KRAS——抗癌药物研发新曙光！

 

KRAS基因隶属于确认的人类致癌基因——RAS，它是已知的三种最致命的癌症——肺癌、结直肠癌和胰腺癌的重要驱动因素，也曾是臭名昭著的“不可成药”代名词。但AMG-510的上市，终结了这一“魔咒”，并揭开了KRAS抑制剂研发的序幕！

 

RAS 共有三个变体，KRAS(Kirsten-RAS)、NRAS (Neuroblastoma-RAS) 和 HRAS (Harvey-RAS)。其中 KRAS 突变最常见，约占85%。2020 年，全球约有 1930 万例新发癌症病例，其中大约七分之一的人类癌症携带有KRAS。

      长达四十年的癌症魔咒——KRAS

 

KRAS 蛋白是由 KRAS 基因编码的一种小 GTP 酶 (small GTPase)，是细胞生存和生长的重要调节蛋白。它是一个调节细胞生存和生长的“总开关”，在结合 GTP（鸟苷三磷酸）时是激活状态，可以激活一系列的下游通路，而结合的 GTP 被水解成 GDP（鸟苷二磷酸）后，RAS 变回失活状态。正常情况下，KRAS 活化后，会马上失活。致癌突变的 RAS 蛋白，包括 KRAS G12C 蛋白，都表现出 GTP 酶活性的受损，使其更倾向于停留在 GTP 结合状态，导致 RAS 蛋白持续激活，进而不断激活下游靶点如 RAF、MEK 及 ERK 等，使得细胞不断增殖、分化、形成肿瘤。  

KRAS的功能

 

KRAS 蛋白结构平滑、近乎球形，无明显结合位点，很难合成一种能靶向结合并抑制其活性的化合物。因长期以来无法攻克，KRAS 已成为肿瘤药研发领域的 “魔咒”。   直至 2021 年 5 月 28 日，美国 FDA 宣布加速批准 Amgen 公司开发的 Lumakras (sotorasib，AMG510) 上市，用于治疗携带 KRAS G12C 突变的非小细胞肺癌 (NSCLC) 患者，这才终结了 KRAS 不可成药的 “魔咒”。而 KRAS 的成功靶向也将产生靶向肿瘤治疗的新途径——这也意味着它有着成为“明星”靶点的潜力。

 

      靶向KRAS开发策略   

科学家们在过去 40 年进行了各种间接靶向 KRAS 的探索，包括减少 KRAS 的表达、中断 KRAS 的膜定位、干扰 KRAS 与其效应器之间的相互作用，抑制上游和下游信号，以及合成致死方法等。然而，由于缺乏活性或选择性，这些策略中的大多数都失败了。   但在今年四月，发表于 Cancer Discovery 的一项研究基于之前的方法提出了靶向 KRAS 的新策略。进一步开启了KRAS抑制剂研发的热潮。

KRAS 激活和信号转导的调节
 

      KRAS 激活和信号转导的调节  

  一、突变体特异性KRAS抑制剂 KRAS G12C 抑制剂的成功为开发突变体特异性 KRAS 抑制剂做出了概念验证。KRAS G12C 突变体蛋白上面存在着一个可以与小分子药物结合的 “口袋”。小分子化合物与这个 “口袋” 结合后能够将 KRAS G12C 突变体 “锁死” 在失活的构象，从而为抑制 KRAS 突变体的活性提供了潜在的靶标。KRAS G12C 也因此成为了攻克 KRAS 的突破口。   但 KRAS G12C 抑制剂仅靶向 KRAS 驱动的癌症中的一小部分(约13.6%)。全面攻克 KRAS 驱动的癌症需要更多 KRAS 药物。包括KRAS G12D、KRAS G12V、KRAS G13D、KRAS G12R 和 KRAS G12a 突变型或KRAS野生型扩增型癌症，以及对 KRAS G12C 抑制剂有获得性耐药的癌症。

目前针对 KRAS (G12C) 的靶向策略

 

二、直接抑制策略

通过 KRAS 片段筛选和基于结构的药物设计，勃林格殷格翰公司发现了直接针对 KRAS 的泛 KRAS 抑制剂和泛 KRAS 蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)。   泛 KRAS 抑制剂对 KRAS 驱动的细胞系具有广泛的活性，对 HRAS 和 NRAS 突变的细胞系不敏感。重要的是，泛 KRAS 抑制剂在含有 KRAS 扩增的细胞系上也显示出选择性活性，而正常拷贝数的 KRAS 野生型细胞则不受影响。   此外， PROTAC 作为一种新兴技术，可通过细胞蛋白质降解机制专门降解蛋白质。这些双功能分子同时与感兴趣的蛋白质和 E3 连接酶结合，形成三元复合物，使 E3 连接酶泛素化并随后诱导靶蛋白降解——它可能提供降解所有 KRAS 突变体的手段。   尽管根据所需的理化性质生成 KRAS 降解物在技术上可能更困难，但降解物在目标范围方面通常更通用，因为任何功能结合位点都可以作为目标。例如，细胞强效和选择性的KRAS PROTACs——BI-KRASdegrader1，可以降解所有主要的循环 KRAS 突变体，而对 NRAS 和 HRAS 无影响。

 

三、间接抑制策略

间接抑制 KRAS 活性的主要靶点包括 SHP2 和 SOS1。各大制药公司目前正在开发几种通过抑制 SHP2 或 GEF SOS1 干扰 KRAS 核苷酸交换和激活的间接泛 KRAS 药物。   （1）靶向 SHP2 SHP2 是体内 KRAS (G12C) 突变癌症增殖所必需的，而 KRAS 的适应性再激活在很大程度上依赖于SHP2。SHP2 抑制有可能增加 KRAS-GDP 占有率并抑制 RAS 介导的信号传导以及自适应信号传导驱动对治疗的抵抗。   例如，ARS-1620 与 SHP-099（一种 SHP2 抑制剂）的组合显著减少了具有 KRAS (G12C)的肿瘤模型中的肿瘤体积；MRTX849 与 RMC-4550 的组合（RMC-4550 是另一种 SHP2 抑制剂）通过进一步抑制 KRAS 介导的信号通路，在敏感和难治性 MRTX849 模型中也表现出更高的抗肿瘤活性。基于这些令人信服的临床前数据，多种 SHP2 抑制剂，如 JAB-3068、RLY-1971 和 TNO155 已进入早期临床试验，以及与 KRAS 的组合（G12C） SHP2 抑制剂也在早期临床试验中进行测试。
 

目前研发中的SHP2抑制剂

 

（2）靶向 SOS1 SOS1 是多个 RTK 信号通路的另一个常见下游效应器。越来越多的证据表明，KRAS (G12C) 在 GDP 或 GTP 结合状态下快速循环，而不是在 GTP-KRAS 状态下持续活跃，导致下游信号异常激活。这表明 KRAS (G12C) 仍然对 GEF (如 SOS1) 调节敏感。据报道，BAY293（一种有效的 SOS1 抑制剂）与 ARS-853 具有协同作用，因为 BAY293 能够破坏 KRAS-SOS1 相互作用以抑制 KRAS 的激活。  

目前研发中的SOS1抑制剂

      总结  

 

从 1982 年发现 KRAS 到现，正好四十周年。从最初的“不可成药”到现在的“明星靶点”，KRAS 12C 抑制剂的诞生仅仅只是它传奇的的第一篇章。

  制药行业目前正在努力超越 KRASG 12C 抑制剂，并针对所有 KRAS 突变体开发新的治疗方法。新技术，如基于 NMR 的片段筛选、Tethering 和计算机药物设计，也开始被用于开发与 KRAS 结合的新型药物。相信随着科技的发展，KRAS 终将成为人类战胜癌症史上的一座丰碑。  

 

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参考资料： 1.Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):386. Published 2021 Nov 15. doi:10.1038/s41392-021-00780-4 2.Hofmann MH, Gerlach D, Misale S, Petronczki M, Kraut N. Expanding the Reach of Precision Oncology by Drugging All KRAS Mutants. Cancer Discov. 2022;12(4):924-937. doi:10.1158/2159-8290.CD-21-1331 3.KRAS发现40周年，靶向所有KRAS突变有哪些策略？【药明康德 】 4.KRAS发现40周年，从“不可成药”到“明星”靶点的逆袭【肽媒体】