CRBN配体的作用和最新进展

【重磅录像】颜宁：“AI在结构生物学中的未达之地”

近年来，CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体，不仅可以用作E3连接酶配体来设计合成PROTACs，也可以用来设计分子胶降解剂，在PROTACs和分子胶领域中起着非常重要的作用。

PROTACs最常用的E3连接酶是VHL和CRBN，而基于CRBN的PROTACs相对基于VHL的PROTACs来说在口服吸收方面处于更合适的化学空间，多个基于CRBN的PROTACs进入临床研究，包括最著名的两个化合物ARV-110和ARV-471，其中ARV-471已经进入三期临床。

目前PROTACs和分子胶主要使用的CRBN配体仍然是免疫调节抑制剂，如来那度胺（Lenalidomide），沙利度胺（Thalidomide）和泊马度胺（Pomalidomide）。但是这些化合物都会存在一些缺陷，如易消旋和易降解neosubstrate等，所以人们一直在开发新型的CRBN配体。

靶向蛋白质降解剂

靶向蛋白质降解剂，包括分子胶和异型双功能降解剂如蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs），是一类快速发展的药物，利用内源性蛋白质降解过程来靶向以前“不可治疗”的蛋白。

分子胶与PROTACs具有不同的特性。分子胶是一种小分子，它们与各种难以预测的靶蛋白相互作用，通过诱导和增强两种蛋白质的相互作用显示出不同的生物活性，否则两种蛋白质之间不会显示出内在的亲和力。PROTACs是由两个部分组成的二价分子，一个与靶标蛋白（POI）结合，另一个与E3连接酶结合，通过连接子连接（图1）^[1]。

图1. PROTACs和分子胶区别

但是分子胶和PROTACs也有相似性，它们都通过E3连接酶使蛋白降解，PROTACs最常用的E3连接酶是VHL和CRBN，而基于CRBN的PROTACs在口服吸收方面处于更合适的化学空间，它们的MW可以降至700以下，并且具有合理的药物亲脂性和降低的HBD/nRotB数量（图2）^[2]。目前为止发现的分子胶涉及的E3连接酶都是CRBN，所以CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体。

图2. E3连接酶配体根据法则5（Ro5）进行比较

分子胶

分子胶是目前唯一的获批上市的降解剂药物，目前被批准上市的分子胶药物有来那度胺（Lenalidomide），沙利度胺（Thalidomide）和泊马度胺（Pomalidomide）。它们被称为cereblon（CRBN）E3连接酶调节剂（CELMoD）或者免疫调节药物（IMiDs），与CRBN结合，CRBN与 DDB1 (damaged DNA binding protein 1)、Cul4A (Cullin 4A)、ROC1 形成 E3 泛素连接酶复合物（CRL4），CRBN作为底物受体并结合一些蛋白质，促进其泛素化和蛋白酶体依赖性蛋白水解，如CK1-a和Ikaros (IKZF 1)/Aiolos (IKZF 3)等（图3）^[3]。

图3. 分子胶的降解机制

除了已上市的三种药物之外，还有多种进入临床研究，如临床II期的CC-90009，CC-92480和CFT-7455等，具体见图4。

图4. 进入临床和上市的分子胶

基于CRBN的PROTACs

PROTAC是近几年研究非常火热的一门新兴领域，基于CRBN的PROTACs通过招募CRBN复合物靠近靶标蛋白，使靶标蛋白多泛素化，从而被蛋白酶体降解（图5）。

图5. 基于CRBN的PROTAC dBET1的结构与作用机制

多个基于CRBN配体的PROTACs已经进入临床研究，包括最著名的两个化合物ARV-110和ARV-471，其中ARV-471已经进入三期临床（图6）。

图6. ARV-110和ARV-471的结构

新型CRBN配体

目前PROTACs和分子胶主要使用的CRBN配体仍然是免疫调节抑制剂，如来那度胺，沙利度胺和泊马度胺。但是这些化合物都会存在一些缺陷，如易消旋和易降解neosubstrate等，所以后续人们也研发了一些新型的CRBN配体。

最新的AACR会议上，已经有一批公司使用新型CRBN配体，包括Arvinas公司的第二代AR降解剂ARV-766，C4公司的BRD9 降解剂CFT8634和BRAF V600E降解剂CFT1946，以及Kymera的IRAK4降解剂KT474（图7）。

图7. 基于新型CRBN配体的PROTAC

CC-122（avadomide）也具有抗癌和免疫调节活性。有两个课题组分别采用了CC-122的类似物用于PROTACs的设计中，如图8所示，Nurix公司在他们的专利中（WO 2021113557）发表了一类BTX降解剂，另外也有一个韩国课题组也将他们研发的CRBN配体用在BRD4的降解上，设计了化合物TD-428。在前列腺癌细胞22Rv1中可以有效地降低BET蛋白，下调C-MYC，抑制细胞增殖^[4]。

图8. 基于CC-122类似物的PROTACs

美国圣裘德儿童研究医院（St. Jude Children’s Research Hospital）在国际期刊Angew. Chem.和ACS Med. Chem. Lett.报道了他们的新型CRBN 配体Phenyl-Glutarimides（PG），可以显著提高化学稳定性而不影响CRBN的结合活性。并且将PG与BRD4的小分子抑制剂结合设计了PROTACs。Phenyl glutarimide可以作为一个备选的CRBN 配体，它具有更高的配体效率，显著提高化学稳定性，细胞活性和容易合成等优点。

把它作为E3配体合成的BET PROTACs在MV4-11和HD-MB03细胞系中具有很好的降解活性，其中最优化合物4c在MV4-11细胞系中IC50 = 3 pM, DC50 = 0.87 nM (D max = 99%)^[5]。随后该课题组又运用这个配体研发出一种JAK2/3 PROTACs，与经典的IMiDs相比，SJ10542可以降低对GSPT1的降解活性，减少脱靶效应（图9）^[6]。

图9. 化合物4c和SJ10542的结构

天津大学发表了发现了一类新型CRBN配体，在苯环与glutarimide之间用酰胺键相连。通过TR-FRET实验测试了这些化合物对CRBN的结合能力，这3个化合物（YJ1b，YJ2c，YJ2e）均表现出了较好的结合能力^[7]。除此之外，Dana-Farber 肿瘤研究所的Nathanael Gray小组在2篇专利（WO 2020/006233 A1, WO 2020/006265）中也报道了类似的结构，并且还将其用在溴结构功能域降解剂上（图10）。

CRBN配体的作用和最新进展

图10. 化合物YJ1b，YJ2c，YJ2e和BET PROTAC的结构

王少萌课题组也发表了一系列三元环的新型CRBN配体，并将它们运用到多个靶点降解剂上。如AR降解剂495（WO 2021/055756），ER降解剂E453（WO 2022/187588），均具有较好地活性（图11）。

图11. AR降解剂495和ER降解剂E453的结构

小结

靶向蛋白质降解剂，包括分子胶和异型双功能降解剂如PROTACs，是一类快速发展的药物，利用内源性蛋白质降解过程来靶向以前“不可治疗”的蛋白质，以及以新的方式确定药物靶向。

PROTACs作为一个热门领域，近几年受到投资者和学术界广泛关注，除了PROTACs之外，也有很多其它相关的技术被发现，如LYTAC，CHAMP，ATAC，ATTEC，单价蛋白降解剂和AnDC等。

PROTAC领域进展最快的是Arvinas的ARV-110和ARV-471，都是基于CRBN的PROTACs。目前为止发现的分子胶涉及的E3连接酶都是CRBN，所以CRBN配体逐渐成为一个非常流行的E3连接酶配体，关于CRBN的优化一直在进行，希望同时可以改善成药性和安全性。

参考文献：

1.Janet M. Sasso, Rumiana Tenchov, DaSheng Wang, Linda S. Johnson, Xinmei Wang, and Qiongqiong Angela Zhou, Molecular Glues: The Adhesive Connecting Targeted Protein Degradation to the Clinic, Biochemistry 2023, 62, 601−623

2.Nicolas Guedeney, Marie Cornu, Florian Schwalen, Charline Kieffer, Anne Sophie Voisin-Chiret, PROTAC technology: A new drug design for chemical biology with many challenges in drug discovery, Drug Discovery Today d Volume 28, Number 1 d January 2023

3.Junichi Yamamoto, Takumi Ito, Yuki Yamaguchi and Hiroshi Handa, Discovery of CRBN as a target of thalidomide: a breakthrough for progress in the development of protein degraders, Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 6234

4.Kim, S. A.; Go, A.; Jo, S.-H.; Park, S. J.; Jeon, Y. U.; Kim, J. E.; Lee, H. K.; Park, C. H.; Lee, C.-O.; Park, S. G.; Kim, P.; Park, B. C.; Cho, S. Y.; Kim, S.; Ha, J. D.; Kim, J.-H.; Hwang, J. Y., A novel cereblon modulator for targeted protein degradation. European Journal of Medicinal Chemistry 2019, 166, 65-74.

5.Min, J.; Mayasundari, A.; Keramatnia, F.; Jonchere, B.; Yang, S. W.; Jarusiewicz, J.; Actis, M.; Das, S.; Young, B.; Slavish, J.; Yang, L.; Li, Y.; Fu, X.; Garrett, S. H.; Yun, M.-K.; Li, Z.; Nithianantham, S.; Chai, S.; Chen, T.; Shelat, A.; Lee, R. E.; Nishiguchi, G.; White, S. W.; Roussel, M. F.; Potts, P. R.; Fischer, M.; Rankovic, Z., Phenyl-Glutarimides: Alternative Cereblon Binders for the Design of PROTACs. Angewandte Chemie International Edition 2021, 60 (51), 26663-26670.

6.Alcock, L. J.; Chang, Y.; Jarusiewicz, J. A.; Actis, M.; Nithianantham, S.; Mayasundari, A.; Min, J.; Maxwell, D.; Hunt, J.; Smart, B.; Yang, J. J.; Nishiguchi, G.; Fischer, M.; Mullighan, C. G.; Rankovic, Z., Development of Potent and Selective Janus Kinase 2/3 Directing PG–PROTACs. ACS Medicinal Chemistry Letters 2022, 13 (3), 475-482.

7.Yan, J.; Zheng, Z., Discovery of Highly Potent CRBN Ligands and Insight into Their Binding Mode through Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulations. ChemMedChem 2023, 18 (5), e202200573.

封面图来源：123rf

2023年1月1日至今，~17笔中国新药出海交易横空出世，总金额高达上百亿美元！一时间，喜讯频传，令行业、企业和每一位同药振奋！曾经提出“百靶竞技，百炼创新，百家上市，百药争先”的药时代团队再一次真切感受到：中国新药研发正当时！中国新药出海正当时！中国新药BD正当时！