TPD高效合成策略：新路径与关键技术

引言
 
靶向蛋白质降解（Targeted Protein Degradation, TPD）技术正在重塑药物研发的底层逻辑与格局。从2001年PROTAC概念首次提出，到2026年5月首个PROTAC分子获FDA批准上市^[1]，这一领域历经二十余年积淀，尤其是近十余年来取得了令人瞩目的突破。随着越来越多TPD分子进入临床阶段，如何高效合成这类结构复杂的化合物，已成为药物化学家面临的核心挑战之一。

本文将系统梳理常见TPD分子的结构类型与合成难点，分享模块化合成策略及多项前沿技术手段在TPD合成中的应用，并探讨分离纯化环节在打通交付“最后一公里”中的关键作用。
 

 
一、 常见TPD分子类型及其合成挑战

 
1. PROTAC（Proteolysis Targeting Chimera）
 
PROTAC是目前TPD中取得突破性临床进展的一类。根据E3泛素连接酶配体的不同，临床阶段的PROTAC分子主要分为VHL配体型与CRBN配体型两类^[2]。

从合成角度而言，VHL类PROTAC合成相对容易，主要因为其配体稳定性和溶解性更优。而CRBN类则挑战显著——该类片段在碱性条件下极不稳定，对反应条件和操作窗口要求严苛。凭借十余年经验积累，药明康德已建立成熟体系应对此类难题。

2. 分子胶（Molecular Glue）
 
分子胶的分子量相对较小，且通常不含连接子（linker），在合成层面可视为传统小分子。目前临床阶段的分子胶大多基于CRBN配体骨架，整体合成难度相对PROTAC较小^[3]。

3. 新型嵌合体（如RIPTAC）
 
RIPTAC（调控诱导蛋白靶向嵌合体）是近年来备受关注的新型TPD分子，其结构由靶蛋白配体、linker和必需蛋白（essential protein）配体三部分组成^[4]。与PROTAC的主要区别在于，RIPTAC“必需蛋白配体”模块的种类更加丰富多样。然而从合成策略来看，由于其同属“哑铃型”结构，PROTAC的合成与纯化经验可基本迁移应用。

 
4. 降解剂-抗体偶联物（Degrader-antibody conjugate, DAC）
 
DAC是在ADC基础上发展而来的新型偶联物，旨在解决PROTAC分子穿透性不佳等缺陷，结构上以PROTAC或分子胶替代ADC（抗体-药物偶联物）中的payload（有效载荷）。

DAC合成的核心难点在于稳定性。DAC的linker对可裂解的要求较高（通常在酸性条件下极不稳定），而PROTAC和分子胶则在碱性条件下不稳定。两者的不稳定条件恰好相反，这使得DAC的合成难度显著大于单一的PROTAC或ADC。

 
5. 肽类-TPD复合分子
 
当前还涌现出带有较大肽链的哑铃型结构分子，其合成需要借鉴多肽固相合成（SPPS）及特殊的分离纯化方法，体现了TPD与多肽技术的融合新趋势^[5]。

综上，TPD分子结构复杂度远高于传统小分子，给化学合成及后续的工艺开发带来了巨大挑战。

 
二、 TPD高效合成策略与前沿技术赋能
 
实现TPD高效合成的最佳路径，是采用模块化合成策略——即将靶蛋白配体、Linker、E3连接酶配体三个结构单元分别制备后再进行组装。这在药物发现阶段尤为重要，便于对各片段进行快速的系统优化。

然而，受限于结构复杂性，实际操作中往往被迫采用线性路线。如何最大限度提升模块化程度、避免线性合成，是提高TPD合成效率的关键所在。

为此，药明康德研发化学服务部（RCS）引入了多项前沿技术，为模块化合成提供有力支撑。

技术一：光化学（Photochemistry）

以CRBN配体类PROTAC为例（图1），其片段在传统偶联反应条件下极不稳定，往往导致反应失败。光化学技术凭借温和的反应条件，能够有效规避这一问题，显著提升反应成功率。

图1.光化学在TPD分子合成中的应用

技术二：流动化学（Flow Chemistry）
 

流动化学在TPD合成中主要发挥两大作用（图2）：

• 规避CRBN合成副产物：CRBN配体片段通常以双苄基保护的吡啶前体参与反应，最后还原脱保护。但还原过程易生成脱除双苄基的双羟基吡啶过渡态副产物，常规釜式合成中，这一副反应难以抑制。但是流动化学反应传质极快、停留时间极短，可有效规避该副产物的生成。

• 高效合成多样化Linker：TPD分子中广泛含有哌啶类linker，通过流动化学，可从吡啶直接还原获得；部分环己烷类结构甚至可从苯环直接还原，大幅提升了linker的合成效率。

图2.流动化学在TPD分子合成中的应用

技术三：电化学（Electrochemistry）
 

构建特定碳碳键时，电化学为TPD合成提供了行之有效的绿色方案，与传统金属催化和光化学形成优势互补，极大丰富了合成工具箱（图3）。

图3.电化学在TPD分子合成中的应用

技术四：高通量催化剂筛选

在TPD分子的最终组装阶段，高通量催化剂筛选平台发挥着重要作用。通过快速筛选大量反应条件，可迅速确定最优方案。例如在某些关键步骤中，研发人员借助高通量筛选平台可在短时间内锁定高效的催化体系及反应条件，大幅缩短开发周期（图4）。

图4.高通量催化剂筛选示例

此外，近年来客户与研究者倾向于在药物研发早期概念验证阶段，合成50–100个类似物以评估降解效果。为此，RCS系统储备了种类多样的linker库（图5），涵盖螺环、环己烷、哌啶、哌嗪及常见PEG linker等结构类型；同时储备超过100种E3泛素连接酶配体，助力客户实现早期化合物的快速合成与筛选。

图5.RCS常用linker片段库

 
三、 分离纯化：打通交付“最后一公里”
 

TPD分子结构复杂，溶解性和稳定性普遍较差，对分离纯化构成严峻挑战。药明康德组建专门团队深耕此领域，十余年间累计完成超过20万个分子的分离工作，建立了完善的分离体系和多样化的方法储备。

例如，在对某复杂PROTAC化合物进行分离纯化时，其较大的分子量与pH依赖的溶解特性成为了关键技术瓶颈。为此，纯化团队首先通过在线工具预测该分子的理化常数，精准评估不同pH条件下离子态与分子态的分布比例，明确了该化合物在酸性环境中具备更高的溶解度。基于此，团队进一步优化了梯度纯化策略，最终采用甲醇与10%–20%四氢呋喃（THF）的混合体系作为流动相，成功实现了该复杂分子的高纯度分离与理想回收率（图6）。

图6.PROTAC分子分离示例

在手性分离方面，团队针对TPD分子建立了完善的超临界流体色谱（SFC）专属色谱柱体系，能够实现良好的手性分离效果。然而，某些手性目标化合物在常规SFC条件下保留过强，难以有效洗脱。面对这一技术瓶颈，分离团队迅速调整策略，选用适用于极性有机溶剂（PO）模式的IE手性色谱柱，并将纯化体系切换至正相液相色谱（NPLC）。同时，巧妙地在流动相中添加微量二乙醇胺（DEA），有效抑制了化合物降解，增强了分子稳定性。该定制化方案在分析型与制备型NPLC中均表现优异，成功实现了该强保留TPD分子的高效手性拆分（图7）。

图7.TPD分子手性分离示例

四、一体化CRDMO平台赋能TPD药物研发

在某项目中，药明康德研发化学团队接受客户委托，进行TPD分子的合成与筛选。
 

• 在短短13个月内，团队高效完成了560多个复杂TPD化合物的合成与交付，成功助力客户快速锁定临床前候选化合物（PCC）。

 

• 此后3个月内，团队不仅彻底打通了该PCC的不对称合成路线，且成功交付了约250克的多批次PCC化合物用于药效研究。

 

• 随后，该项目无缝对接至药明康德原料药研发及生产服务团队，全面进入Non-GMP与GMP级别的生产阶段。

从早期分子设计、模块化拼装、杂质分离，到放大生产，药明康德通过一体化CRDMO平台，持续以技术创新打破壁垒，助力全球创新药企加速新一代TPD疗法的临床转化。

五、结语

TPD技术正为药物研发开辟崭新的天地，而高效的合成策略是支撑其从概念走向临床的关键基石。通过模块化合成理念，以及光化学、流动化学、电化学等前沿技术的综合赋能，TPD分子的合成效率持续跃升。

未来，随着新型TPD分子模式的不断涌现，合成化学将面临更多机遇与挑战。药明康德将持续深耕技术开发，突破化学合成的边界，加速TPD药物的研发进程，造福全球病患。

注：本文中PROTAC是 Proteolysis Targeting Chimeras的缩写形式。

参考文献：
 

1. Arvinas Announces FDA Approval of VEPPANU (vepdegestrant) for the Treatment of ESR1m, ER+/HER2- Advanced Breast Cancer, Arvinas, 2026-05-01. https://ir.arvinas.com/news-releases/news-release-details/arvinas-announces-fda-approval-veppanu-vepdegestrant-treatment?ref=actualnews.dk
2. Lessons learned in linking PROTACs from discovery to the clinic, Rev. Chem., 2026, 10,117-132.
3. Targeted protein degradation: from mechanisms to clinic, Rev. Mol. Cell Biol., 2024, 25, 740-757.
4. Regulated induced proximity targeting chimeras— RIPTACs— A heterobifunctional small molecule strategy for cancer selective therapies, Cell Chem. Biol. 2024, 31, 1490-1502.
5. Biomimetic Artificial Epigenetic Code for Targeted Acetylation of Histones, Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7108−7115.