BI 1015550、PROTAC技术与PDE4B靶向降解：药物研发的核心问题解析

一、Nerandomilast（BI 1015550）、PROTAC 与 PDE4B 之间存在怎样的分子作用关联？

PDE4B 作为磷酸二酯酶 4（PDE4）家族亚型，核心功能是特异性水解细胞内第二信使环磷酸腺苷（cAMP），通过调控 cAMP 水平影响炎症反应、免疫活化等生理过程，是炎症性疾病与神经系统疾病的关键靶点。Nerandomilast（BI 1015550）作为临床阶段的选择性 PDE4 抑制剂，其分子作用机制明确指向 PDE4B：通过与 PDE4B 催化结构域结合，竞争性抑制酶对 cAMP 的水解活性，升高细胞内 cAMP 浓度，进而激活蛋白激酶 A（PKA）信号通路，抑制促炎细胞因子（如 IL-6、TNF-α）释放及炎症细胞（如巨噬细胞、T 细胞）活化。

而 PROTAC（蛋白降解剂）与 PDE4B、Nerandomilast 的关联，体现在 “功能延伸” 层面：若将 Nerandomilast 改造为 PROTAC 分子（即保留其与 PDE4B 的结合结构域，新增与 E3 泛素连接酶的结合位点），可构建 “双功能分子”—— 一端通过 Nerandomilast 衍生结构靶向结合 PDE4B，另一端招募 E3 泛素连接酶（如 CRBN、VHL），通过泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）介导 PDE4B 的泛素化标记与降解，实现从 “抑制酶活性” 到 “清除靶蛋白” 的作用模式转变。这种关联的核心价值在于：相比 Nerandomilast 仅抑制 PDE4B 活性（靶蛋白仍存在于细胞内，可能通过代偿机制恢复功能），PDE4B-PROTAC 可彻底清除靶蛋白，理论上具有更强的作用持续性与更低的耐药风险。

二、Nerandomilast（BI 1015550）针对 PDE4B 的靶点筛选与表型筛选采用了哪些科学方法？

（一）靶点筛选：精准验证药物 - 靶点结合与活性抑制

Nerandomilast 的靶点筛选以 “PDE4B 特异性结合与酶活抑制” 为核心，采用多维度体外实验验证：

1. 重组酶活实验：通过原核或真核系统表达重组人 PDE4B 蛋白（如 PDE4B2 亚型），采用荧光共振能量转移（FRET）或高效液相色谱（HPLC）法检测药物对 PDE4B 水解 cAMP 活性的影响，计算 IC50 值（半数抑制浓度），验证其对 PDE4B 的抑制活性及对其他 PDE 亚型（如 PDE1、PDE5）的选择性，确保靶点特异性；
2. 分子对接与表面等离子体共振（SPR）实验：通过同源建模构建 PDE4B 催化结构域三维模型，结合分子对接预测 Nerandomilast 与 PDE4B 的结合位点（如催化口袋内的保守氨基酸残基）；再通过 SPR 实验实时检测药物与重组 PDE4B 的结合动力学参数（如解离常数 KD），量化两者结合亲和力，验证对接结果的可靠性；
3. 点突变验证实验：对 PDE4B 结合位点关键氨基酸（如 Asp392、Gln443）进行定点突变，检测 Nerandomilast 对突变体酶活的抑制效果，若抑制活性显著下降，则进一步证实药物与 PDE4B 的结合依赖特定位点，排除非特异性作用。
   

（二）表型筛选：验证药物在细胞与动物模型中的生物学效应

表型筛选聚焦 “PDE4B 调控相关的病理表型改善”，为靶点筛选结果提供体内外功能验证：

1. 细胞水平表型实验：在体外培养的炎症细胞模型（如 LPS 刺激的 RAW264.7 巨噬细胞、PHA 激活的 Jurkat T 细胞）中，加入 Nerandomilast 后，通过 ELISA 检测细胞上清中促炎细胞因子（IL-6、TNF-α、IL-17）的分泌量，通过 Western blot 检测 PKA 下游信号分子（如 CREB 磷酸化）的表达水平，验证药物通过抑制 PDE4B 调控炎症表型的能力；
2. 动物模型表型实验：在慢性阻塞性肺疾病（COPD）大鼠模型（香烟烟雾暴露诱导）或哮喘小鼠模型（OVA 致敏激发）中，通过雾化或腹腔注射给予 Nerandomilast，检测气道阻力、肺顺应性等肺功能指标，结合 HE 染色观察气道炎症细胞浸润情况，ELISA 检测支气管肺泡灌洗液（BALF）中炎症因子水平，验证药物在体内对 PDE4B 相关病理表型的改善效果，为临床研究提供依据。
   
   

三、针对 PDE4B 的 PROTAC 策略与传统小分子策略（以 Nerandomilast 为例）存在哪些治疗逻辑差异？

（一）传统小分子策略（Nerandomilast）：“活性抑制” 导向的治疗逻辑

Nerandomilast 代表的传统小分子 PDE4B 抑制剂，治疗逻辑核心是 “靶向抑制靶蛋白活性”：通过持续与 PDE4B 催化结构域结合，阻断其水解 cAMP 的功能，维持细胞内 cAMP 高浓度以发挥抗炎作用。该策略的优势在于：分子量大（通常 < 500 Da）、口服生物利用度高、血脑屏障穿透性较好，适合慢性炎症性疾病（如 COPD）的长期口服治疗；但局限性显著：需依赖持续给药维持药物浓度（一旦停药，PDE4B 活性可快速恢复），且长期用药可能诱导靶蛋白代偿性高表达（如 PDE4B mRNA 转录上调）或结合位点突变，导致耐药性产生；此外，部分 PDE4 抑制剂因对 PDE4 家族亚型选择性不足，易引发恶心、呕吐等胃肠道副作用，而 Nerandomilast 虽通过结构优化提升了对 PDE4B 的选择性，仍无法完全规避亚型交叉作用风险。

（二）PROTAC 策略：“蛋白降解” 导向的治疗逻辑

针对 PDE4B 的 PROTAC 策略，治疗逻辑核心是 “靶向清除靶蛋白”：通过双功能分子（由 PDE4B 结合配体、E3 连接酶配体及连接子组成）介导 PDE4B 与 E3 连接酶的近距离结合，触发泛素化修饰，最终通过蛋白酶体降解 PDE4B。该策略的优势在于：1. 作用持续性强 —— 靶蛋白降解后需通过新合成才能恢复功能，单次给药可实现长效抑制（如动物实验中，PDE4B-PROTAC 给药后靶蛋白降解效果可持续 72 h 以上）；2. 耐药性风险低 —— 无需持续占据活性位点，可规避结合位点突变导致的耐药；3. 亚型选择性潜力高 —— 若基于 Nerandomilast 的 PDE4B 特异性结合结构域设计 PROTAC，可继承亚型选择性，降低脱靶副作用。但局限性同样存在：PROTAC 分子量大（通常 > 1000 Da）、口服生物利用度低（易被肠道酶降解）、组织穿透性差（如难以进入肺部深处），目前更适合局部给药（如雾化吸入）；此外，其作用依赖 UPS 功能，若患者体内 UPS 功能异常（如肿瘤细胞或老年患者），可能导致降解效率下降。

四、基于 PDE4B 调控机制，Nerandomilast（BI 1015550）及相关 PROTAC 衍生物可针对哪些疾病发挥治疗作用？

PDE4B 的生理功能决定了其调控药物的疾病适应症范围，核心围绕 “炎症紊乱” 与 “神经功能异常” 两大领域，而 Nerandomilast 与 PROTAC 衍生物的治疗潜力需结合作用机制差异具体分析：

（一）Nerandomilast 的临床与潜在适应症

目前 Nerandomilast 的临床研究主要聚焦慢性炎症性肺部疾病：

1. 慢性阻塞性肺疾病（COPD）：COPD 的核心病理机制是气道慢性炎症与肺组织重塑，Nerandomilast 通过抑制 PDE4B 降低气道平滑肌细胞增殖、减少中性粒细胞浸润及黏液分泌，已在 Ⅱ 期临床研究中显示可改善患者肺功能（FEV1 提升 12%~15%）且胃肠道副作用发生率低于同类 PDE4 抑制剂（如罗氟司特）；
2. 哮喘：在嗜酸性粒细胞性哮喘患者中，Nerandomilast 可通过升高 cAMP 水平抑制嗜酸性粒细胞活化与趋化，减少气道炎症，目前处于 Ⅲ 期临床研究阶段；
3. 潜在适应症：自身免疫性疾病（如类风湿关节炎、银屑病）——PDE4B 在滑膜细胞、角质形成细胞中高表达，调控炎症因子释放，体外实验显示 Nerandomilast 可抑制类风湿关节炎滑膜细胞分泌 IL-6，为临床转化提供依据。
   

（二）PDE4B-PROTAC 衍生物的潜在适应症

PROTAC 的 “蛋白降解” 特性使其在对小分子抑制剂响应不佳的疾病中更具潜力：

1. 难治性 COPD / 哮喘：对于因 PDE4B 代偿性高表达或活性位点突变导致 Nerandomilast 耐药的患者，PDE4B-PROTAC 可通过降解靶蛋白规避耐药机制，有望成为二线治疗方案；
2. 神经系统疾病（如抑郁症、阿尔茨海默病）：PDE4B 在海马区、前额叶皮层等脑区高表达，调控神经突触可塑性与神经炎症，传统小分子抑制剂因血脑屏障穿透性限制疗效，而若基于中枢穿透性 E3 连接酶配体（如 cereblon 配体）设计 PDE4B-PROTAC，可能提升脑内药物浓度，通过降解 PDE4B 改善神经功能，目前处于预临床研究阶段；
3. 炎症性肠病（IBD）：肠道炎症中 PDE4B 在肠上皮细胞与免疫细胞中高表达，PDE4B-PROTAC 可通过局部给药（如灌肠）降低全身副作用，目前处于细胞模型验证阶段。
   
   

结语

Nerandomilast（BI 1015550）、PROTAC 与 PDE4B 的关联构成了 “靶点 - 药物 - 技术” 的完整研发链条：PDE4B 的功能特性为药物研发提供靶点基础，Nerandomilast 的筛选方法验证了靶点的可行性，PROTAC 策略则拓展了靶点调控的技术路径，而疾病治疗方向则是三者协同作用的最终应用体现。未来需进一步优化 PDE4B-PROTAC 的药代动力学性能，同时通过临床研究验证 Nerandomilast 在多疾病领域的疗效，为 PDE4B 相关疾病提供更精准的治疗方案。