膜蛋白是细胞间相互作用的主要参与者，在细胞信号转导、分化增殖、应激响应等生命过程中都扮演着极为重要的角色。它们直接影响了包括恶性肿瘤、神经疼痛等诸多疾病的发生发展过程，是一类重要的药物靶标。然而，传统药物通过阻断膜蛋白胞外区与配体的相互作用或抑制其胞内区的活性来发挥作用，往往存在抑制不彻底或诱发耐药性的问题。新兴的蛋白质靶向降解技术（例如PROTAC）为药物开发提供了全新思路，通过特异性降解胞内靶标，直接消除了引起异常表型的蛋白质机器。这一独特的作用机制同样适用于传统意义上的不可成药的靶点，极大地拓展了其成药范围。遗憾的是，PROTAC分子的靶标大多是胞内蛋白，对膜蛋白靶向降解的探索有限。近期，基于 LYTAC和AbTAC的膜蛋白靶向降解技术分别利用细胞膜上的受体CI-M6PR或E3泛素连接酶RNF43将目标膜蛋白转运至溶酶体中降解，然而，这两种策略依赖于细胞表面特定蛋白质（受体或者酶）的表达，目前尚缺乏一种通用型的膜蛋白靶向降解技术。

图1. 膜蛋白及其承担的主要功能

近日，北京大学、生命中心陈鹏、北京大学林坚合作团队在Journal of the American Chemical Society发表了题为“Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation”的论文，报道了一种通用型的膜蛋白靶向降解技术。作者首先发展了不可逆结合抗原的共价单域抗体，并命为GlueBody（抗体胶水），意为像胶水一样粘附在抗原上不发生解离的抗体。在此基础上，他们进一步利用转肽酶介导的偶联反应将促进蛋白质内吞的穿膜肽与GlueBody偶联，获得了不依赖于细胞类型的通用膜蛋白降解分子—GlueTAC。体内外实验结果表明GlueTAC能够降解多种细胞类型表面的免疫检查点蛋白 PD-L1，并展现出比传统阻断手段更为强效、持久的T细胞激活和肿瘤生长抑制效果，在肿瘤免疫治疗中具有巨大的应用前景。

图2. GlueTAC介导膜蛋白内吞和降解示意图

偶蹄类动物（如：羊驼、骆驼等）血液中存在着一类缺失轻链而只有重链的特殊抗体，将重链抗体中结合抗原的结构域分离出来即可以得到单域抗体，也称作“nanobody”。相较于IgG形式的抗体，单域抗体具有结构稳定、组织浸润性好、易于化学修饰等诸多优点。不过单域抗体结合力相对降低，基于非共价单域抗体开发的膜蛋白降解子和膜蛋白复合物在内吞、降解的过程中可能发生抗原解离从而降低降解效率。针对这一难题，陈鹏课题组利用遗传密码子拓展技术，将之前报道的带有原位交联活性基团的共价氨基酸定点引入到单域抗体中，以期实现抗原-抗体的高效、共价结合。达到这一目标的关键挑战是要求单域抗体中的共价氨基酸必须和抗原上的氨基酸残基足够接近，从而在邻近效应驱动下发生原位交联反应。为此作者开发了基于定量质谱的位点筛选策略（MSSP），用于共价单域抗体的快速鉴定，得到了可以同PD-L1共价结合的GlueBody。

图3. 基于定量质谱的靶向PD-L1“胶水抗体（GlueBody）”的筛选和鉴定

另一方面，由于单域抗体结合抗原后的内吞过程受到抗原、结合表位和所处微环境等多个因素的影响。为了加速内吞进程，作者通过酶催化反应高效地在共价抗体上添加了促进内吞和降解的细胞穿膜肽和溶酶体分选序列，最终得到膜蛋白靶向降解子——GlueTAC。随后的实验结果表明，GlueTAC能够在包括肺癌、乳腺癌、黑色素瘤等多种癌细胞中快速介导靶蛋白PD-L1的内吞和在溶酶体中的降解。与非共价的降解嵌合体和单独的GlueBody相比，共价抗体和促进内吞靶向的功能肽对降解效率都有着极为重要的作用，二者在组合中缺一不可。

图4. GlueTAC通过介导PD-L1降解抑制肿瘤生长