南京大学李金波/张艳JACS：近红外光响应激活型纳米PROTAC

蛋白水解靶向嵌合体（proteolysis-targeting chimera, PROTAC）技术已成为一种颇具潜力的肿瘤治疗手段，并已进入III期临床试验中。但在非癌症病变组织中由PROTAC引起的脱靶毒性仍然是当下面临的关键安全问题。为了提高PROTAC的治疗效果及减少在非癌组织中引起的毒性，需要在肿瘤部位特异性激活其蛋白降解功能。光调控具有高生物安全性和高时空分辨率，但现有的光激活PROTAC只对紫外光或可见光响应。由于紫外光或可见光潜在的光毒性且组织穿透性较差，这限制了光激活PROTAC在活体内的应用。

针对上述问题，南京大学李金波、张艳等人报道了一种近红外光响应激活型纳米PROTAC（NAP）。NAP由分子自组装形成，其中的前体分子是由可以靶向降解BRD4的PROTAC（ARV-771）通过单线态氧响应断裂的连接子与近红外光敏剂偶联得到。NAP的纳米结构有助于其在肿瘤组织中的富集。近红外光具有深层组织穿透能力，当近红外光照射NAP后，光敏剂产生单线态氧，断开连接子从而释放ARV-771，进而用于活体内远程可控蛋白水解。此外，蛋白降解还可与光动力疗法（PDT）相结合，有效抑制肿瘤生长。因此，本研究提出了一种适用于活体内的时空分辨性蛋白靶向降解新手段。

图1. NAP的合成和近红外光激活机制示意图

NAP前体是将光敏剂通过缩硫酮连接子引入到ARV-771的羟基活性位点。阴性对照（NCP）使用不可切割的烷基链来取代NAP中的可断裂连接子。透射电子显微镜成像与动态光散射显示NAP和NCP约为80 nm的球形纳米颗粒。当近红外光照射后，纳米颗粒中的光敏剂产生单线态氧，从而诱导NAP的纳米结构破裂。HPLC显示其可有效释放具有蛋白降解活性的ARV-771分子（图2）。

图2. NAP和NCP的制备与表征

作者进一步评估了NAP和NCP对MCF-7细胞的细胞摄取和光动力学活性。共聚焦荧光成像显示NAP和NCP处理的细胞内有明显的红色荧光信号，证明了可被细胞有效的摄取。利用H₂DCFDA，作者验证了它们可在细胞内产生单线态氧。作者通过Western Blot实验验证，近红外光照射后，NAP逐渐恢复蛋白质降解活性从而降低BRD4水平（图3）。

图3. NAP和NCP的体外摄取与降解验证

最后，作者在小鼠体内进行了抗肿瘤研究，ARV-771和NCP+光照组可减缓肿瘤生长，但NAP+光照组可强效抑制肿瘤生长。对肿瘤组织进行Western Blot分析，作者证实了NAP +光照组和ARV-771组中BRD4蛋白显著降低，这些数据证实了基于NAP设计可实现在活体内利用近红外光选择性激活PROTAC活性。

图4. NAP和NCP的体内抗肿瘤研究

综上所述，作者开发了一种近红外光激活型PROTAC，实现了活体内蛋白质降解过程的精准控制。这项工作为PROTAC的体内光调控与可激活型蛋白质靶向降解平台的设计开辟了新的途径与思路。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。论文第一作者为南京大学化学化工学院博士生王伟珊，通讯作者为李金波、张艳教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Self-Assembled Nano-PROTAC Enables Near-Infrared Photodynamic Proteolysis for Cancer Therapy

Weishan Wang, Chenghong Zhu, Bin Zhang, Yi Feng, Yan Zhang*, and Jinbo Li*

J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 16642–16649, DOI: 10.1021/jacs.3c04109

导师介绍

张艳

https://www.x-mol.com/university/faculty/11584