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《Cell》破解 PROTAC 透膜難題∶ CD36 蛋白介導的內吞機制
近期，Zhengyu Wang 等人在 Cell 發表標題為：CD36-mediated endocytosis of proteolysis-targeting chimeras 的研究。該團隊揭示了 CD36 是介導 PROTAC 及 bRO5 化合物透膜的關鍵蛋白，通過結構優化增加PROTAC 分子與 CD36 的親和力，可以明顯提高 PROTAC 透膜性，顯著增強 PROTAC 的抗腫瘤功效。
Section.01
研究背景:
PROTACs 的潛力與困境
近年來，蛋白降解靶向嵌合體 (PROTACs, Proteolysis-Targeting Chimeras) 技術在靶向“不可成藥蛋白”領域展現出巨大潛力。這類分子通過同時結合靶蛋白和 E3 泛素連接酶，誘導蛋白質降解，從而實現對疾病關鍵蛋白的精準清除。然而，PROTACs 普遍結構龐大、極性強，分子量通常超過 800 Da，遠超“Lipinski 五原則”(即 Ro5) 對于藥物口服吸收的限制。
過去的研究多認為這類分子“吸收差”、“難透膜”，其細胞攝取機制尚不明確。正因如此，開發高效、可吸收的 PROTAC 類藥物成為當前藥物化學研究的重大挑戰。
Section.02
重磅發現:
CD36 是介導大分子藥物透膜
的關鍵蛋白
由美國德克薩斯大學健康科學中心、杜克大學、阿肯色大學等機構合作完成的一項研究表明，CD36 (cluster of differentiation 36) 是細胞攝取 PROTACs 和其他 Ro5 規則外屬性 (eRo5/bRo5) 分子的關鍵膜受體。研究團隊利用生物素探針法、基因敲除/敲入技術、UPLC-MS 代謝組學及分子模擬等手段，發現：
CD36 能結合多種 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) 的攝取，并促進其療效。
CD36 缺失會大幅降低這些藥物的細胞攝取效率及靶蛋白降解能力；CD36 表達恢復可顯著提升 PROTAC 的療效。
CD36 介導的攝取依賴于經典的內吞通路 (Rab5/EEA1 早期內體途徑) 。
通過結構修飾提高 PROTAC 分子與 CD36 的結合活性，可以明顯提高 PROTAC 活性。
圖 1. CD36 介導 PROTAC 及優化后 PROTAC 透膜原理 [1]。
Section.03
研究亮點:
從機制到應用的系統性突破
發現 CD36 可識別并內吞多種"大分子藥物"
通過生物素標記的 PROTAC 探針，結合細胞膜蛋白質組篩選，研究者發現 CD36 是多個 PROTAC (如 CRBN-based PROTAC, VHL-based PROTAC) 和其他非傳統小分子藥物 (如 rapamycin、doxorubicin 等) 的結合對象。表明 CD36 不僅限于脂肪酸運輸，其廣譜的配體識別能力使其成為“藥物轉運”的潛在靶點。
CD36 敲除顯著減少 PROTAC 及其他 bRO5 分子的攝入量
通過 shRNAs 降低 LNCaP PCa 細胞中 CD36 表達，構建 shCD36-LNCaP 細胞系，用 10 nM SIM1-Me 或 50 nM ARV-110 對 shCD36-LNCaP 細胞系進行處理，結果發現，與對照相比，SIM1-Me 和 ARV-110 細胞攝入量分別下降了 5.6 倍和 19.6 倍。靶蛋白降解效率也大幅度降低。對 shCD36-LNCaP 細胞毒性也分別下降了 15.8 倍和 423.3 倍。當 CD36 表達恢復后，細胞毒性也隨之恢復。并且，EEA1 的缺失有效地降低了 SIM1-Me 或 ARV-110 的細胞毒性。
這些結果證明：CD36 賴于經典的內吞通路 (Rab5/EEA1 內吞途徑) 實現對大分子藥物攝取。
此外，shCD36 顯著降低 bRO5 分子的攝入和毒性，如下圖所示：
圖 4. ShCD36 逆轉表性 bRo5 藥物在 HCC1806 TNBC 細胞和 22Rv1 PCa 細胞中的細胞毒性 [1]。
增加 PROTAC 或 bRO5 分子對 CD36 的親和力，顯著提高藥效
為提高 PROTAC 藥物對 CD36 的親和力，研究者通過可裂解 linker 在 MZ1 PROTAC 結構上引入可水解的極性基團 (通過添加帶負電荷的羧酸 (-COO?) 的鈉鹽形式、帶正電荷的伯胺 (-NH??) 的Trifluoroacetate形式以及疏水性的中性 (叔丁氧羰基) 氨基 (-N-Boc) 部分)，開發出一系列“前藥型”PROTAC。這些優化后的 PROTAC 分子增強了與 CD36 的親和力，其中優化后分子 MZ1-C14-Na 與 MZ1-C12-NB 相比 MZ1 的細胞內積累量分別提高 22.3 倍和 7.7 倍。相比 MZ1 分子，表現出更強的抗腫瘤活性。在 HCC1806 和 22Rv1 細胞中，超過 60% 的 MZ1-C14-Na 與 MZ1-C12-NB 在 1 小時內轉化為 MZ1。
這表明，通過優化 PROTAC 或大分子結構，增強對 CD36 的親和力，可以提高藥物透膜性。
Section.04
研究意義
1. 藥物發現中的應用
研究發現 CD36 是促進 PROTACs、二價抑制劑及分子量較大藥物攝取的主要受體，范圍從 543 到 2145 Da。因此，在藥物發現中，通過相應受體 (如 CD36) 的細胞攝取應包括在化學內吞劑的檢測流程中。
2. 藥物開發中的應用
本研究發現 CD36 是 PROTAC 及其他大分子進入細胞的通用“載體”，這意味著可以借助結構優化提高 PROTAC 或其他大分子對 CD36 的親和力，進而提高此類化合物的細胞利用度。不過該理論還需進一步研究。
3. 對精準醫療和臨床實踐的應用
CD36 蛋白的突變或缺失可能會影響 PROTAC 藥物活性或耐藥性，此外，一些臨床階段的 PROTACs 或可以通過提高介導受體 (如 CD36) 的親和力，提升其療效。
Section.05
小結
這項發表在 Cell 的突破性研究，將 CD36 定位為 bRo5 類藥物的關鍵內吞受體，并提出了可推廣的“CD36 介導的化學內吞”策略，極大拓展了大分子藥物研發的理論基礎與實踐路徑。隨著越來越多結構復雜的新藥涌現，這項研究提供了一把打開“細胞門”的鑰匙，也為精準醫療、抗癌藥物和 PROTAC 藥物開發奠定了堅實基礎。
但本研究對 CD36 介導的藥物內吞機制僅限于前列腺癌和乳腺癌細胞系，其他細胞類型的 PROTACs 細胞攝取是否普遍需要 CD36 需要進一步研究。
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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.
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