Science綜述｜陳鵬團隊系統闡述膜蛋白與胞外蛋白靶向降解技術（meTPD）

作為細胞感知外界、傳遞信息以及進行物質交換的分子基礎，膜蛋白與胞外蛋白占據了接近 40% 的人類蛋白質編碼基因。它們不僅維持著生命的正常運轉，更深度參與疾病進程 ，因而成為藥物開發的重要靶點 （近 60% 的上市藥物靶點是膜蛋白或胞外蛋白） 。經典的蛋白質靶向降解技術能夠 打破 對功能位點結合的依賴，實現對特定蛋白的選擇性清除，為長期以來 “ 不可成藥 ” 的靶點提供了突破性 的 干預手段。然而，受限于細胞蛋白質質量控制機制的空間定位，此類靶向降解策略長期局限于胞內靶點，難以觸及位于膜上或分泌至胞外的關鍵蛋白。因此，開拓蛋白質靶向降解技術在跨膜與胞外空間的應用，不僅對于全面解析蛋白質功能網絡具有深遠的科學價值，更對發展下一代靶 向治療 策略具有重大的現實意義，已成為當前化學、生物、醫學等多領域 的 交叉前沿。

2025 年 11 月 27 日，深圳灣實驗室 / 北京大學陳鵬團隊在 Science 雜志發表 綜述 論文

Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space

引言： 從 “ 胞內降解 ” 到 “ 全空間覆蓋 ”

現代藥物開發長期受制于 “ 占據驅動（ Occupancy-driven ） ” 的藥理學模式，即依賴藥物分子持續占據靶蛋白的功能位點。這種模式不僅難以應對缺乏活性口袋的 “ 不可成藥 ” 靶點，且往往需要高濃度的藥物 維持占 位，易引發脫靶毒性。

靶向蛋白降解（ TPD , Targeted Protein Degradation ）技術（如 PROTAC , PROteolysis-TArgeting Chimera ）的出現，通過誘導靶蛋白 與泛素 - 蛋白酶體系統（ UPS ）的接近及后續降解，將藥物作用模式轉變為高效的 “ 事件驅動（ Event-driven ） ” 模式，徹底改變了這一格局。 然而， 經典 TPD 技術存在一個根本性的空間局限： 其依賴的降解機器（蛋白酶體）位于胞內，難以觸及占據人 類蛋白質組約 40% 的膜蛋白及胞外分泌蛋白。

簡單地提升 PROTAC 分子的膜通透性無法解決這一空間錯位。 胞 外分泌蛋白自不必說， 許多 膜蛋白 的 胞內結構域 為無序結構，難以獲取合適的結合劑來構建 PROTAC 分子。 要解決膜蛋白與胞外蛋白的降解問題，必須建立一套全新的機制 ——膜蛋白與胞外蛋白靶向降解（meTPD, transMembrane and Extracellular TPD ）。

圖 1. meTPD 與經典胞內 TPD 的作用機制對比

meTPD 的 技術邏輯 ： TPD 與胞內遞送技術的深度整合

meTPD 的 核心特征在于，它并非 PROTAC 等技術的直接改編，而是將 TPD 的基本邏輯與蛋白靶向、胞內遞送技術深度整合，形成的一條全新路徑。 具體而言， meTPD 不追求藥物分子進入細胞， 而是將靶蛋白“ 拉” 入細胞 。 meTPD 利用細胞天然 的內吞 - 溶酶體途徑，通過雙功能分子設計， 一端結合目標蛋白，另一端觸發 內吞與 溶酶體分選， 最終使靶蛋白 在溶酶體中被降解。 根據 觸發內吞的 機制不同，現有技術主要分為兩大類：

1. 依賴細胞表面蛋白的降解策略

這類策略 利用細胞表面已有的受體或跨膜蛋白 作為內吞媒介 。

• 內化受體依賴型

該策略 的核心是 直接利用 細胞自身的天然運輸系統 。 首個問世的 meTPD 技術 ——LYTAC （ LYsosome-TArgeting Chimera ）正是如此：它 利用甘露糖 -6- 磷酸（ M6P ）修飾 的糖鏈 與 細胞膜上的 陽離子非依賴型 M6P 受體（ CI-M6PR ） 結合 ， 將靶蛋白 牽引至溶酶體 進行降解 。 這本質上是 分子橋接概念（ TPD 的核心）與受體 介 導的內吞（生物遞送的經典手段） 的成功融合 。 此后，研究者 們 基于同一邏輯， 陸續開發了約 10 種 利用 不同內吞受體 的降解系統 。例如，它們可以靶向肝細胞 高表達 的 ASGPR 、腫瘤細胞 高表達 的轉鐵蛋白受體 TfR ，或 B 細胞 高表達 的 CD22 。這種多樣化的受體選擇，使得降解劑能 夠實現組織或細胞類型 的 特異性靶向，這是單純優化 PROTAC 分子難以實現的獨特優勢。

• 膜E3 連接酶依賴型

研究者借鑒 PROTAC 的 核心思想 ，開發了 如 AbTAC 和 PROTAB 等策略，通過雙特異性抗體同時結合 細胞膜上的 靶蛋白與跨膜 E3 連接酶（如 RNF43 、 ZNRF3 ），引發靶蛋白 泛素化 與降解。 盡管 AbTAC 和 PROTAB 在 “ 招募 E3 連接酶 ” 這一點上與 PROTAC 思路相似，但它們之間存在關鍵區別：前者降解的是細胞表面的膜蛋白，并且最終是利用溶酶體，而非蛋白酶體來完成降解 。 這一轉變體現了 技術融合帶來的路徑切換： 泛素化 標簽的作用不再是招募蛋白酶體降解，而是變成了驅動靶蛋白進入溶酶體的分選信號 。 該策略保留了 TPD 的催化特性， 即使 E3 連接酶含量不高，也能高效降解靶蛋白 。然而，由于 其作用機制依賴于細胞內的 泛素化 過程 ，該 策略目前僅適用于跨膜蛋白，而無法作用于細胞外的分泌蛋白。

圖 2. 依賴細胞表面蛋白的 meTPD 策略

2. 不依賴細胞表面蛋白的降解策略

以 GlueTAC 和 SignalTAC 為代表的這類降解劑，展現了更強的技術交叉特性。它們不依賴特定的細胞表面受體，而是將 穿膜肽 （ CPP ）的內化功能與溶酶體分選序列（ LSS ）的靶向功能模塊化 集成至靶蛋白 的抗體上。 通過這種方式， 降解劑本身成為 " 載體 " ，主動完成從膜識別到溶酶體投遞的全過程 。

GlueTAC 采用酶促連接的方式，將能共價結合靶蛋白的納米抗體與 CPP-LSS 組合在一起。 SignalTAC 則通過基因編碼，直接將 CPP 和 LSS 融合到抗體中。除了 CPP-LSS 策略，基于聚乙烯亞胺（ PEI ）或納米顆粒 觸發內吞的 方法也相繼被開發出來。 這些設計實質上是在單分子層面構建了一個自主遞送系統，其設計邏輯更接近工程化的藥物遞送載體，而非傳統 TPD 技術中的小分子優化。相比依賴細胞表面蛋白的策略，此類設計的最大優勢是適用性廣，不受細胞類型限制；但其挑戰在于，高濃度下可能導致非特異性膜結合和毒性。

圖 3. 不依賴細胞表面蛋白的 meTPD 策略

技術融合帶來的獨特挑戰

meTPD 的混合屬性也使其面臨經典 TPD 未遇到的難題：

第一， 降解動力學的滯后性 。 經典 PROTAC 的起效時間通常在 1-4 小時 ，而 meTPD 需經歷 " 結合 - 內吞 - 分選 - 降解 " 的 多步過程，通常需要 6-48 小時才可達成高效降解 ， 胞內運輸過程 成為了 meTPD 的限速步驟。 不過， 對于某些位于細胞膜表面的靶蛋白，只要阻斷它們與細胞外環境的接觸就足以抑制其功能。針對這類蛋白， meTPD 介 導的內吞作用能夠迅速起效 （如 LYTAC 在 1 小時內 引發顯著 的內吞反應 ） 。通過 快速將靶蛋白 從細胞膜上剝離，即可有效實現對其功能的抑制。

一種與現有 meTPD 策略不同，更接近經典 TPD 的思路是 將靶向 納米抗體與工程化蛋白酶融合，直接在胞外切割靶蛋白。 作為原型技術，該策略 可在 1 小時內清除 99% HER2 ，但 受到蛋白酶活性與特異性的限制， 該策略 暫時難以成為普適性的 meTPD 方法 。

第二，缺乏通用優化指南。 經典 TPD 的優化可聚焦于親和力、 L inker 長度等分子參數 ， 而 meTPD 涵蓋從小分子、多肽到抗體、納米顆粒等多種形態。分子結構（如 Linker 長度、價態）、靶蛋白的理化性質以及細胞背景的異質性，使得建立通用的優化原則極為困難。 例如， 同為雙價抗體設計，在 AbTAC 中 異源二價 （ Knob-into-hole ）更優，而在 TransTAC 中則是對稱二價勝出。

第三， 機制解析的復雜性 。 經典 TPD 的機制研究相對集中（ 泛素化 、蛋白酶體）。而 meTPD 不僅需要 解析內吞途徑 、囊泡分選、受體循環等多個細胞生物學過程，還需要關注不同策略誘導 內吞機制 上的差異。 近期針對 LYTAC 的 CRISPR 篩選發現， Retromer 復合物和 Cullin-3 修飾等在其中起到了關鍵的調控作用，凸顯了細胞運輸網絡的核心地位。但 多數研究 依然僅停留在現象層面 ，對分子機制的細節了解有限。

另外，“ 鉤狀效應” （ hook effect ）在 meTPD 中也呈現了復雜的表現。鉤狀效應在經典 TPD 中普遍存在，即當降解劑濃度過高時，二元復合物形成優先于三元復合物，導致降解效率下降。但對于 meTPD ，不同系統對鉤狀效應的敏感性各異，其機制尚未完全闡明。

技術演進與 拓展 ：下一代 meTPD 的工程化改造

針對 meTPD 技術的 不 足之處， 研究 者 正從四個方向優化 meTPD 的性能，使其更安全、更精準、更高效：

• 共價降解劑： 受 到 共價抑制劑啟發，研究 者 在降解劑中引入 磺 酰氟等化學彈頭，通過硫氟交換反應（ SuFEx ）與靶蛋白形成不可逆 的共價 連接 ， 使靶蛋白 被 " 粘牢 " 并持續遞送至溶酶體。這種 “ 粘牢 ” 的效果帶來了顯著優勢：它不僅 提升了降解 的 效率 和 持久性， 還能有效解決對弱親和力靶蛋白的結合難題 ， 并 防止靶蛋白在 進入溶酶體前的運輸過程 中解離逃逸 。因此，共價策略能實現更深度的蛋白降解，并 拓寬 可 靶向 的蛋白 范圍 。 一個典型的例子是 GlueTAC 在降解 PD-L1 蛋白時，其效果優于采用非共價策略的 SignalTAC ，充分體現了這一策略的效力。

圖 4. 共價 meTPD 策略

• 多特異性降解劑： 得益 于 meTPD 降解劑的模塊化特性，將 針對不同靶點的配體 連接起來，可以構建出多特異性降解劑，從而同時降解多個靶點蛋白（例如 PTK7 與 Met ）。 同樣地，將多種降解模塊組合在一起，則能夠增加 誘導內吞的 途徑，提高對單一靶點的降解效率。更重要的是，這種多模塊設計還能創造出全新的治療功能。例如， OMV-LYTAC 將降解劑 與 細菌外膜囊泡 進行偶聯 ， 不僅能降解 PD-L1 蛋白，還能利用 囊泡 激活 機體 免疫系統， 實現 " 降解 + 免疫 " 的 協同 抗腫瘤效應， 其療效超越了 單一 療法 。

圖 5. 多特異性 meTPD 策略

• 條件激活型降解劑： 借鑒前藥 的 設計理念， Pro- meTPD 將 穿膜肽用 可被腫瘤微環境（ TME ） 高表達 蛋白酶（如 MMP2/9 ）切割的遮蔽 肽 覆蓋，僅在腫瘤組織激活降解功能。這種設計將三元復合物的形成從同步 過程 轉為 先后有序的步驟 ， 克服了因劑量過高導致的 “ 鉤狀效應 ” ，有效避免了在正常組織中的誤傷 。 另一項創新是 Co-LOCKR 系統的引入 ，它為 meTPD 帶來了 " 與門 " 控制 邏輯。經過設計的多模塊降解 劑 只有 在 HER2 與 EGFR 這兩個靶點 同時存在時，才會組裝成完整的靶蛋白 - 內吞受體 降解復合物 。這種設計實現了對蛋白降解更精細的調控。

圖 6. 條件激活 meTPD 策略

• 降解劑- 藥物偶聯物（ DDC ）： 抗體 - 藥物偶聯物（ ADC ） 作為一種新型的癌癥治療手段，正逐漸嶄露頭角，被寄予厚望 ，但其開發受限于抗體本身 的內吞效率 ，通常需要 尋找內吞能力 強的抗體，以確保藥物被有效攝取并降低對正常組織的毒性。 而基于 meTPD 技術開發的 DDC ， 在藥物遞送 方面 具有天然的優勢。 它不僅能高效地將治療載荷送入細胞，還能在過程中降解腫瘤相關的抗原，從而實現 “ 藥物殺傷 ” 與 “ 抗原清除 ” 的雙重協同療效 。 與 ADC 相比 ， DDC 的內化 過程 更 為 穩定 ， 且不受靶點表達水平 的 限制 。此外，其遞送的應用范圍也更為廣闊。除了傳統的毒素分子， DDC 理論上 還 能 遞送示蹤劑、抗原肽等多種類型的載荷 ， 有望發展成為一個 功能集成的分子平臺。

圖 7. 降解劑 - 藥物偶聯物

應用現狀與展望： 從概念驗證邁向臨床現實

不僅限于工具開發，多項研究已經開始探索 meTPD 的轉化潛力，其中 一部分 由藥企 主導 ：

• 自身免疫病： Biohaven 開發的 IgG Fc 降解劑 BHV-1300 已進入 I 期臨床，可在 2-3 天內清除 80% 致病 IgG ，顯著快于現有 FcRn 抑制劑。 Lycia Therapeutics 的 IgE 降解劑 cataLYTAC 在非人靈長類中可實現 >98% 清除并持續兩周，效果超越標準療法。
  

• 腫瘤免疫 ： 針對 PD-L1 、 EGFR 等靶點的降解劑在動物模型中表現出了優于抗體的療效。

• 代謝與神經疾病： Novartis 正在嘗試 PCSK9 的靶向降解。報道顯示三種 ASGPR 介 導的 PCSK9 降解策略均在小鼠中實現了加速清除。值得注意的是，其中親和力較低的設計反而因降解劑循環時間延長而效果更佳。此外，由于 TfR 、 RAGE 等內吞受體同時也能 介 導血腦屏障穿越，一部分 meTPD 策略已經展示出了穿透血腦屏障，降解腦內靶蛋白的潛力。

近年來，經典 TPD 降解 劑相關 的臨床實驗正逐步增加，可以期待未來 meTPD 能為不可成藥的膜蛋白靶點提供全新的治療方案。 以 EGFR 的突變體 EGFRvIII 為例，其胞 外結構域 缺失導致 EGF 非依賴的常時激活。由于激活與配體的結合無關，自然也無法通過傳統抗體阻斷的形式進行抑制。 理論上 meTPD 可以無視降解劑的結合表位，直接清除整個蛋白，實現對這一不可成藥靶點的抑制效果。

在臨床應用之 外， meTPD 也可以作為 研究工具 ， 實現快速蛋白敲低，與 CRISPR 、 RNAi 等 形成互補。 一方面 meTPD 側重于降解已合成的蛋白，對表達周期較長的蛋白具有更好的 清除效果，而 RNAi 則抑制蛋白的新合成，兩者在功能上互為補充。另一方面， meTPD 也可以作為 RNA 的遞送載體，提升 mRNA 沉默的效果。

圖 8. meTPD 的應用前景。（ A ） meTPD 正被開發用于各類疾病的新型治療方案開發；（ B ） meTPD 能通過降解直接清除不可成藥的膜蛋白靶點；（ C ） meTPD 能夠與基因層面的工具互補，通過快速蛋白 敲低用于 基礎研究。

總結

meTPD 通過整合靶向遞送與降解機制， 成功將 TPD 的應用版圖 拓展至膜蛋白 與胞外空間， 為膜蛋白和 胞外 蛋白的調控提供了新途徑。盡管降解動力學、優化原則與分子機制等挑戰仍需攻克，但首個進入臨床的候選藥物標志著該領域 正 從概念驗證邁向實際應用。隨著共價化學、多特異性設計及條件激活 等 策略的成熟， meTPD 有望拓展可成藥靶點的邊界，并在基礎研究與臨床治療中發揮更重要的作用。

10.1126/science.adx5094

制版人： 十一

參考文獻

1. Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space （ https://doi.org/10.1126/science.adx5094 ）

2. Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation （ https://doi.org/10.1021/jacs.1c08521 ）

3. Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation （ https://doi.org/ 10.1021/jacs.4c06160 ）

4. Cell-Selective Targeting Chimeras ( SelecTAC B ) for Membrane Protein Degradation on B Cells （ https://doi.org/ 10.1021/jacs.5c09630 ）

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