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PROTAC 连接子设计的前沿进展:从经验试错到 AI 驱动理性设计

    PROTAC(Proteolysis Targeting Chimera,蛋白降解靶向嵌合体)作为新一代小分子药变体的代表,其结构由三部分组成:靶蛋白配体(POI ligand)+ 连接子(Linker)+ E3 连接酶配体(E3 ligand)。三者协同诱导形成"靶蛋白-PROTAC-E3 连接酶"三元复合物,从而启动泛素化与蛋白酶体降解。

image-02-PROTAC连接子设计

但长期以来,连接子的设计 一直是 PROTAC 研发中最耗时、最烧钱的部分。2026 年的一系列突破——从 AI 辅助设计、4-原子二炔 linker 到三元复合物构象采样框架——正在把这件事从"盲试 300 种"变成"AI 预测 + 验证 20 种"。

一、为什么连接子这么难?

一个 PROTAC 的连接子需要同时满足多组互相矛盾的要求:

设计维度影响
长度(3–20 个原子)太短 → 无法同时接触两个蛋白;太长 → 熵惩罚过高
组成(PEG / 烷基 / 刚性环)影响溶解性、细胞通透性、代谢稳定性
连接位点(POI 配体 2–5 个;E3 配体 2–4 个)不同位点 → 不同三元复合物取向
柔性 vs 刚性柔性利于溶解但构象熵高;刚性利于活性但水溶性差

理论组合可达数千种——逐一合成验证完全不现实。一个 PROTAC 分子合成通常需要 8–15 步,单个成本约 ¥3–8 万元,合成数百种 linker 变体意味着千万级经费。

二、2026 年的三项关键突破

突破 1:AI 驱动的连接子理性设计

2026 年哈佛医学院-Broad 研究所与斯坦福大学联合团队在《Nature》发表 PROTAC-Designer 平台。该平台从 BRD4 和 CRBN 的晶体结构出发,采样数万种连接子构象,预测最优组合的精度达到 ±1.2 Å(与冷冻电镜结构对比)。72 小时内评估 1200 种变体,锁定 15 种最高评分设计,相比传统盲筛可节省约 85% 经费、缩短 78% 时间。

突破 2:4-原子二炔 linker——兼具活性与成像能力

2026 年 4 月《RSC Chemical Biology》上的论文(DOI: 10.1039/d6cb00127k)报道了一种刚性的 4 原子二炔 spacer 作为 PROTAC 连接子。优势包括:

  • 构象受限:构象自由度比柔性 PEG 大幅降低,三元复合物更稳定

  • 低纳摩尔活性:在 BRD4 降解实验中表现优异(CRBN E3 招募)

  • 成像能力:二炔基团具有拉曼活性,可通过受激拉曼散射(SRS)显微镜实现无标记的细胞摄取可视化

突破 3:连接子驱动的三元复合物构象采样框架

2026 年 6 月《Journal of Medicinal Chemistry》上的论文提出"Linker-Driven Sampling"方法,把三元复合物搜索空间压缩到由连接子可达构象定义的子空间。不是在无限的蛋白-蛋白取向中盲目搜索,而是围绕给定 PROTAC 连接子能跨越的实际空间,筛选可能的蛋白相对姿态。这直接解决了 PROTAC 建模中"不仅是蛋白-蛋白相互作用问题,更是小分子几何约束问题"的现实难题。

三、常见连接子骨架速览

类型特点典型场景
PEG(聚乙二醇)亲水、溶解性好、柔性高多数初期 PROTAC 默认选择
烷基链疏水、合成简便提升细胞通透性场景
含氮杂环改善代谢稳定性、引入氢键长期体内给药
刚性环 / 二炔 / 三唑构象受限、提升活性活性优化阶段
Click 兼容(炔-叠氮)便于 PROTAC 文库构建高通量筛选

四、连接子优化的合成服务要点

PROTAC 的合成从来不是"标准反应"——POI 配体、E3 配体、linker 三者的官能团兼容、缩合位点选择、最终产物的纯化(很多 PROTAC 终产物溶解性差),都需要经验丰富的合成化学团队配合。

课题组在做 PROTAC linker 探索时,常常面临这些需求:

  • 系列长度 PEG linker(PEG1、PEG2、PEG3、PEG4...)批量定制

  • 含特殊官能团的 linker(含炔基、叠氮、二炔、咔唑、二苯并氮杂卓等)

  • PROTAC 中间体的克级制备

  • 复杂 PROTAC 全分子的委托合成(8–15 步路线)

纳孚生物在 PROTAC 关键中间体和 linker 系列 上有成熟的定制能力,已为多家高校药学院和 CRO 公司交付包括 PEG 链、含氮杂环 linker、点击化学兼容 spacer 在内的多种结构,支持从毫克级初步筛选到克级活性验证的不同阶段。欢迎有合成需求的项目组联系评估技术路线。


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