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蛋白稳态（proteostasis）对细胞的稳定、机体的健康至关重要。蛋白稳态是蛋白合成、折叠、降解的动态平衡,其中某个环节的失调,便会导致蛋白的异常增多或者毒性蛋白的累积。利用细胞内源降解途径,实现对致病蛋白的高效降解是近几年来涌现出的治疗策略。蛋白水解靶向嵌合体（Targeted protein hydrolysis chimeras,PROTAC）、疏水标签（Hydrophobic tagging,Hy T）和分子胶是三种主要的基于泛素-蛋白酶体系统的降解策略。利用靶向蛋白降解的策略可以实现对靶标的选择性调节,并有效干预蛋白的非催化功能。细胞周期蛋白（cyclins）结合相应的细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinases,CDKs）,形成特定的CDK-cyclin复合物,调节细胞周期或转录。多个CDK-cyclin复合物是抗肿瘤药物研发的热门靶标。目前,靶向CDK的抑制剂主要是ATP竞争性抑制剂,实现CDK亚型间的选择性是充满挑战的,而且小分子抑制剂难以调控CDK-cyclin复合物的非催化的功能。目前,PROTAC技术已经实现多个CDK单体蛋白的选择性降解,但尚无针对CDK-cyclin复合物进行设计的降解剂报道。本论文的第一个工作是靶向CDK9-cyclin T1复合物的降解剂的设计与评价,我们利用Hy T技术,实现了CDK9和cyclin T1的同步降解,发现了第一个基于Hy T的CDK9-cyclin T1复合物降解剂。CDK9-cyclin T1可磷酸化RNA聚合酶II,也可作为支架蛋白参与其他蛋白复合物的组装,因此CDK9-cyclin T1复合物的降解剂可以作为研究CDK9-cyclin T1的非催化功能的工具探针,还可以实现对CDK9-cyclin T1的全面抑制。首先,我们在SNS032的基础上设计了一系列含有疏水标签的降解剂,并发现LL-K9-3是强效且具有选择性的CDK9-cyclin T1复合物的降解剂,LL-K9-3对CDK9和cyclin T1的半数降解浓度DC50分别是0.662μM和0.589μM。LL-K9-3显著降解CDK9-cyclin T1,而对其他CDK蛋白和cyclin蛋白没有影响。随后,我们用基于DIA的时间分辨的定量蛋白质组学探究了LL-K9-3的降解动力学和降解选择性。蛋白质组的结果表明,LL-K9-3选择性诱导CDK9和cyclin T1的同步降解;而CDK9的PROTAC降解剂Thal-SNS032则快速诱导CDK9单体的降解。第一个工作中,我们还进一步评价了LL-K9-3对前列腺癌的体外抗肿瘤作用以及对转录组的影响。LL-K9-3可以减少前列腺癌细胞22RV1中雄激素受体AR和c Myc的蛋白水平。而且,LL-K9-3展现了优于原型化合物SNS032的抗增殖、促凋亡的能力。相比SNS032,LL-K9-3能更彻底地抑制CDK9和AR的下游通路。在转录组的研究中,我们发现LL-K9-3抑制MYC和AR介导的促癌转录。相比SNS032,LL-K9-3对AR和MYC靶基因的转录具有更强效的抑制。总之,我们经过基于结构的设计,得到了高选择性的强效CDK9-cyclin T1复合物的Hy T降解剂,可以用于后续对CDK9-cyclin T1复合物功能的探究。本论文的第二个工作针对CDK2-cyclin复合物,开展了从抑制剂的选择性优化到降解剂发现的连贯的药物设计和评价工作。CDK2可与cyclin A和cyclin E结合,并且三者的异常激活都对肿瘤的发生有促进作用。然而,靶向CDK2的药物研发长期受困于CDK2抑制剂的选择性问题。因此本项工作首先开展对CDK2抑制剂的选择性优化,以期获得选择性改善且具有良好细胞活性的CDK2抑制剂,为后续CDK2-cyclin复合物的PROTAC设计奠定基础。我们从CDK的泛性抑制剂AT7519出发,通过基于结构的设计和构效关系分析,得到对CDK2的选择性更高的化合物。DC-K2in212、DC-K2in225和DC-K2in56保持了对CDK2的强效抑制(IC50=43-58 n M),但对CDK1的抑制显著下降(IC50＞1000 n M)。我们通过解析小分子与CDK2蛋白的复合物晶体结构,发现了CDK2的G-loop的柔性是实现选择性的关键。DC-K2in56诱导G-loop变构,Tyr15的侧链向小分子一侧明显偏移,从而产生有利于化合物结合的π-π堆积。我们进一步评价了抗增殖能力最优的化合物DC-K2in212,发现它对CDK1、CDK4、CDK6、CDK7、CDK9、CDK12的活性大大降低,IC50均大于1000n M。DC-K2in212在细胞内有效抑制CDK2的底物Rb的磷酸化,阻滞细胞周期,并诱导凋亡,表明它是一个选择性提升的且具有较好细胞在靶效应的CDK2抑制剂。在第二个工作中,我们进一步利用上述改造得到的选择性提升的CDK2小分子抑制剂,设计了靶向CDK2-cyclin复合物的PROTAC降解剂。本工作中,K2-D1对CDK2及其调控蛋白cyclin A和cyclin E都有显著降解,但对CDK1有部分降解。而降解选择性和降解效能最优的降解剂K2-D5,不仅实现了对CDK2的选择性降解,不影响CDK1的蛋白水平,而且对cyclin的亚型也存在一定的降解偏好,K2-D5明显降解cyclin E而对cyclin A没有影响。进一步的选择性评价表明,K2-D5对所测的其他CDK成员无明显降解,K2-D5对Rb的磷酸化有显著抑制。我们还利用PRosetta C模拟了K2-D5诱导CDK2-cyclin E与CRBN形成的蛋白复合物的结构,结果显示CDK2直接与CRBN产生蛋白-蛋白相互作用,cyclin E通过结合CDK2也在空间上靠近CRBN。综上所述,第二个工作中,我们先得到了选择性提升的CDK2抑制剂,在此基础上发现了降解CDK2-cyclin E复合物的PROTAC降解剂K2-D5。综上所述,我们运用调控蛋白稳态的药物设计思路,在第一个工作中利用Hy T技术发现了首个降解CDK9-cyclin T1复合物的疏水标签降解剂,在第二个工作中首先发现了选择性提升的CDK2小分子抑制剂,并在此基础上得到了CDK2-cyclin复合物的PROTAC降解剂。上述两个工作将CDK与cyclin视作整体进行降解剂的设计,表明靶向蛋白降解技术具有调控复合物功能的巨大潜力。本论文中设计的化合物可以为后续探究CDK-cyclin复合物的非催化功能提供有用的工具分子,也可以为靶向CDK-cyclin的药物开发提供有价值的化合物。