作为细胞感知外界、传递信息以及进行物质交换的分子基础，膜蛋白与胞外蛋白占据了接近40%的人类蛋白质编码基因。它们不仅维持着生命的正常运转，更深度参与疾病进程，因而成为药物开发的重要靶点（近60%的上市药物靶点是膜蛋白或胞外蛋白）。经典的蛋白质靶向降解技术能够打破对功能位点结合的依赖，实现对特定蛋白的选择性清除，为长期以来“不可成药”的靶点提供了突破性干预手段。然而，受限于细胞蛋白质质量控制机制的空间定位，此类靶向降解策略长期局限于胞内靶点，难以触及位于膜上或分泌至胞外的关键蛋白。因此，开拓蛋白质靶向降解技术在跨膜与胞外空间的应用，不仅对于全面解析蛋白质功能网络具有深远的科学价值，更对发展下一代靶向治疗策略具有重大的现实意义，已成为蛋白功能调控与创新药物研发的前沿领域。

2025年11月27日，深圳湾实验室化学生物学研究所陈鹏团队在Science杂志发表题为“Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space” (膜蛋白与胞外蛋白的靶向降解) 的综述文章。该文在全面梳理该领域核心机制、关键技术平台与现存瓶颈的基础上，进一步指出以共价化学、多特异性设计、条件激活以及降解-递送融合为代表的新型策略，将成为突破现有局限、推动技术演进的重要路径。与此同时，首个候选药物进入临床，也标志着该领域正从概念验证迈向实际应用。

传统药物往往通过“抑制”模式干预靶点功能，不仅难以应对缺乏活性口袋的“不可成药”靶点，且往往需要高浓度的药物维持占位，易引发脱靶毒性，难以实现对靶点的高效、长效干预。以PROTAC、分子胶为代表的蛋白质靶向降解技术（TPD, targeted protein degradation），能够通过诱导靶蛋白与泛素-蛋白酶体系统接近并促使其降解，在不依赖功能位点结合的前提下实现对特定蛋白的选择性清除，为长期以来“不可成药”靶点的干预提供了新路径。受限于蛋白酶体系统的空间定位，此类策略长期局限于胞内靶点，无法有效触及膜蛋白与胞外蛋白。然而，近40%基因编码的蛋白是膜蛋白与胞外蛋白，它们在细胞信号转导、免疫应答、物质运输以及细胞间通讯等关键生理与病理过程中发挥着不可或缺的作用，是众多疾病治疗的重要靶标。因此，开发能直接降解这些蛋白的高效干预手段，成为了领域内亟待突破的重大挑战。

膜蛋白与胞外蛋白的靶向降解技术（meTPD, transmembrane and extracellular TPD）正是为了解决这一困境而诞生。不同于经典TPD的简单延伸，该技术的核心是将TPD的基本逻辑与胞内递送技术深度整合。具体而言，meTPD不追求药物分子进入细胞，而是将靶蛋白"拉"入细胞。meTPD利用细胞天然的内吞-溶酶体途径，通过双功能分子设计，一端结合目标蛋白，另一端触发内吞与溶酶体分选，最终使靶蛋白在溶酶体中被降解。这一策略不仅将药物的作用范围拓展至以往无法触及的膜蛋白及分泌蛋白，更实现了从“抑制”到“清除”的根本性转变，为开发针对癌症、自身免疫疾病等的新一代疗法带来了革命性突破。

2025年11月27日，化学生物学研究所陈鹏团队在Science杂志发表题为“Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space” (膜蛋白与胞外蛋白的靶向降解) 的综述文章。该文在全面梳理该领域核心机制、关键技术平台与现存瓶颈的基础上，进一步指出以共价化学、多特异性设计、条件激活以及降解-递送融合为代表的新型策略，将成为突破现有局限、推动技术演进的重要路径。与此同时，首个候选药物进入临床，也标志着该领域正从概念验证迈向实际应用。

图1 膜蛋白与胞外蛋白的靶向降解

该综述的撰写，基于陈鹏团队在过去四年间于该领域发表的一系列开拓性研究工作。以下将结合其研究脉络，回顾该技术体系的演进历程。

通用膜蛋白降解策略GlueTAC

meTPD领域发展初期的代表性策略是LYTAC和AbTAC，两者分别利用细胞膜上的受体CI-M6PR或E3泛素连接酶RNF43，引导目标膜蛋白转运至溶酶体中实现降解。然而，这两种策略均需要细胞表面特定蛋白质（受体或者酶）的表达，因此存在效率受限与细胞类型依赖性强的挑战。针对这一核心问题，陈鹏团队于2021年首次提出了“GlueTAC”策略，实现了受体/酶非依赖、通用的膜蛋白靶向降解（Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation.J. Am. Chem. Soc.2021）。

穿膜肽（CPP）能够通过静电作用与细胞膜相互作用，形成孔隙或直接穿透膜结构，被广泛用于小分子药物、多肽、核酸等各类分子的胞内递送。受到这一机制的启发，研究团队将穿膜肽与溶酶体分选序列（LSS）进行融合，将其改造成为受体非依赖的高效内吞与溶酶体靶向模块CPP-LSS。与此同时，结合遗传密码子拓展技术，研究团队将含有磺酰氟基团的非天然氨基酸定点引入PD-L1纳米抗体，获得了具有共价结合能力的“胶水抗体”（Gluebody）。通过硫氟交换反应（SuFEx），Gluebody能够与靶蛋白PD-L1形成不可逆的共价连接，避免了在后续内吞、降解的过程中可能发生的因解离带来的降解效率降低的问题。

将Gluebody与CPP-LSS通过酶催化反应连接，研究团队最终构建了具有受体非依赖的膜蛋白靶向降解剂——共价纳米抗体嵌合体GlueTAC。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。值得注意的是，GlueTAC在异源移植的小鼠肿瘤模型上实现了强于获批PD-L1单抗的抑瘤效果。

图2 通用膜蛋白降解策略GlueTAC

肿瘤微环境激活型降解策略Pro-MPD

限制meTPD技术转化应用的一个因素是，许多肿瘤相关抗原在正常细胞中也有低水平表达，无差别降解可能导致严重副作用，即“On target, Off tumor”效应。针对这一难题，陈鹏团队2024年报道了一种新的“肿瘤原位激活靶向膜蛋白降解嵌合体”（Pro-MPD），该技术仅在肿瘤微环境内蛋白酶激活穿膜肽后，才会引发靶蛋白的内化和降解。（Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation.J. Am. Chem. Soc.2024）在正常组织中，由于缺乏相关蛋白酶，降解嵌合物仅结合而不降解，从而确保了肿瘤部位的特异性降解。

Pro-MPD的核心改进包括：1. 靶向目标蛋白的双表位双特异性纳米抗体。GlueTAC采用的共价策略效果虽好，但目前尚缺乏用于推向临床转化的大规模制备手段。双特异性纳米抗体通过结合目标蛋白的两个不同表位，能极大地增加亲和力，相对传统单抗具有更好的降解效率。同时，Pro-MPD使用了非阻断PD-L1纳米抗体，确保其生物学活性全部依赖于对肿瘤原位靶蛋白的降解引发，最大程度的减小对正常组织的影响。2. 可被肿瘤微环境蛋白酶切割激活的穿膜肽，负电氨基酸构成的遮蔽肽使穿膜肽暂时失活，只有在肿瘤微环境中被切割后，才会暴露穿膜肽，实现肿瘤靶向和特异性降解。

通过对蛋白酶切割linker设计的优化，Pro-MPD在细胞层面展现出极高的降解活性和免疫细胞激活能力，在小鼠模型上成功展示了其能达到与商业化PD-L1阻断抗体相同的抑制效果，同时带来了更好的肿瘤浸润。原位激活设计带来的肿瘤靶向性使Pro-MPD具备成为新一代肿瘤免疫治疗药物的潜力。

图3 肿瘤微环境激活型降解策略Pro-MPD

B细胞特异性降解策略SelecTAC^B

研究团队进一步探索了具有细胞类型分辨能力降解策略的可能性。许多疾病相关的抗原在不同类型的免疫细胞中同时存在表达，例如CD40在B细胞和树突状细胞中均高表达，然而阻断B细胞中的CD40则更有治疗价值。基于这一需求，陈鹏团队于2025年报道了B淋巴细胞选择性的膜蛋白降解策略SelecTAC^B的开发。（Cell-Selective Targeting Chimeras (SelecTAC^B) for Membrane Protein Degradation on B Cells.J. Am. Chem. Soc.2025）

对于受体依赖的膜蛋白降解策略，其降解效率会受到不同细胞类型中受体表达量差异的影响，因而难以实现通用的膜蛋白降解。但逆转思路，这一表达差异也可以被用于实现特定类型细胞的膜蛋白降解策略开发。研究团队通过生物信息学分析，发现CD22在B细胞中特异性高表达，而在其他免疫细胞中几乎不表达，是理想的B细胞特异性溶酶体靶向受体。通过对靶向CD22纳米抗体的筛选，研究团队优选了其中之二，与B 细胞膜蛋白抗原（包括CD40、ICOSL、BCMA）的靶向纳米抗体融合，构成了B 细胞选择性降解剂SelecTAC^B。后续实验展现了SelecTAC^B优秀的降解效率与选择性，2小时内即可完成B细胞表面CD40的大部分降解，而对T细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞上的CD40表达没有影响。SelecTAC^B第一次解决了膜蛋白靶向降解在免疫细胞上的选择性的难题，有望为自身免疫性疾病的治疗提供更多“精准调控”的可能。

图4 B细胞特异性降解策略SelecTACB

从GlueTAC到Pro-MPD再到SelecTAC^B，陈鹏团队的研究分别解决了meTPD领域的关键瓶颈：共价交联增强靶标捕获与降解效率、肿瘤微环境响应实现脱靶风险控制、特定受体介导降解赋予细胞选择能力。这些系统性探索不仅提升了膜蛋白靶向降解的效率与精准性，更为开发针对膜蛋白的下一代精准疗法提供了理论与技术基础。

深圳湾实验室张衡副研究员与陈鹏研究员为综述论文的共同通讯作者。深圳湾实验室祝融峰副研究员为该综述论文的第一作者。该研究工作得到了深圳湾实验室重大项目的资助。

相关论文信息:

Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space

Covalently Engineered Nanobody Chimeras for Targeted Membrane Protein Degradation

Conditionally Activatable Chimeras for Tumor-Specific Membrane Protein Degradation

Cell-Selective Targeting Chimeras (SelecTACB) for Membrane Protein Degradation on B Cells

原文信息：

Targeted protein degradation in the transmembrane and extracellular space