecific Aptamer Chimera Enhances Targeted Degradation of Membrane Protein through Regulating Cell Autophagy Rongjun Zhang, Changjie Yang, Xiaobo Gao, Zhenyang He, Ding-Kun Ji*, Weihong Tan* J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 20989-21002, DOI: 10.1021/jacs.5c05456 以上内容转载自https://www.x-mol.com/news/922415 版权归原作者所有，如有任何问题，请联系我们！ 优南推荐产品
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