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PROTAC先驱创立的第二家公司,它被临床验证还有多远?

作者:周秋寒 2021-07-22 18:00

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PROTAC(Proteolysis-Targeting Chimera,蛋白降解靶向嵌合体),一项近来年发展蓬勃的热门技术,来源于2004年的诺贝尔化学奖(以色列科学家Aaron Ciechanover、AvramHershko和美国科学家Irwin Rose被授予该奖,以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解)。

 

目前国外布局该领域的有C4 Therapeutics、Cullgen、Kymera Therapeutics、Nurix Therapeutics等,国内布局该领域的企业有凌科药业、分迪科技、苏州开拓药业、五元生物等。此外,一些大药企也通过合作的方式布局该领域,如罗氏、默沙东、礼来、AZ、诺华、GSK、基因泰克、拜尔、辉瑞等。


这样一种被学术界和产业界所肯定的技术,是被谁最先发现的呢?那我们就不得不提一提该技术领域的先驱——耶鲁大学教授兼PROTAC概念提出者Craig Martin Crews。

 

Crews先后创办过两家公司。2003年创办Proteolix,该公司在2009年被奥尼克斯制药公司收购;2013年Crews再创业,创办了全球首个专注于PROTAC领域的公司Arvinas。Arvinas于2018年9月上市,发行价只有16美元。在不到三年的时间里,Arvinas的股价已迅速上涨至77.55美元,市值达37.99亿美元,较上市时翻了近5倍。值得一提的是,其股价甚至到达过92.77美元的高峰,峰值市值超过40亿美元。


这样一位集科学家与企业家于一身的人物,他与PROTAC之间又有哪些故事?让我们一起来看看Crews和他的PROTAC科研转化之路。


科学家、企业家、编辑等数职集一身的PROTAC先驱Crews


早在2001年,Crews教授团队和加州理工大学Raymond J. Deshaies教授就首次提出了PROTAC这一概念,并成功设计合成了第一批PROTAC双功能分子用于降解甲硫氨酰氨肽酶2(MetAP-2)。第一本描述PROTAC技术的出版物也于2001年7月由Crews教授团队出版。

 

靶向蛋白降解.png

靶向蛋白降解构造图,图源耶鲁官网

 

PROTAC技术在一定程度上利用细胞内的泛素-蛋白酶体系统来降解掉目的蛋白。PROTAC分子一端为目的蛋白(POI),另一端为E3泛素连接酶,中间通过适合长度的linker相连接(其组成和长度可对PROTAC活动产生显著影响)。在结构绑定后形成三元复合物,该蛋白从而被打上“泛素化”的标签,并进而被蛋白酶体识别和降解。

 

它的发现也推动了靶向蛋白降解(TPD)领域的发展,为新药和新型化学敲除工具开启了新的篇章。该技术具有克服癌症药物耐药性、可消除激酶的酶促和非酶促功能、降解“不可成药(undruggable)蛋白质靶点”等优点。尤其是“不可成药”靶点:传统的小分子抑制剂需要与目标蛋白质有很强的结合,通常到其活性部位;但PROTAC蛋白降解物只需要与目标蛋白质弱结合,以便具体“标记”它。PROTAC技术预计可解决80%的“不可成药”蛋白质靶标。

 

随后在2003年,Crews参与创立了Proteolix,该公司的蛋白酶抑制剂Kyprolis™获得FDA批准治疗多发性骨髓瘤。期间,通过不断地研究,2008年Crews教授团队首次合成了含有nutlins的小分子PROTAC,成功地将AR募集到鼠双微体2(mouse double minute 2 MDM2)上,并作为E3 泛素连接酶触发其泛素化和蛋白酶体降解。2009年,Proteolix被奥尼克斯制药公司收购,Crews则继续坚持PROTAC领域的研发。

 

基于该知识产权,Crews 2013年成立了首个专注于PROTAC的制药企业Arvinas,2018年Arvinas成功登录纳斯达克(NASDAQ:ARVN)。除上述所言之外,Crews不仅是科学家、企业家,他还在多个编辑委员会任职,并担任过细胞化学生物学编辑,并在这几个领域都取得了不错的成就。其中,最让人关注的是Crews是如何将自己的科研项目转化到企业商业化发展的,或许Arvinas可以告诉我们答案。


PROTAC发现引擎与技术平台完美配合


Arvinas是一家临床阶段的生物制药公司,致力于通过发现、开发和商业化降解治病蛋白的疗法。除了上述提到的Cerws外,公司还有一众在生物医药行业具有丰富经验的领导、董事、科学官,包括总裁兼CEO John G. Houston(曾是百时美施贵宝药物发现高级副总裁)、CSO Ian Taylor(曾是辉瑞肿瘤药物早期开发负责人、拜耳癌症生物学副总裁)、科学顾问委员会Tomasz M. Beer, M.D., F.A.C.P.(国际知名前列腺癌研究员和临床医生)等。

 

在具有丰富经验团队的带领下,Arvinas基于Cerws教授的PROTAC技术建立了PROTAC发现引擎和PROTAC靶向蛋白降解技术平台。

 

自2013年成立以来,Arvinas PROTAC发现引擎在口服生物利用率、临床前研究中通过血脑屏障的降解物、First-in-human安全数据、人体药代动力学和药效学数据、First-in-human效果数据等方面都有突破。

 

PROTAC发现引擎的药物发现过程主要分为三个步骤:

 

首先是连接酶的选择和配体的鉴定。人体有超过600种E3连接酶,Arvinas通过高通量和DNA编码文库(DEL)的先进筛选能力从E3知识库中匹配正确的E3连接酶到正确的靶标,包括识别新的靶标结合“弹头”、“不可药物”靶标以及E3连接酶的新结合物。Arvinas还通过创建新的PROTAC蛋白降解物发现具有靶向表达模式的E3连接酶,如肿瘤或中枢神经系统定位的E3连接酶,以助力靶向癌症和神经疗法的发展。

 

其次是PROTAC快速设计。PROTAC降解物、靶蛋白和E3连接酶之间的三元配合物是必要的基础条件。但科学团队对“泛素化区域”的深刻理解使他们意识到,想要提高设计效率,还需要利用结构和生化信息精确预测目标蛋白上哪些赖氨酸残基可以被泛素“标记”。Arvinas从进化链接器、预算计算模型、蛋白质组学这三个方面入手,快速精准的了解药物特性并快速迭代以优化降解物对药物靶点的选择性。

 

最后是将降解物转化为药物。不同于人们提出并运用了二十几年的小分子药物发现指导法则——“Lipinski五倍率法则”,Arvinas拥有一套自己专利的“Arvinas规则”,以指导PROTAC降解物的研发。Arvinas还通过研究PK/PD和疗效关系,研发出具有药物性质和活性的PROTAC降解物。

 

通过结合PROTAC发现引擎和PROTAC靶向蛋白降解技术平台,运用PROTAC技术系统性地选择、鉴定、设计、转化靶向蛋白药物,达到药物设计高效和药物治疗有效的目的。


在研产品13个,肿瘤学、免疫肿瘤学、神经学等均布局


Arvinas通过使用PROTAC发现引擎建立起一组广泛的蛋白质降解产品候选管道,管道产品治疗范围涵盖靶向肿瘤学(包括免疫肿瘤学)、神经学和其他治疗领域的疾病,目前在研项目达13个

 

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在研管线,图源Arvinas 2020年报

 

Arvinas的主要候选产品是ARV-110和ARV-471。

 

2019年3月,Arvinas开始对ARV-110靶向蛋白降解物进行临床研究,这是全球首款进入临床试验的PROTAC药物,用于治疗用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)。

 

在美国,前列腺癌是第二大常见癌症,也是癌症死亡的第二大原因。目前针对mCRPC的标准治疗药物恩杂鲁胺(enzalutamide)和阿比特龙(Abiraterone)对部分患者有益,其余多达25%的患者会因为雄激素生产水平增加、AR基因增强表达、AR点突变等原因,对此治疗没有反应,且绝大多数有反应的患者最终会产生耐药性,导致诊断者预后不良。

 

而ARV-110是一种靶向AR的PROTAC蛋白降解物,而调节AR信号的能力则是控制疾病进展的重要因素。ARV-110利用人体的自然机制降解AR蛋白来起效,因此可以克服目标蛋白表达增加和突变从而克服耐药性。

 

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ARV-110研发数据对比,图源Arvinas官网

 

在临床前研究中,ARV-110显示了作为AR靶向降解物的良好活性。在恩杂鲁胺敏感模型中,ARV-110以更低的剂量显示出与恩杂鲁胺相似的前列腺特异性抗原(PSA)减少。在获得性和固有耐药恩杂鲁胺的体内模型中,ARV-110已被证明分别抑制肿瘤生长70%和100%。

 

2019年8月,Arvinas宣布另一款主要候选产品ARV-471进入临床研究,ARV-471是一款口服靶向雌激素受体蛋白(ER)的PROTAC蛋白降解物,用于治疗局部晚期或转移性ER阳性/HER2阴性乳腺癌患者。

 

大约80%新诊断的乳腺癌病例中是ER阳性(ER+)。虽然批准的治疗方法对于患者有一定的疗效,但许多ER+乳腺癌在接受治疗的过程中会逐渐产生耐药性。例如氟维司群(Faslodex,抗雌激素治疗后ER+转移性乳腺癌的标准治疗药物),氟维司群已验证了ER的退化可作为治疗干预的重要因素,但与使用氟维司群治疗六个月后的基线水平相比,仍有高达50%的ER被保留。

 

与通过肌肉注射施用的氟维司群不同,Arvinas的ER定向PROTAC蛋白降解物ARV-471是一种正在开发的口服疗法。在临床前研究中,ARV-471显示出了作为ER降解物的良好活性,显示出比氟维司群更优越的肿瘤生长抑制能力;I期临床试验中期数据显示,针对接受过多种前期疗法的ER阳性/HER2阴性晚期或转移性乳腺癌患者,该药表现出强劲的疗效信号,具有 “Best-in-class”雌激素受体降解物的潜力。

 

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ARV-471研发数据对比,图源Arvinas官网

 

目前,ARV-110以及ARV-471项目均处于II期临床研究阶段,由Arvinas全资拥有。

 

除此之外,Arvinas还在中枢神经系统(CNS)疾病方面有所布局。PROTAC蛋白降解物能够跨越血脑屏障,进入中枢神经系统细胞,使得致病蛋白(如Tau)从细胞内降解。这样便防止了细胞内功能障碍和病理性Tau蛋白向细胞外空间和健康神经元的“朊病毒样”扩散,有期望成为治疗与致病性Tau蛋白和α-突触核蛋白相关疾病的有效疗法。


管线的分布虽然丰富,但除了ARV-110和ARV-471均处于II期临床研究之外,Arvinas的其他药物管线仍处于临床前研发阶段。目前Arvinas仍处于产品开发的早期阶段,尚未完成任何候选产品的商业化。


PROTAC未来发展如何?Linker、脱靶、评估方法等还有待优化

 

可是,PROTAC技术真的就完美无缺吗?


它的发展其实还面临着许多挑战等待着我们去突破——由于PROTAC以催化模式起作用,传统方法难以准确评估PROTAC的药代动力学 (PK) 和药效学 (PD) 特性,因此迫切需要更多的研究来建立PROTACs的PK和PD评估体系;人类基因组编码超过600个E3泛素连接酶,然而在PROTAC的设计中使用的E3连接酶(VHL、CRBN、cIAP和MDM2)却很少,如何扩大E3泛素连接酶的范围也是该领域面临的另一个挑战。另外PROTAC技术还面临着linker长度的选取问题、脱靶效应、三元复合体形成困难等问题。


未来,如何在发扬PROTAC技术优点的同时解决这些问题,才是决定PROTAC技术能否成为突破性药物研发技术的关键。

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