神经退行性疾病 (NDs)是指神经元结构或功能逐渐丧失，而导致功能障碍的一类疾病。ND 的许多致病蛋白对于传统的小分子抑制剂来说都是“不可成药”的靶标。目前没有一种能减弱淀粉样蛋白-β(aβ)积累过程的抑制剂进入临床试验，许多用于治疗阿尔茨海默病 (AD) 的小分子抑制剂的临床之旅都折戟沉沙。近年来，靶向蛋白降解（TPD）技术发展迅速，为基于NDs领域的新药研发提供了新思路。此外，许多体内外实验都证实TPD技术可以靶向降解NDs致病蛋白，为NDs患者的治愈带来希望。本文我们介绍了靶向蛋白降解策略在神经退行性疾病领域的最新研究进展及未来面临的挑战。

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神经退行性疾病介绍

神经退行性疾病（NDs）是无法治愈的异质性疾病，会导致神经细胞进行性退化或死亡。NDs主要是由错误折叠的蛋白质在神经元和其他细胞中以有序的结构在细胞内或细胞外积累，导致中枢和外周神经系统的结构和功能退化而引发。最常见的NDs包括阿尔茨海默病 (AD) 和帕金森病 (PD)。

世界卫生组织预测，NDs将在未来20年内成为第二大常见死因。目前对 ND 的治疗，例如穿过血脑屏障 (BBB) 的小分子药物和针对致病蛋白的免疫疗法，只能缓解这些疾病的症状。一些新的ND疗法如自噬疗法、miRNA疗法和干细胞疗法应运而生，发挥着积极的治疗作用，但它们同样面临着BBB通透性低、靶向性差、与靶标亲和力差等问题。并且传统的小分子抑制剂对许多 NDs 的致病蛋白都束手无策。迄今为止，基于小分子抑制剂的 AD 治疗临床试验都无功而返，采用小分子靶向 NDs 相关致病蛋白的开发策略正面临着前所未有的挑战。因此，研究人员决定另辟蹊径，以寻求新的治疗策略。

近年来，蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）、溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）、自噬靶向嵌合体（AUTAC）、自噬体束缚化合物（ATTEC）等新兴靶向蛋白降解技术不断发展，为新药研发提供了新的思路。以PROTAC为代表的靶向降解“不可成药”靶点的靶向蛋白降解（TPD）技术在癌症、心血管疾病、肥胖症、自身免疫性疾病、细胞衰老相关疾病以及以抗病毒感染等领域迅速发展，引起了广泛的讨论和研究。

研究报道，PROTAC已在各种 NDs 疾病中得到广泛研究，例如 HD、AD、PD、额颞叶痴呆 (FTD) 和肌萎缩侧索硬化症 (ALS)。相关蛋白靶点包括突变亨廷顿蛋白（mHTT）蛋白、tau蛋白、α-突触核蛋白（α-Syn）等（图1）。尽管如此，PROTAC 和其他TPD技术仍然存在许多问题：首先，PROTAC 分子难以靶向容易聚合的蛋白质。其次，PROTAC 不能靶向降解细胞器和膜蛋白，其相对较大的分子量也会导致较差的细胞通透性。此外，TPD 技术所依赖的泛素蛋白酶体途径可能在NDs 模型中失效。但PROTAC的局限性也推动了一些新兴的TPD技术的出现，如点击形成的蛋白水解靶向嵌合体 (CLIPTAC)（一种解决 TPD 大分子量问题的技术）、AUTAC（靶向细胞器和膜蛋白技术）、和其他TPD 技术。因此，靶向蛋白降解技术在解决NDs问题方面具有广阔的潜力。

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神经退行性疾病的发病机制

ND 可分为 HD（亨廷顿舞蹈症）、tau蛋白病和 PD（帕金森综合征）。亨廷顿病是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病，由 HTT 外显子 1 中的 CAG 重复异常扩增至超过 35 个重复，随后导致 mHTT 蛋白表达，导致神经元功能障碍和死亡。它会导致运动功能障碍和认知障碍等症状。而Tau蛋白病通常包括 AD、FTD 和进行性核上性麻痹 (PSP)，通常有过度磷酸化tau蛋白(p-tau)的病理积累，如细胞内成对螺旋丝(phfs)或神经纤维缠结(nfts)，导致受影响脑区神经元和胶质细胞死亡。帕金森病的特征是黑素细胞中多巴胺能神经元的丢失。α-syn是PD病理过程中的关键蛋白。α-syn以白神经突起的形式异常积累和错误折叠与PD神经元的功能障碍和变性有关。

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基于泛素-蛋白酶体系统（UPS）的靶向蛋白降解技术用于神经退行性疾病的治疗

随着研究人员越来越认识到UPS途径在蛋白质降解中的重要性，已经开发了许多基于UPS的TPD技术。鉴于NDs致病靶蛋白难以成药的缘故，开发基于UPS系统的靶向蛋白质降解药物用于NDs治疗可能是一个全新有效的且富有治疗前景的策略。

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用于神经退行性疾病治疗的PROTAC

1.1 用于亨廷顿病治疗的 PROTAC

研究报道，PROTACs可在体外有效降解 mHTT蛋白（mHTT蛋白是亨廷顿舞蹈症研究的最佳生物标志物之一） 。研究人员以BTA 和 PDB 作为mHTT 配体，BE04 和 MV1 用作 E3 泛素配体，开发靶向 mHTT的 PROTAC（化合物1和2，图2）。然而，这两种化合物都未能有效地区分野生型 HTT (wtHTT) 和 mHTT，导致 wtHTT 水平下降，这被认为是一个潜在的安全隐患。因此，在HD治疗方面，PROTAC的选择性还有待进一步研究。

1.2 用于Tau蛋白病治疗的PROTAC

PROTAC对tau降解的研究最早始于2016年，研究人员首次证明了靶向tau蛋白的PROTAC可以有效诱导tau蛋白的降解，并有效地降低了由Aβ引起的细胞毒性。在3xTg-AD小鼠模型中也进一步证实PROTAC可以促进小鼠海马ca3区和大脑皮层区中tau蛋白的降解。此外，研究人员还分别报道了基于VHL配体和CRBN配体的tau蛋白降解剂（化合物3和4，图2A），其中，化合物3降低了 tau 介导的神经元应激脆弱性，并且对健康神经元中的 tau蛋白影响甚微。2021年，研究人员报道了一种名为C004019，以VHL配体作为E3连接酶配体的tau蛋白降解剂（化合物5，图2A），WB实验表明该降解剂在体外可有效地诱导 tau 蛋白的降解。化合物5的脑室内注射也诱导了 AD 模型小鼠中 tau 蛋白的降解，通过一系列行为实验评估小鼠的认知能力，以及结合体内LTP 和染色的结果，发现小鼠的突触和认知功能得到了明显地改善。

除了上述 AD 和 FTD 中的经典靶蛋白外，一些与疾病相关的酶也在 PROTAC 靶向降解的研究范围内。例如，糖原合酶激酶 3 (GSK-3) 属于磷酸转移酶家族中的多功能丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。目前的研究表明，GSK-3β可以促进AD的病理过程，包括tau磷酸化和Aβ肽的产生。研究人员开发了一种使用 CRBN 作为 E3 配体的 PROTAC（化合物6，图2A）以靶向和诱导 GSK-3β 的降解。并且他们发现化合物6可以减轻神经细胞的炎症反应和细胞损伤，具有神经保护作用。

DUBTAC是基于PROTACs原理开发的治疗策略。DUBTAC 也由异双功能分子组成。蛋白质靶向配体与 DUB 配体连接，以诱导 DUB分子与靶蛋白靠近，从而实现目标蛋白的去泛素化并稳定靶蛋白水平（图2B）。因此，DUBTAC 技术可以通过稳定 AD 治疗中的神经保护蛋白，以起到相应的治疗作用。

1.3. 用于帕金森病治疗的 PROTAC

2020年，研究人员开发了针对α-Syn的PROTAC用于治疗AD和PD。据报道，有 6 个分子在体外对α-Syn均表现出较好的降解效果 ，其中 4 个PTOTAC的Dmax达到了65%（化合物7-10）（图3A），其余两个PROTAC也分别（化合物11-12）降解了30-65% 的 α-Syn（图3B)。目前，针对 α-Syn 的 PROTAC在体外的研究结果积极，极大地鼓舞了进一步的体内研究。

目前，PROTAC 技术在治疗 NDs 方面已显示出积极的治疗前景，例如其独特的靶向“不可成药”靶点以及突变蛋白的能力。由于 PROTAC 技术需要依赖 UPS 系统来降解目标蛋白，因此其降解蛋白聚集体和其他非蛋白质分子的能力似乎有限。目前，PROTACs在 NDs 治疗中也面临一些挑战，如PROTAC 的分子量较大，导致细胞渗透率低及较差的理化性质，其次不能有效降解细胞外蛋白和膜蛋白以及细胞器，有限可利用的 E3 连接酶等等。

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用于神经退行性疾病治疗的疏水标签降解剂

热休克蛋白(HSPs) 可以识别错误折叠蛋白表面暴露的疏水基团，并通过 UPS将其降解。疏水标签主要是通过构建HaloTag和靶蛋白的融合蛋白，将疏水基团连接到HaloTag上，提高靶蛋白的疏水性，从而促进靶蛋白通过UPS途径降解并清除。最初，疏水性标记需要预先将 HaloTag 编码基因与目标基因融合表达相应的融合蛋白；否则，疏水基团将无法识别目标蛋白。因此，该方法的应用受到很大的限制。2015年，研究人员设计了具有疏水基团的分子和靶蛋白配体的疏水标签降解剂，可选择性地诱导靶蛋白降解，使得疏水标记只需在靶蛋白和靶蛋白配体偶联分子上外加低分子量疏水标签，无需提前融合HaloTag 编码基因与目标基因以表达相应的融合蛋白。

2.1用于阿尔茨海默病治疗的疏水标签

2017 年，研究人员设计并合成了一种具有三重功能的疏水标签，用于靶向 tau 蛋白降解。HyT-Tau-CPP（包括化合物 15-19，图5）由疏水基团、tau 蛋白配体和细胞穿膜肽组成。并且后续的体内外实验均证明了疏水标签对tau蛋白的特异性降解。HyTs 依赖于泛素-蛋白酶体途径来降解靶蛋白。与 PROTAC 技术不同的是，HyTs 不能够区分正常tau 蛋白和异常tau蛋白，也不区分聚合tau蛋白和溶解 tau蛋白。

2.2用于肌萎缩侧索硬化症治疗的疏水标签

TAR DNA 结合蛋白 43 (TDP-43) 是 ALS 的关键治疗靶点。2019年，研究人员设计了靶向TDP-43蛋白的疏水标签用于治疗ALS（化合物20，图6）。疏水标签包括三个功能部分：HyT（疏水基团）、TDP-43蛋白配体和CPP（细胞穿透肽）。果蝇模型的体内外实验均表明它可以诱导TDP-43的降解。然而，由于降解活性不高，且降解需要大剂量的HyT，同时降解剂对细胞表现出轻微毒性，因此，如何降低疏水标签的细胞毒性也是后续研究的关键焦点。

HyTs的降解作用依赖于泛素-蛋白酶体途径，但基于疏水标签降解的具体机制还有待进一步研究，例如疏水性标记介导的降解与分子伴侣的关系等。研究表明疏水标签可渗透 BBB，但由于使用的剂量大，它们可能会造成不可避免的细胞毒性，这仍需要进一步研究解决。HyTs 分子量小，独立于泛素化和 E3 连接酶，被认为在 AD 和 ALS 的治疗中具有重要的研究价值，尽管目前HyTs对 tau蛋白降解的研究较少，但它对包括 FTD 和 PSP 在内的tau蛋白病仍然具有很大的研究前景。

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依赖溶酶体途径的神经退行性疾病疗法的靶向蛋白降解技术

泛素-蛋白酶体途径具有降解靶蛋白的巨大潜力，但它通常具有许多局限性，例如在降解非细胞内蛋白、细胞器和聚集蛋白方面效率低下等。据统计，大约 40% 的人类蛋白质组是胞外蛋白，并且这些蛋白在疾病进展中起重要作用。因此，需要开发新的独立于UPS的TPD技术，以满足NDs中靶向蛋白降解的需求。

与泛素-蛋白酶体途径不同，溶酶体途径不限于胞内蛋白的降解。溶酶体途径通常包括两种降解靶蛋白的机制，即内体-溶酶体途径（ELP）和自噬-溶酶体途径（ALP）。研究人员开发了LYTAC、AUTAC、ATTEC等蛋白质降解技术，进一步补充了依赖UPS通路的TPD技术的空缺，并有可能弥补依赖UPS途径的TPD技术治疗NDs的诸多不足。

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用于神经退行性疾病治疗的LYTAC

与 PROTAC 不同，LYTAC可以通过内体-溶酶体途径降解细胞外和膜相关蛋白。LYTAC由两部分组成：靶蛋白配体和细胞表面溶酶体靶向受体 (LTR) 配体。内源性LTR可以结合细胞外糖蛋白并将它们运送到溶酶体，并且靶蛋白配体可以由抗体或抗体片段等多种成分。

1.1 LYTAC 靶向细胞外蛋白用于神经退行性疾病治疗

LYTAC作为一种新兴的蛋白质靶向降解技术，虽然在治疗NDs方面的研究成果不多，但已显示出巨大的治疗潜力。2020 年，首次在体外证明了 LYTAC 靶向降解载脂蛋白 E4 (ApoE4)，这是一种与 AD 相关的细胞外蛋白。同时，LYTAC 技术也被认为具有降解 HD 中 mHTT 蛋白的潜在能力。此外，LYTAC能够降解细胞外蛋白和膜蛋白，以细胞类型特异性方式抑制癌细胞增殖，这再次体现LYTAC技术在降解NDs细胞外致病蛋白方面的潜力。因此，推测 Aβ 和其他在细胞外异常积累的致病蛋白可能是 LYTAC 降解的潜在靶点。然而，该技术与靶蛋白之间的特异性相互作用需要进一步研究。尽管如此，LYTACs作为一种新兴的可靶向非胞内蛋白的TPD技术，有望弥补依赖UPS系统的TPD方法的空缺，但仍需要更具体深入的研究。与PROTACs一样，LYTAC技术也面临着分子量大的问题。另外，LYTAC技术所依赖的LTR细胞特异性较差，LTR配体也可能引起宿主免疫反应。

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用于神经退行性疾病治疗的 AUTAC

自噬是一种主要的细胞内降解途径。细胞质物质被运送至自噬小体中，自噬体与溶酶体融合并通过溶酶体水解酶降解其内容物。AUTAC主要由三部分组成，分别是靶蛋白的靶向配体、连接链和降解标签鸟嘌呤衍生物。AUTAC通过S-鸟苷化修饰诱导靶蛋白多聚泛素化，使靶蛋白进入自噬体，并与溶酶体融合，从而实现靶蛋白的降解。与PROTACs等技术相比，AUTAC技术可以降解碎片细胞器，进一步拓宽了TPD靶蛋白的范围。因此，AUTAC技术在治疗NDs等疾病方面具有巨大的治疗潜力。然而，AUTAC技术同样存在诸多不足，如自噬靶点泛素化的类型和作用机制不清楚，这阻碍了具有更好靶点选择性的AUTAC的开发，可能会导致标签后逃逸等现象的发生。

2.1用于帕金森病治疗的 AUTAC

α-Syn 是 PD 病理学中的关键蛋白，α-Syn 的异常积累和错误折叠与 PD 神经元的功能障碍和退化有关。研究表明，自噬的激活可以减少 α-Syn 的异常积累。虽然目前还没有具体的实验证明AUTAC技术可以诱导α-Syn降解，但AUTAC技术的发展无疑为α-Syn降解治疗PD提供了新的可能。

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用于神经退行性疾病治疗的ATTECs

自噬束缚化合物是一种自噬介导的 TPD 技术，ATTEC分子可以将自噬膜表面的自噬蛋白LC3与靶蛋白结合，从而通过自噬途径降解靶蛋白。与PROTAC结构不同，ATTEC 的分子结构更像是分子胶。ATTEC 分子通过直接结合 POI（目标蛋白） 和关键的自噬蛋白 LC3 的作用，将 POI 运送到自噬体进而降解。ATTEC 具有相对较低的分子量，一些 ATTEC 分子可以穿透 BBB。与 PROTAC 不同，除了可以降解细胞内蛋白质外，ATTEC 还可能靶向降解非蛋白质底物。

3.1用于亨廷顿病治疗的ATTECs

2019年，研究人员通过采用高通量筛选的策略设计了靶向mHTT的ATTECs。通过向HD小鼠腹膜内注射该化合物证实了药物可以穿过BBB，从而诱导mHTT 降解。此外，在用该化合物处理的培养的神经元中未观察到细胞毒性。随后的动物模型中进行行为和表型测试实验结果也表明，靶向mHTT的ATTECs可以明显减轻HD动物模型中的相关症状。

目前，ATTEC作为一种靶向蛋白降解技术，具有分子量低、靶向特异性强、靶向非蛋白结构的潜在能力等优点，在NDs治疗领域具有重要价值。但ATTEC技术还有很多缺陷需要改进：目前ATTEC的设计缺乏通用且系统的指导策略，同时对与LC3蛋白相互作用的化学分子了解甚少。

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分子伴侣介导的自噬用于神经退行性疾病治疗

分子伴侣介导的自噬（CMA）是一种选择性自噬过程。与前两种自噬不同，分子伴侣介导的自噬不使用囊泡，通常这种自噬方式具有高度选择性，常借助伴侣蛋白Hsc70，特异性降解带有独特识别五肽基序 (KFERQ样) 的靶蛋白，溶酶体膜上的受体蛋白 LAMP2A 识别结合蛋白暴露的 KFERQ 基团，“引导”目的蛋白进入溶酶体降解。

研究表明CMA 已用于 NDs 领域的研究和开发，研究人员在非HD细胞和小鼠模型中发现了分子伴侣介导的自噬(cma)的代偿性上调，这表明由于自噬功能障碍导致的HD早期阶段，CMA活性增加，并随着年龄的增长而下降。此外，有研究表明 CMA 激活可降低 tau 蛋白水平，说明CMA途径和NDs治疗之间存在相关性。2021年，二甲双胍被确定为CMA的新型诱导剂，二甲双胍可以通过诱导APP/PS1 小鼠海马受体中 Hsc70 过表达而诱导的 CMA 激活，缓解了这种AD小鼠模型认知功能缺陷症状，表明CMA激活是治疗AD的有效策略。

— 小结—

随着全球人口老龄化，神经退行性疾病患者逐渐增多，患者的记忆力、认知力和运动能力都会不同程度受损。NDs的药物研发至少面临三个巨大难题：

1、易于聚集的蛋白会引起疾病的发生但与内在功能无关；
2、药物透过BBB的能力有限；
3、药物不良反应的存在。

目前没有神经退行性疾病可以被治愈，但随着新的TPD技术的不断发展和靶向蛋白降解的分子设计系统的改进和完善，可以预见全新且有效的NDs疗法。随着TPD技术在NDs领域的不断深入研究，有望解决目前遇到的技术瓶颈，减轻ND患者的痛苦，提高人们的生活质量。

参考文献：
1.Protein aggregation and neurodegenerative disease. Nat. Med. 2004, 10, S10−S17.

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3.Comprehensive review on Alzheimer’s disease: causes and treatment. Molecules 2020, 25, 5789.

4.PROTACs and other chemical protein degradation technologies for the treatment of neurodegenerative disorders. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 3346−3354

5.Proteolysis targeting chimeras (PROTACs) are emerging therapeutics for hematologic malignancies. J. Hematol. Oncol. 2020, 13, 103.