PROTAC设计三要素：E3连接酶配体、Linker与靶蛋白配体（附阿拉丁试剂选型指南）
PROTAC设计三要素：E3连接酶配体、Linker与靶蛋白配体（附阿拉丁试剂选型指南）
PROTAC介绍
PROTAC（PROteolysis-TArgeting Chimeras，蛋白降解靶向嵌合分子）是一类杂合双功能小分子化合物，其结构中包含两种不同配体：一端为与细胞内目标蛋白（Protein of Interest, POI）特异性结合的靶蛋白配体，另一端为能结合泛素连接酶E3的配体，两端通过一段化学连接子（linker）相连。PROTAC进入细胞后，首先通过靶蛋白配体与POI结合，同时其另一端配体募集E3连接酶，形成POI–PROTAC–E3连接酶的三元复合物。随后，E3连接酶介导泛素结合酶E2对POI进行多泛素化修饰，被泛素标记的POI被26S蛋白酶体识别并降解。由于PROTAC分子在反应中并不被消耗，只需短暂形成三元复合物即可完成一轮靶蛋白的泛素化，因此PROTAC在细胞内可发挥类似“催化式”的多次循环降解作用。
PROTAC介导靶蛋白降解的作用机制示意图：该图展示PROTAC分子设计后在细胞内发挥作用的典型机制。
E3连接酶配体的选择
目前已被广泛用于PROTAC设计的E3连接酶主要包括CRBN（Cereblon）、VHL（von Hippel-Lindau）、IAP（Inhibitor of Apoptosis Proteins）以及MDM2等。其中，以沙利度胺（thalidomide）、来那度胺（lenalidomide）、泊马度胺（pomalidomide）为代表的CRBN配体，以及一系列小分子VHL配体，是目前应用最广泛的两大类。在实际设计中，通常优先考虑已经具有良好类药性的CRBN或VHL配体，同时需要综合考量目标细胞/组织中相应E3连接酶的表达水平、对整体分子理化性质（如极性表面积、分子量、LogP 等）的影响，以及潜在的耐药风险。
连接子Linker的选择
连接子（linker）负责物理连接E3配体与靶蛋白配体，其长度、柔韧性、极性和拓扑结构都会显著影响三元复合物的形成效率、细胞膜通透性以及整体药代性质。常用的连接子骨架包括聚乙二醇（PEG）链、烷基链以及含芳环或杂环的刚性片段等。理想的连接子应在空间构象上有利于E3连接酶和POI同时结合PROTAC，促进稳定三元复合物的形成，同时避免引入过高的极性或分子量。连接子的连接位点（exit vector）同样至关重要，通常需要结合晶体结构、计算模拟以及构效关系研究进行系统优化。
靶蛋白配体的选择
靶蛋白配体作为PROTAC的“导向模块”，负责对POI的特异性识别和捕获，因此通常需要具备较高的结合亲和力和良好的选择性。在实际开发中，已报道的小分子抑制剂、激动剂或配体往往是最优先考虑的候选结构；对于缺乏已知配体的新靶点，则可通过高通量筛选（HTS）、片段筛选或虚拟筛选等方式寻找结合分子。与传统抑制剂不同，PROTAC靶蛋白配体并不一定必须发挥抑制或竞争性占位作用，只要能特异性结合于靶蛋白并允许合适的连接子引出即可。
PROTAC关键结构模块及试剂选型表
E3连接酶配体及配体-Linker偶联物：PROTAC 设计中常用 E3 连接酶配体与构建块汇总
E3 类型 | 产品品名 | CAS号 | 阿拉丁货号 | 级别和纯度 | 类型 | 典型用途 / 说明 |
CRBN（Cereblon） | 沙利度胺 Thalidomide | 50-35-1 | Moligand™ ≥98% | 经典CRBN 配体（IMiD） | 最早被用作PROTAC中的CRBN配体，常作母核参考或用于早期构效探索。 | |
CRBN | 来那度胺 Lenalidomide | 191732-72-6 | Moligand™ ≥99% | CRBN 配体（IMiD） | 临床二代IMiD，亲和力和类药性优于沙利度胺，是大量CRBN-PROTAC的主流E3端之一。 | |
CRBN | 泊马度胺 Pomalidomide | 19171-19-8 | Moligand™ ≥99% | CRBN 配体（IMiD） | 临床三代IMiD，亲和力更高，是目前PROTAC中使用最广的CRBN配体之一。 | |
CRBN | Thalidomide-O-COOH（Cereblon ligand 3） | 1061605-21-7 | ≥98%(HPLC) | CRBN 配体-COOH | 在沙利度胺4-位通过–O-CH₂–COOH引出羧基，可与含NH₂的Linker/靶蛋白配体缩合，是非常经典的CRBN-PROTAC构建块。 | |
CRBN | Thalidomide-O-amido-PEG4-azide | 2411681-89-3 | ≥98% | CRBN 配体-PEG4-N₃ | 自带PEG4Linker，一端为CRBN配体，一端为叠氮基，可与含炔/DBCO片段CuAAC/SPAAC偶联，用于快速构建CRBN-PROTAC。 | |
CRBN | Pomalidomide-PEG3-azide | 2267306-15-8 | - | CRBN 配体-PEG3-N₃ | 基于泊马度胺的CRBN配体-Linker偶联物，内置3单元PEG和N₃，适合Click与靶蛋白配体偶联。 | |
VHL（von Hippel-Lindau） | VH032 | 1448188-62-2 | - | - | 经典VHL 配体 | 基于羟脯氨酸的VHL/HIF-1α相互作用抑制剂，是最常用的VHLPROTAC配体之一。 |
VHL | (S,R,S)-AHPC（VH032-NH₂；VHL ligand 1） | 2055344-67-5 | - | VHL 配体-NH₂ | 由VH032衍生的VHL配体，带游离氨基，可与多种含羧基Linker/warhead缩合，是当前VHL-PROTAC中非常主流的E3端。 | |
VHL | (S,R,S)-AHPC-PEG3-N₃（又名 VH032-PEG3-N₃） | 1797406-80-4 | ≥95% | VHL 配体-PEG-N₃ | 在AHPC上延长PEG3/PEG4，并引入N₃末端，适合Click与含炔/DBCO的靶蛋白配体偶联。广泛用于激酶类VHL-PROTAC设计。 | |
VHL | (S,R,S)-AHPC-PEG4-N₃（VH032-PEG4-N₃） | 1797406-81-5 | ≥95% | VHL 配体-PEG-N₃ | 同上 | |
VHL | (S,R,S)-AHPC-PEG3-NH₂·HCl（VH032-PEG3-NH₂ hydrochloride） | 2097971-11-2 | ≥95% | VHL 配体-PEG-NH₂ | 不同末端官能团（NH₂/COOH）可灵活连接多种warhead或进一步拼接Linker，是通用VHL构建块家族。 | |
VHL | (S,R,S)-AHPC-PEG4-NH₂·HCl（VH032-PEG4-NH₂ hydrochloride） | 2010159-57-4 | ≥98% | VHL 配体-PEG-NH₂ | 同上 | |
VHL | VH032-PEG3-acetylene（又名 VH032-PEG3-alkyne） | 2098799-80-3 | ≥95%(HPLC) | VHL 配体-PEG-炔 | VH032与短PEGLinker及末端炔基偶联，可与含N₃的warhead通过CuAAC连接，方便模块化合成。 | |
IAP（cIAP1/2, XIAP 等） | Bestatin-amido-Me（PROTAC IAP binding moiety 1） | 339186-54-8 | - | IAP 配体 | 基于Bestatin的IAP配体，是经典SNIPER类降解剂的IAP招募端，可通过Linker连接激酶抑制剂等warhead。 | |
IAP | LCL161 | 1005342-46-0 | ≥99% | IAP 抑制剂/配体 | SMAC模拟物，可结合并抑制多种IAP蛋白，常用作IAP相关PROTAC或双功能分子的配体起点结构。 | |
IAP | BV6 | 1001600-56-1 | Moligand™ | IAP 配体（Smac mimetic） | 经典cIAP1/XIAP拮抗剂，应用最广的Smacmimetic之一，常作为IAP-PROTAC的E3端配体。 | |
IAP | Xevinapant (AT-406) | 1071992-99-8 | Moligand™ ≥98% | IAP 配体（Smac mimetic） | Smacmimetic，拮抗XIAP、cIAP1/2，在多种肿瘤模型中与放化疗联用，也可作为IAP-PROTAC的warhead/E3端。 | |
MDM2 | Nutlin-3 / Nutlin-3a | 548472-68-0 | ≥98% | MDM2 配体 | 经典p53–MDM2相互作用抑制剂，是最早被开发为MDM2-PROTACE3配体的小分子；通常在Nutlin骨架上引入可连接的侧链。 | |
MDM2 | Idasanutlin（RG7388） | 1229705-06-9 | ≥98% | MDM2 配体 | 高效、选择性p53–MDM2拮抗剂，已有多种基于其骨架的MDM2-PROTAC报道，适合作为MDM2配体起点进一步功能化。 | |
MDM2 | Nutlin-3a | 675576-98-4 | ≥97% | MDM2 配体 | 经典MDM2抑制剂，阻断MDM2–p53结合，多数Nutlin类MDM2-PROTAC的母核来源。 | |
MDM2 | Nutlin carboxylic acid（MDM2 ligand 1） | 2249750-27-2 | ≥98% | MDM2 配体-Linker 构建块 | 基于Nutlin-3的MDM2配体，在骨架上引入羧酸，可与Linker/靶蛋白配体缩合，是PROTAC设计中常用的“Linker-就绪”MDM2配体。 |
常用PROTAC Linker：PROTAC设计中常用Linker类型及代表性构建块
Linker 大类 | 产品品名 | CAS号 | 阿拉丁货号 | 级别和纯度 | 官能团/结构特点 | 典型作用/用途 |
PEG 链基础 Linker | PEG3（三聚乙二醇，PEG3） | 67439-82-1 | ≥97%(GC) | HO-(CH₂CH₂O)₃-H，亲水、柔性，长度适中 | 最基础的短PEG骨架，用于自行设计两端官能团、调节 Linker总长度与极性，常作为PROTAC、ADC等的“母链”单元。 | |
氨基 / 羧酸型 PEG Linker | 氨基-四聚乙二醇-羧酸 Amino-PEG4-acid（NH₂-PEG4-COOH） | 663921-15-1 | ≥98% | 一端伯胺，一端羧酸（PEG4），水溶性好 | 经典“NH₂/COOH 双头” PEG4 Linker，可分别与 E3 配体和靶蛋白配体的–COOH/–NH₂缩合，是PROTAC、ADC中非常通用的构建块。 | |
| Fmoc-NH-PEG2-COOH（Fmoc-8-amino-3,6-dioxaoctanoic acid） | 166108-71-0 | ≥97% | Fmoc 保护氨基 + PEG2 + 羧酸，可脱 Fmoc 暴露 –NH₂ | 既是常用ADC Linker，也被推荐为基于PEG的PROTAC Linker；适合固相或分步合成中精细调节Linker长度与位点。 | |
| Fmoc-NH-PEG3-COOH | 867062-95-1 | ≥97% | Fmoc 保护氨基 + PEG3 + 羧酸，长度略长 | 同样用作可降解ADC / PROTAC Linker，适合在固相或溶液中逐步延长PEG 链，优化三元复合物空间匹配。 | |
| Fmoc-PEG4-NHS ester | 1314378-14-7 | ≥95% | 一端 Fmoc 保护氨基，一端 NHS 活性酯（PEG4） | 适合先用NHS端与含–NH₂ 的片段偶联，后期再脱 Fmoc 引出第二个氨基，构建“带隐藏氨基”的高级 Linker 结构。 | |
Click 型：叠氮 / 炔 / DBCO | 叠氮-PEG3-胺 Azido-PEG3-amine（Amino-PEG3-azide） | 134179-38-7 | ≥98% | 一端伯胺，一端叠氮，PEG3 骨架 | 典型双功能 Click + 酰胺缩合 Linker：–N₃ 端可与炔基或DBCO做 CuAAC/SPAAC，–NH₂端与–COOH/NHS缩合，是PROTAC 与生物偶联中非常常用的 Linker。 | |
| 叠氮-PEG4-NHS 酯 Azido-PEG4-NHS ester | 944251-24-5 | ≥95% | 一端叠氮，一端 NHS 酯，PEG4 | 广泛应用的异双官能团 PEG Linker：NHS端先与含 –NH₂的配体偶联，再通过 –N₃与炔基/DBCO另一端偶联，适合模块化拼装PROTAC。 | |
| 炔基-PEG4-NHS 酯 Alkyne-PEG4-NHS ester | 1428629-70-2 | ≥97% | 一端末端炔（–C≡CH），一端 NHS，PEG4 | 与上方互补：NHS端接胺，炔基端再与叠氮化E3/靶蛋白配体进行 Click，常用于构建炔–叠氮型PROTAC Linker。 | |
| DBCO-PEG4-NHS ester（二苯并环辛炔-PEG4-NHS 酯） | 1427004-19-0 | ≥95% | DBCO + PEG4 + NHS，典型无铜 Click 试剂，被明确标注为 PROTAC Linker | 非常常见的DBCO类PROTAC Linker：NHS端接胺类配体，DBCO端再与含N₃ 的 E3 或靶蛋白配体做SPAAC，无需Cu催化，适合细胞环境下构建或后修饰。 | |
| 生物素-PEG3-叠氮 Biotin-PEG3-azide | 875770-34-6 | ≥95% | 生物素 + PEG3 + 叠氮，可 Click 到炔基 | 常用于PROTAC设计中的工具型Linker（例如 Pull-down、探针化），将PROTAC 或配体用生物素标记，便于链霉亲和素富集和检测。 | |
巯基 / 马来酰亚胺型 Linker | 马来酰亚胺-PEG4-NHS 酯 Maleimide-PEG4-NHS ester | 756525-99-2 | ≥98% | 一端马来酰亚胺（巯基反应），一端 NHS（胺反应），PEG4 | 典型–SH / –NH₂交联 Linker：可把含Cys的肽/蛋白与小分子（或 E3/POI 配体）快捷双向连接，也可用于构建含巯基的PROTAC或双特异性分子。 | |
简单烷基 / 芳香刚性 Linker | 己二酸 Adipic acid（1,6-己二酸） | 124-04-9 | 超纯级 ≥99.5%(HPLC) | 直链 C₆ 二羧酸，提供较短、适度柔性的疏水烷基 Linker | 简单、成本低的 C₆ 烷基间隔体，可与二胺缩合形成脂肪族酰胺 Linker，有助于降低极性、增加疏水性，可与 PEG Linker 组合使用。 | |
| 1,6-己二胺 1,6-Hexanediamine | 124-09-4 | ≥99.5% | C₆ 直链二胺，可与二酸或活性酯缩合 | 用作柔性的烷基二胺 Linker，常与二羧酸或活化酯配套构建直链烷基连接子，调节PROTAC的疏水性和刚柔性。 | |
| 对苯二胺 p-Phenylenediamine | 106-50-3 | ≥99%(GC) | 1,4-苯环二胺，刚性芳香结构 | 典型 刚性芳香 Linker 单元，可通过与二羧酸或异氰酸酯进一步延伸为“p-苯撑”型刚性 Linker，用于需要限制构象、拉开 E3 与靶蛋白空间关系的设计中。 |
PROTAC 设计中常见与重要靶蛋白配体汇总
靶点家族 | 代表靶蛋白 | 产品品名 | CAS号 | 阿拉丁货号 | 级别和纯度 | 作用/说明（作为PROTAC warhead） |
BET 溴结构域 | BRD2/3/4 | (+)-JQ1 | 1268524-70-4 | ≥98%(HPLC) | 经典BET溴结构域小分子抑制剂，用于多种BRD4/BET PROTAC的warhead，是最常见的BET目标蛋白配体之一。 | |
BET 溴结构域 | BRD4 | JQ-1 (carboxylic acid) | 202592-23-2 | ≥96% | JQ1羧酸衍生物，预留–COOH 作为Linker引出位点，专门用于合成BRD4 PROTAC，是经典BRD4靶蛋白配体构建块。 | |
酪氨酸激酶 | BTK | 伊布替尼 Ibrutinib | 936563-96-1 | Moligand™ ≥98% | 标准BTK抑制剂，是BTK-PROTAC中使用最广的 arhead，小分子与BTK Cys481共价结合，已被大量BTK降解剂工作采用。 | |
多靶激酶 | BCR-ABL / Src / c-Kit 等 | 达沙替尼 Dasatinib | 302962-49-8 | Moligand™ ≥99% | 口服多靶点激酶抑制剂，在多篇工作中被用作激酶 PROTAC 的 warhead，用于降解 BCR-ABL、Src 等多种激酶。 | |
CDK | CDK4 / CDK6 | 帕博昔利 Palbociclib | 571190-30-2 | ≥99% | 选择性CDK4/6抑制剂，被广泛用作CDK4/6-PROTAC的warhead，用于选择性降解 CDK6或同时降解CDK4/6。 | |
CDK | CDK2 / CDK7 / CDK9 | SNS-032 (BMS-387032) | 345627-80-7 | Moligand™ ≥98% | 强效CDK2/7/9抑制剂，其中对CDK9抑制最强，是THAL-SNS-032等CDK9 PROTAC中常用的warhead。 | |
受体酪氨酸激酶 | EGFR | 吉非替尼 Gefitinib | 184475-35-2 | Moligand™ ≥99% | 经典EGFR-TKI，多款EGFR PROTAC以其为EGFR配体端，连接VHL/CRBN配体实现 EGFR降解。 | |
受体酪氨酸激酶 | HER2 / EGFR | 拉帕替尼 Lapatinib | 231277-92-2 | Moligand™ ≥99% | HER2/EGFR双靶向TKI，可作为HER2/EGFR warhead骨架进行PROTAC设计，用于降解HER家族受体。 | |
雄激素受体 | AR | 恩扎鲁胺 Enzalutamide | 915087-33-1 | Moligand™ ≥98% | AR拮抗剂，多篇工作采用Enzalutamide衍生物作为 PROTAC warhead，构建 AR 降解剂以克服传统 AR 抑制剂耐药。 | |
雌激素受体 | ERα | 4-羟基他莫昔芬 4-Hydroxytamoxifen (4-OHT) | 68047-06-3 | Moligand™ ≥98% | 他莫昔芬活性代谢物，高亲和力 ERα 配体，是 ER-PROTAC 中常用的 warhead，用于选择性降解 ERα。 | |
BCL-2/BCL-XL | BCL-2 / BCL-XL | ABT-263 (Navitoclax) | 923564-51-6 | ≥98% | BCL-2/BCL-XL双抑制剂，是BCL-XL PROTAC（如 DT2216）常见warhead起点之一，通过与VHL配体连接可实现选择性BCL-XL降解。 | |
BCL-2 | BCL-2 | ABT-199 (Venetoclax) | 1257044-40-8 | Moligand™ ≥99% | 高选择性BCL-2抑制剂，被用于设计BCL-2定向PROTAC，用以增强对BCL-2依赖型血液肿瘤的杀伤。 | |
HDAC | HDAC1/2/3/6 等 | 伏立诺他 Vorinostat (SAHA) | 149647-78-9 | Moligand™ ≥99% | 首个上市的广谱HDAC抑制剂，结构简单、易于改造，常被用作HDAC-PROTAC中的 warhead，尤其是HDAC6降解剂设计。 | |
HDAC | HDAC 多亚型 | 帕比司他 Panobinostat (LBH589) | 404950-80-7 | Moligand™ ≥98% | 高效泛HDAC抑制剂，文献中常作为HDAC3/HDAC6等靶点的PROTAC warhead，用于探索HDAC下游功能。 |
危险品化学品经营许可证（带存储）