蛋白質降解途徑在生物體內主要負責回收多餘或失去功能的胞內蛋白質，來維持細胞內能量的穩定。利用此自然機制所設計的蛋白質降解藥物，預期能克服傳統拮抗劑藥物在專一性不足 、作用範圍受限於特定膜蛋白區域、以及基因調控應用受限等問題 [1]，進一步提升治療標靶的選擇性，同時降低副作用，為精準醫療開啟新契機。
為了有效導入目標蛋白進入胞內降解途徑，雙特異性抗體可同時結合不同抗原的特性，成為重要的工具。其一端辨識目標蛋白 （Protein of interest, POI），一端為 E3 泛素-蛋白連接酶 （E3 ubiquitin ligase），可引導目標蛋白並促使其進入溶酶體途徑代謝（Lysosome degradation）。為了盡可能提高蛋白質降解效率，本篇作者團隊開發出雙特異性抗體結構，稱為轉鐵蛋白受體標靶嵌合體（Transferrin Receptor Targeting Chimeras, TransTACs），以癌細胞表面之轉鐵蛋白受體（Transferrin Receptor, TfR）作為工具受體，來結合目標蛋白。會選擇 TfR 是因為其在腫瘤細胞中的表現量遠高於正常細胞，並且具有高度且持續性的溶酶體組織蛋白酶 Cathepsin 介導胞吞作用，能有效驅動與目標蛋白結合的複合體，進入細胞內 (Internalization)，提高蛋白質降解效率。
作者團隊在開發 TransTAC 雙特異性抗體構型時，採用雙價（bivalent, v0.2） 而非單價（monovalent, v0.1），因為同源二聚體形式（homo dimer） 抗體固定區（Fragment crystallizable, Fc） 能穩定地與 TfR1 同源二聚體結合，促進交聯（crosslinking ）形成穩定的 internalization 聚合體 [圖一]。另外，TfR 本身蛋白質降解途徑的特性是會回收溶酶體 （lysosome）再回到細胞表面上，為了阻止回收機制，插入可被組織蛋白酶切斷的的連接橋段 （Cathepsin cleavable linker），來促使 POI 端進溶解酶代謝降解 [圖二]。接著，作者團隊再把結合 TfR 端替換成抗 TFR 的單鍊可變片段（single-chain variable fragment， scFv），來提升在細胞內的累積量 [2, 3]，加上 Cathepsin cleavable linker，形成最後構型 v1.0。在上述改良構型的過程中，作者團隊以 anti-CD19 CAR 為目標蛋白，驗證此 TransTACv1.0 能夠高效率誘導膜蛋白 TfR 進入溶解酶代謝途徑。進一步證實此構型能有效抑制 CAR-T 細胞活性，作為潛在調控 CAR-T 毒性的工具。
除了 CAR，作者團隊還將 TransTAC 應用在常見的標靶上，包含免疫檢查點蛋白 PD-L1 [註一]、表皮生長因子受體（EGFR）[註二]、以及 B 細胞抗原 CD20 [註三]。作者團隊分別驗證其誘導目標蛋白的降解，例如 (1) 在 MDA-MB-231 乳癌細胞中誘導達 85% 的 PD-L1 降解; (2) 利用 anti-EGFR affibody 製成的 TransTAC 在 A549 肺癌細胞中誘導高達 80–90% 的 EGFR 降解; (3) 使用 Rituximab 衍生的 Fab 製成的 TransTAC，在 Raji 淋巴瘤細胞中誘導高達 98% 的 CD20 降解，可應用在治療非霍奇金淋巴瘤與自體免疫疾病 [4]。上述結果皆顯示了 TransTAC 的可塑性與可調控性，能夠廣泛運用到其他膜蛋白中，在臨床上具有很高的應用價值。
然而，EGFR 突變而產生抗藥性仍是現今癌症治療的挑戰之一，作者團隊設計利用 EGFR 突變點及其變異型 (variants) 為靶點的 EGFR-affibody based TransTAC，在多種 EGFR 突變型的肺癌細胞株中觀察到能有效降解 EGFR 蛋白，包含對第一到第三代 EGFR-TKI 藥物 [註二] 產生抗藥性的 Del19、T790M、C797S 等突變細胞。與傳統的 TKIs 和單株抗體 (如 Cetuximab [註四] ) 相比，EGFR-TransTACs 展現廣泛且持久的抑制效果，且對正常細胞影響有限。
評估 EGFR-TransTAC 在小鼠實驗實驗中的毒性與半衰期，結果顯示施打 10 mg/kg 劑量後並未引起體重減輕或血液毒性，顯示其具有良好的耐受性與安全性；同時，其血中半衰期達16.6天，約為對照組的兩倍，並在腫瘤組織中累積量遠高於其他正常組織。進一步於 EGFR Del19/T790M/C797S 突變異種移植小鼠模型中進行治療實驗，每 2 至 3 週施打一次後可觀察到顯著的抗腫瘤效果，9隻小鼠中的 4 隻其腫瘤幾乎消失 [圖三]，且僅在 EGFR-TransTAC 實驗組中觀察到 EGFR 的降解，證實其具有體內（in vivo）的抗腫瘤活性。
綜觀上述，作者團隊所開發的新型降解平台 — TransTAC 雙特異性抗體結構，能夠同時結合目標蛋白，以及高度表現於癌細胞表面的 TfR，藉由 TfR 活躍且選擇性高的胞吞與溶酶體代謝機制，有效誘導目標蛋白降解。另外，作者團隊還驗證 TransTAC 在多種治療標靶上的應用，其中，在 EGFR 突變所產生抗藥性的模型中，EGFR-TransTAC 不僅能克服傳統藥物的抗藥性，在動物實驗中也顯示良好藥效及安全性。此技術以溶酶體途徑代謝機制，提供一種具廣泛適用性、選擇性高且潛在副作用低的創新蛋白質降解策略，展現新一代蛋白質降解藥物的臨床發展潛力。
圖一、
a. TransTAC 誘導膜蛋白降解機制。TransTAC 可同時結合 TfR1 與目標蛋白 POI 並形成聚合體，此聚合體被胞吞內吞後，溶酶體組織蛋白酶 Cathepsin 會切斷 TransTAC，讓 POI 被釋放並導向溶酶體代謝。
b. TransTAC 雙特異性抗體構型，一端為 anti-POI binder，一端為 anti-TfR1，以及可被組織蛋白酶切斷的 Cathepsin 連接橋段
（圖片來源：原文 Figure 1a and b https://doi.org/10.1038/s41586-024-07947-3)
圖二、TransTAC 引入 Cathepsin 連接橋段的設計，可使目標蛋白聚合體在 Early endosome 中被切斷，與 TfR1 分離避免回收再循環路徑，而是進入溶解酶代謝途徑
（圖片來源：原文 Figure 2g 並在圖中標註 https://doi.org/10.1038/s41586-024-07947-3)
圖三
h. 施打 EGFR-TransTAC 的小鼠組別，與對照組相比，腫瘤生長受到明顯抑制
i. 比較第 42 天取得的腫瘤組織大小，EGFR-TransTAC 組別具有顯著的抗腫瘤效果
（圖片來源：原文 Figure 5h and i https://doi.org/10.1038/s41586-024-07947-3)
註一：PD-L1 (Programmed cell death 1 ligand 1)：細胞程序性死亡-配體 1。PD-L1 是一種免疫檢查點，表現在腫瘤細胞與抗原呈現細胞表面，它與 T 細胞上的 PD-1 結合後，會抑制 T 細胞的活化與增生，使腫瘤細胞逃過 T 細胞的識別與攻擊。現今的臨床治療有 PD-L1 抑制劑，用於治療非小細胞肺癌、膀胱癌、黑色素瘤等，此類藥物可解除免疫抑制，恢復 T 細胞對腫瘤的攻擊能力。
註二：EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor)：表皮生長因子受體。當 EGFR 突變或過度表現時，會導致細胞異常增生，常見與肺腺癌有關。EGFR-TKI 藥物 (EGFR-Tyrosine Kinase Inhibitor 酪胺酸激酶抑制劑)，例如 Gefitinib、Erlotinib、Osimertinib 可阻斷其訊號傳遞，抑制腫瘤細胞的生長，主要用於治療 EGFR 突變型非小細胞肺癌。
註三： B 細胞抗原 CD20：CD20主要表現在 B 淋巴細胞表面，參與 B 細胞的活化與分化。anti-CD20 單株抗體 (如：Rituximab、Obinutuzumab) 可透過 ADCC (Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity) 的細胞毒殺作用與 CDC (Complement-Dependent Cytotoxicity) 補體系統的活化，來清除異常 B 細胞，常用於治療非霍奇金淋巴瘤與部分自體免疫疾病（如類風濕性關節炎）。
註四：Cetuximab 單株抗體作用在細胞外區域，阻斷 EGFR 與其配體 EGF 的結合，來抑制癌細胞增生訊號的傳遞，用於治療直腸癌和頭頸癌等固體腫瘤。
Main Article: Zhang, D., Duque-Jimenez, J., Facchinetti, F., Brixi, G., Rhee, K., Feng, W. W., Jänne, P. A., & Zhou, X. (2025). Transferrin receptor targeting chimeras for membrane protein degradation. Nature, 638(8051), 787–795. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07947-3
參考文獻：
[1] Dang, C. V., Reddy, E. P., Shokat, K. M., & Soucek, L. (2017). Drugging the ‘undruggable’ cancer targets. Nature reviews. Cancer, 17(8), 502–508. https://doi.org/10.1038/nrc.2017.36
[2] Goenaga, A. L., Zhou, Y., Legay, C., Bougherara, H., Huang, L., Liu, B., Drummond, D. C., Kirpotin, D. B., Auclair, C., Marks, J. D., & Poul, M. A. (2007). Identification and characterization of tumor antigens by using antibody phage display and intrabody strategies. Molecular immunology, 44(15), 3777–3788. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2007.03.023
[3] Tillotson BJ, Goulatis LI, Parenti I, Duxbury E, Shusta EV (2015) Engineering an Anti-Transferrin Receptor ScFv for pH-Sensitive Binding Leads to Increased Intracellular Accumulation. PLoS ONE 10(12): e0145820. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0145820
[4] Pierpont, T. M., Limper, C. B., & Richards, K. L. (2018). Past, Present, and Future of Rituximab-The World’s First Oncology Monoclonal Antibody Therapy. Frontiers in oncology, 8, 163. https://doi.org/10.3389/fonc.2018.00163
撰文｜余翔嘉
審稿｜高佳煜
