PROTAC透膜CD36蛋白介导的内吞机制助力药物研究
2025-07-03 来源:MedChemExpress 点击次数:93近期，Zhengyu Wang 等人在 Cell 发表标题为：CD36-mediated endocytosis of proteolysis-targeting chimeras 的研究。该团队揭示了 CD36 是介导 PROTAC 及 bRO5 化合物透膜的关键蛋白，通过结构优化增加PROTAC 分子与 CD36 的亲和力，可以明显提高 PROTAC 透膜性，显著增强 PROTAC 的抗肿瘤功效。
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研究背景:
PROTACs 的潜力与困境
近年来，蛋白降解靶向嵌合体 (PROTACs, Proteolysis-Targeting Chimeras) 技术在靶向“不可成药蛋白”领域展现出巨大潜力。这类分子通过同时结合靶蛋白和 E3 泛素连接酶，诱导蛋白质降解，从而实现对疾病关键蛋白的精准清除。然而，PROTACs 普遍结构庞大、极性强，分子量通常超过 800 Da，远超“Lipinski 五原则”(即 Ro5) 对于药物口服吸收的限制。
过去的研究多认为这类分子“吸收差”、“难透膜”，其细胞摄取机制尚不明确。正因如此，开发高效、可吸收的 PROTAC 类药物成为当前药物化学研究的重大挑战。
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重磅发现:
CD36 是介导大分子药物透膜
的关键蛋白
由美国德克萨斯大学健康科学中心、杜克大学、阿肯色大学等机构合作完成的一项研究表明，CD36 (cluster of differentiation 36) 是细胞摄取 PROTACs 和其他 Ro5 规则外属性 (eRo5/bRo5) 分子的关键膜受体。研究团队利用生物素探针法、基因敲除/敲入技术、UPLC-MS 代谢组学及分子模拟等手段，发现：
- CD36 能结合多种 PROTAC 分子 (如 SIM1-Me、MZ1、ARV-110) 和大分子 (如雷帕霉素、navitoclax、birinapant、tubacin 和阿霉素) 的摄取，并促进其疗效。
- CD36 缺失会大幅降低这些药物的细胞摄取效率及靶蛋白降解能力；CD36 表达恢复可显著提升 PROTAC 的疗效。
- CD36 介导的摄取依赖于经典的内吞通路 (Rab5/EEA1 早期内体途径) 。
- 通过结构修饰提高 PROTAC 分子与 CD36 的结合活性，可以明显提高 PROTAC 活性。
图 1. CD36 介导 PROTAC 及优化后 PROTAC 透膜原理 [1]。
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研究亮点:
从机制到应用的系统性突破
发现 CD36 可识别并内吞多种"大分子药物"
通过生物素标记的 PROTAC 探针，结合细胞膜蛋白质组筛选，研究者发现 CD36 是多个 PROTAC (如 CRBN-based PROTAC, VHL-based PROTAC) 和其他非传统小分子药物 (如 rapamycin、doxorubicin 等) 的结合对象。表明 CD36 不仅限于脂肪酸运输，其广谱的配体识别能力使其成为“药物转运”的潜在靶点。
图 2. PROTAC 分子与 CD36 结合[1]。
(A) 三价生物素探针 BRD-VHL-biotin 的结构；(B) BRD-VHL-biotin 与膜蛋白结合检测流程：(C) PROTACs SIM1 与 SIM1-Me 结构；(D) 密度分析 (左) 和代表性免疫印迹分析 (右) 显示 CD36 在 LNCaP 细胞的膜和细胞质组分中的相对表达；(E) 生物素 Pull-down 实验显示 SIM1-Me 与 BRD-VHL-biotin 在指定条件下与 LNCaP 细胞膜组分中的 CD36 结合具有竞争性；(F) 表面等离子共振分析 SIM1-Me 与 CD36 结合情况。
CD36 敲除显著减少 PROTAC 及其他 bRO5 分子的摄入量
通过 shRNAs 降低 LNCaP PCa 细胞中 CD36 表达，构建 shCD36-LNCaP 细胞系，用 10 nM SIM1-Me 或 50 nM ARV-110 对 shCD36-LNCaP 细胞系进行处理，结果发现，与对照相比，SIM1-Me 和 ARV-110 细胞摄入量分别下降了 5.6 倍和 19.6 倍。靶蛋白降解效率也大幅度降低。对 shCD36-LNCaP 细胞毒性也分别下降了 15.8 倍和 423.3 倍。当 CD36 表达恢复后，细胞毒性也随之恢复。并且，EEA1 的缺失有效地降低了 SIM1-Me 或 ARV-110 的细胞毒性。
这些结果证明：CD36 赖于经典的内吞通路 (Rab5/EEA1 内吞途径) 实现对大分子药物摄取。
图 3. PROTACs 依赖于 cd36 介导的内吞作用来获得细胞摄取、活性和生物学特性[1]。
(A-B) 免疫印迹实验表明，在指定条件下，shCD36 分别逆转了 SIM1-Me (A) 和 ARV-110 (B) 对 LNCaP 细胞中 BRD4 和 AR 的降解。(C-D) 免疫印迹分析显示，在 shCD36-LNCaP 细胞中，带有 HA 标签的 CD36 蛋白表达量增加，分别恢复了 LNCaP 细胞在指定条件下经 SIM1-Me (C) 和 ARV-110 (D) 处理时 BRD4 和 AR 的降解。(E-H) 通过 MTT 测定法对不同浓度的 SIM1-Me (E)、ARV-110 (F)、MZ1 (G) 或紫杉醇 (H) 处理后，shEEA1+Vec-、shLuc+Vec-、shCD36+Vec-、shCD36+CD36-LNCaP 细胞的存活能力进行了评估。
此外，shCD36 显著降低 bRO5 分子的摄入和毒性，如下图所示：
图 4. ShCD36 逆转表性 bRo5 药物在 HCC1806 TNBC 细胞和 22Rv1 PCa 细胞中的细胞毒性 [1]。
增加 PROTAC 或 bRO5 分子对 CD36 的亲和力，显著提高药效
为提高 PROTAC 药物对 CD36 的亲和力，研究者通过可裂解 linker 在 MZ1 PROTAC 结构上引入可水解的极性基团 (通过添加带负电荷的羧酸 (-COO⁻) 的钠盐形式、带正电荷的伯胺 (-NH₃⁺) 的三氟乙酸盐形式以及疏水性的中性 (叔丁氧羰基) 氨基 (-N-Boc) 部分)，开发出一系列“前药型”PROTAC。这些优化后的 PROTAC 分子增强了与 CD36 的亲和力，其中优化后分子 MZ1-C14-Na 与 MZ1-C12-NB 相比 MZ1 的细胞内积累量分别提高 22.3 倍和 7.7 倍。相比 MZ1 分子，表现出更强的抗肿瘤活性。在 HCC1806 和 22Rv1 细胞中，超过 60% 的 MZ1-C14-Na 与 MZ1-C12-NB 在 1 小时内转化为 MZ1。
这表明，通过优化 PROTAC 或大分子结构，增强对 CD36 的亲和力，可以提高药物透膜性。
图 5. 通过可切割键对 CD36 进行结构修饰，可以提高 PROTAC 的渗透性和活性[1]。
(A) 基于 vhl 的 BRD4 PROTAC MZ1 及其优化 MZ1 类似物的化学结构和 CD36 结合亲和力；(B-D) 免疫印记显示经空白、(+)-JQ1、 PROTAC MZ1 , 优化后的 MZ1 类似物 MZ1-Cs-Na , MZ1-Cs-NH, 或 MZ1-Cs-NB 处理后，BRD4 在 HCC1806 或 22Rv1 中的表达量；(E) MZ1 及 MZ1-C14-Na 处理小鼠后，肿瘤体积变化；(F) MZ1 及麻醉-C12-NB 处理小鼠后，肿瘤体积变化。
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研究意义
1. 药物发现中的应用
研究发现 CD36 是促进 PROTACs、二价抑制剂及分子量较大药物摄取的主要受体，范围从 543 到 2145 Da。因此，在药物发现中，通过相应受体 (如 CD36) 的细胞摄取应包括在化学内吞剂的检测流程中。
2. 药物开发中的应用
本研究发现 CD36 是 PROTAC 及其他大分子进入细胞的通用“载体”，这意味着可以借助结构优化提高 PROTAC 或其他大分子对 CD36 的亲和力，进而提高此类化合物的细胞利用度。不过该理论还需进一步研究。
3. 对精准医疗和临床实践的应用
CD36 蛋白的突变或缺失可能会影响 PROTAC 药物活性或耐药性，此外，一些临床阶段的 PROTACs 或可以通过提高介导受体 (如 CD36) 的亲和力，提升其疗效。
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小结
这项发表在 Cell 的突破性研究，首次将 CD36 定位为 bRo5 类药物的关键内吞受体，并提出了可推广的“CD36 介导的化学内吞”策略，极大拓展了大分子药物研发的理论基础与实践路径。随着越来越多结构复杂的新药涌现，这项研究提供了一把打开“细胞门”的钥匙，也为精准医疗、抗癌药物和 PROTAC 药物开发奠定了坚实基础。
但本研究对 CD36 介导的药物内吞机制仅限于前列腺癌和乳腺癌细胞系，其他细胞类型的 PROTACs 细胞摄取是否普遍需要 CD36 需要进一步研究。
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[1] Wang Z, D et al. CD36-mediated endocytosis of proteolysis-targeting chimeras. Cell. 2025 Jun 12;188(12):3219-3237.e18.
