《Nature》
许多细胞表面受体的内吞作用是由其内源性配体的结合触发的，这可以改变受体的构象或寡聚化状态，并诱导受体聚集和衔接蛋白的募集，天然内吞作用诱导配体已被用于将细胞外蛋白和膜蛋白靶向溶酶体进行降解。
尽管功能强大，但这些方法具有天然配体可以触发脱靶信号转导的局限性，它们的结合位点可能被现有配体占据和不稳定性以及在某些情况下的修改需求会使制造复杂化，内吞作用的生物正交诱导剂可能具有靶向降解或通过涉及内吞作用的途径启动信号传导的治疗效用，并且可以为研究细胞运输与受体构象和寡聚化状态之间的关联提供强大的工具。已经确定了刺激内吞作用的抗体，但这可能需要对任何靶受体进行大量的经验性筛选。
2024年9月25日，蛋白质设计先驱David Baker 教授团队与2022年诺贝尔化学奖得主Carolyn Bertozzi教授团队合作，从头设计了一类新型蛋白质——EndoTag（endocytosis-triggering binding protein），在此基础上构建了基于人工设计蛋白的溶酶体靶向降解嵌合体——pLYTAC，能够在活细胞中靶向降解大量疾病相关分子靶点，该技术具有巨大的治疗潜力，包括应用于癌症精准治疗以及自身免疫疾病和神经退行性疾病的治疗。
EndoTag（endocytosis-triggering binding protein）
在这项最新研究中，研究人员描述了克服这些挑战的内吞触发结合蛋白 （EndoTags） 的计算设计方法。他们提出了胰岛素样生长因子 2 受体 （IGF2R） 和去唾液酸糖蛋白受体 （ASGPR）、sortilin 和转铁蛋白受体的 EndoTags，并表明将这些标签与可溶性或跨膜靶蛋白结合物融合会导致溶酶体运输和靶标降解。由于这些受体具有不同的组织分布，因此不同的 EndoTag 可以靶向降解到不同的组织。与单独使用抗体相比，EndoTag 与 PD-L1 抗体的融合可显著提高小鼠肿瘤模型中的疗效。EndoTags 的模块化和遗传可编码性使 AND 门控制能够实现更高特异性的靶向降解，以及工程细胞中降解剂的局部分泌。通过促进内吞作用，EndoTag 融合通过工程配体-受体系统将信号转导增加近 100 倍。EndoTags 具有相当大的治疗潜力，可作为靶向降解诱导剂、内吞依赖性途径的信号激活剂以及靶向抗体-药物和抗体-RNA 偶联物的细胞摄取诱导剂。
该研究设计了靶向四种受体系统胰岛素样生长因子2受体（IGF2R）和唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）、分拣受体（sortilin）和转铁蛋白受体（TfR）的人工配体——EndoTag，将其与LYTAC（溶酶体靶向降解嵌合体）技术结合，进而构建了基于人工设计蛋白的LYTAC——pLYTAC，实现对靶蛋白的溶酶体运输和靶向降解。由于这些受体蛋白具有不同的组织分布，因此，不同的EndoTag可以实现对不同组织的靶向降解。EndoTag的基因可编码性，使其可通过治疗性mRNA或基因疗法递送。由于其被被设计为在不干扰天然配体的情况下与特定受体结合，因此可能最大限度地减少脱靶效应。
图1: 内吞作用触发EndoTags的设计策略
细胞表面受体降解
研究团队进一步对两种重要的致病蛋白EGFR和PD-L1进行了验证，EGFR在许多癌症中过表达，利用EndoTag与EGFR结合域的结合，pLYTAC有效降解了EGFR，与现有方法相比，EGFR水平下降更显著。同样，pLYTAC靶向降解了PD-L1，进而增强了肿瘤免疫应答。
图2: 组织特异性pLYTAC对表面受体的降解
结论
使用研究者们的计算设计方法生成 EndoTag 刺激的细胞表面受体内吞作用和运输增强子，未来工作有许多途径。首先，可能有更多的受体靶标在细胞表面适当触发后可以进行快速内吞作用;在不需要天然配体或识别化学修饰的情况下设计内吞刺激剂的能力应该能够利用这些受体的全部范围来实现更多组织限制性靶向和可调节的细胞内运输（不同的受体可能具有不同的细胞内区室停留时间和过渡动力学）。与单独使用抗体相比，接受 EndoTag-抗 PD-L1 融合治疗的小鼠存活率增加，强调了 EndoTag 融合增强拮抗治疗性抗体活性的潜力。除了这里追求的靶向降解应用外，这种设计的内吞刺激剂对于增强核酸（如短干扰 RNA）和小分子药物偶联物的摄取可能具有很大的用途。
其次，可能存在天然信号通路，如合成的 Ortho-SNIPR 系统，可以通过促进受体内吞作用来更有效地激活。通过将 SNIPR 配体与 EndoTag 融合，研究者们实现了 100 倍的最大信号传导效果增强——如果通过将天然信号分子与 EndoTags 融合可以实现类似水平的信号增强或调节，那么在治疗和生物技术中可能有许多应用。
第三，正如使用 co-LOCKR 系统制造逻辑门控蛋白质降解系统和从细胞中分泌 EndoTag 降解剂构建体所说明的那样，从头设计蛋白质的稳健性和模块化以及逻辑门控激活和基于细胞的表达的能力为蛋白质和基于细胞的疗法打开了一扇更精确和可控的靶向降解策略的大门。
总的来说，通过促进内吞作用，EndoTag融合通过经过工程改造的配体-受体系统将信号转导增加近100倍。作为靶向降解诱导剂、内吞依赖性通路的信号激活剂，以及靶向抗体-药物偶联物（ADC）和抗体-RNA偶联物（ARC）的细胞摄取诱导剂，EndoTag具有相当大的治疗潜力。
参考资料：
[1] Huang, B., Abedi, M., Ahn, G. et al. Designed endocytosis-inducing proteins degrade targets and amplify signals. Nature (2024). http://doi.org/10.1038/s41586-024-07948-2.
[2] 百度百科、知云翻译、Nature期刊
2025-06-15
26页
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