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KRAS是癌症中最常见的基因突变之一，大约有三分之一的癌症携带KRAS突变。然而，由于该靶点表面平滑且缺乏理想的小分子结合位点，长期以来它一直被视为“不可成药”的靶点。
这一切在全球首个KRAS抑制剂Sotorasib（AMG 510）获得批准上市后发生了历史性的突破。但近期，其治疗效果遭到美国食品药品监督管理局（FDA）肿瘤药物咨询委员会（ODAC）的质疑。ODAC提出，该药物的主要研究终点——盲态独立中心评估的无进展生存期（PFS）数据难以令人信服。
同时，Adagrasib（MRTX849）作为第二款全球上市的KRAS G12C抑制剂，欧洲药品管理局（EMA）曾拒绝批准 adagrasib上市，原因是：缺乏具有有效性的全面数据。不过今年1月，欧盟最终还是附条件批准了adagrasib上市。
面对未来布满未知和挑战的道路，KRAS抑制剂的命运仍悬而未决。在近几年AACR会议上，有关KRAS的最新研究将尝试突破这一僵局。本文将深入探讨这些激动人心的科学进展。
从0到1：
KRAS G12C共价抑制剂简史
上世纪80年代以前,人们对癌症的成因知之甚少,唯一清楚的是某些病毒可引发癌症。
1982年,科学家从人类细胞系中独立分离出第一批致癌基因序列,其中就包括KRAS基因。
继这一发现之后,科学家们开始研究这些癌基因的功能。发现正常情况下RAS蛋白是通过与能量分子GDP/GTP的结合与解离调节其活性。但是,KRAS突变会使得RAS蛋白无法解离并永久活化,从而持续激活下游信号通路,刺激细胞生长。
许多科学家花费了三十年的时间试图攻克它，却都以失败告终。KRAS 之所以难以被药物锁定，主要是因为它表面光滑，缺少能够让抑制剂稳定结合的“沟壑”。
好在科学家们发现了一种特殊的 KRAS 突变G12C 突变(第12位甘氨酸Glycine突变为半胱氨酸Cystine)，为药物开发带来了新机遇。这种突变会在蛋白表面形成一个可结合小分子共价抑制剂的半胱氨酸位点。
据统计，大约有 13% 的非小细胞肺癌和 3% 的结直肠癌患者有 KRAS 突变，其中约一半是 G12C 突变。可见，只要能搞定 KRAS G12C，就有望取得重大的治疗进展。
图1 KRAS药物开发里程碑
图片来源：参考资料1
临床前研究证实,靶向KRAS G12C突变位点的小分子抑制剂能够抑制KRAS下游信号传导。基于此,多家制药公司开发出一系列KRAS G12C抑制剂进入临床试验，并取得突破性进展。
AMG 510（sotorasib）是首个进入临床的KRAS G12C抑制剂。I期临床试验数据显示,该药物可使部分KRAS G12C突变的肺癌肿瘤缩小。
MRTX849（adagrasib）是另一KRAS G12C小分子抑制剂,I期临床试验中也观察到部分肺癌和结直肠癌患者获得局部缓解。除了单药疗效外,将MRTX849与其他治疗方式联合,如免疫检查点抑制剂、靶向受体酪氨酸激酶、mTOR或细胞周期分子等,在多种肿瘤模型中显示出增强的抗癌活性,特别是在单药难以治疗的肿瘤中。
虽然靶向KRAS（OFF）状态的 AMG 510和MRTX849为癌症治疗开辟了新的途径，但面临的主要问题是多种复杂的耐药机制。近几年AACR大会陆续报道了国内外数个新一代KRAS广谱抑制剂和靶向KRAS G12D的小分子有望突破已上市的KRAS抑制剂的局限性。
KRAS G12D（ON）抑制剂：
锁定 KRAS蛋白“上膛”状态
以Revolution Medicines公司在研项目RMC-9805为例，它通过抑制处于“开启”状态的 KRAS 蛋白发挥作用。
Revolution 研究人员提供的数据显示，作为单一疗法，该药物可以抑制胰腺导管腺癌 (PDAC) 和非小细胞肺癌 (NSCLC) 动物模型中的肿瘤生长。RMC-9805目前正在进行一项涉及 NSCLC、PDAC、结直肠癌或其他实体瘤患者的 1 期临床研究。
Verastem公司的海报显示，该公司与合作伙伴劲方医药（GenFleet Therapeutics） 正在开发一种名为GFH375/VS-7375的口服 KRAS G12D （ON/OFF）抑制剂，可有效对抗小鼠的胰腺癌和结直肠癌。该药物通过独特机制作用于活化/失活状态的KRAS G12D突变蛋白，选择性抑制KRAS G12D突变肿瘤细胞内的KRAS通路信号传递和细胞增殖。
除了G12D之外，Quanta Therapeutics还展示了一张海报，其中的数据显示，其针对 KRAS G12V 的口服药物 QTX3544 可抑制胃癌、胰腺癌、肺癌和卵巢癌小鼠模型中的肿瘤生长。
Frontier Medicines的KRAS G12C 抑制剂 FMC-376，新数据显示，其减小了 NSCLC 和结直肠癌小鼠模型中的肿瘤大小。将 FMC-376 与 PD-1 抑制剂联合使用还可增强 PD-1 抑制剂在小鼠肺癌模型中的疗效。与 Verastem的GFH375/VS-7375 一样，Frontier的FMC-376 在“开启”和“关闭”状态下均作用于 KRAS，但突变不同。FDA 批准的两种 KRAS G12C 抑制剂，Amgen 的 AMG510和 Mirati Therapeutics 的 MRTX849，仅在“关闭”状态下对该分子起作用。
图2 KRAS 信号通路示意图。如图所示除了针对 G12C 突变，科学家们还发现了一种“三联抑制剂”，可以与上膛装弹的 KRAS 蛋白结合，这就好比卡住了 KRAS 这把枪的扳机，阻止它发射致癌信号。此外，还有一种 SOS1 抑制剂，能够切断 KRAS 获取“子弹”的能力，从而从根本上遏制 KRAS 蛋白的活性。
图片来源：AACR官网博客
最后，关注一下Bridgebio公司的另一款针对 KRAS（on）状态的抑制剂BBO-8520，这款药物并不是第一次出现在AACR舞台，前几年它就报道过自己与其他已知的KRAS G12C抑制剂不同，因为它能够在KRAS G12C的GTP结合（ON）和GDP结合（OFF）两种状态下都与其结合。这种特性使得BBO-8520在抑制KRASG12C的活性方面表现出更强的效力。
按资料介绍BBO-8520通过与Switch II口袋共价结合，锁定了GTP结合的KRAS G12C在状态1的构象中，这个构象无法与效应蛋白结合，从而快速且完全阻断了效应蛋白的结合。这种直接作用于KRAS G12C（ON）的能力导致在效应蛋白（Raf1）结合测定中表现出强大的抑制作用（约30纳摩尔），而其他仅作用于（OFF）状态的抑制剂在这一测定中没有表现出可测量的效力。相比之下，已上市的两款共价抑制剂药物如sotorasib和adagrasib通常只能与KRASG12C的GDP结合（OFF）状态形成结合，因此在抗药性出现时，它们的效果可能会减弱。BBO-8520的设计旨在通过同时抑制（ON）和（OFF）状态来提供更全面的靶点覆盖，并解决对当前（OFF）状态抑制剂的适应性抵抗机制。
图3 BBO-8520与传统KRAS抑制剂不同的作用机制。
图片来源：AACR会议截图
但需要注意的是KRAS药物往往单药的临床效果并不理想，很多临床试验都是联合给药。
比如同时靶向KRAS和SHP2或者KRAS和PI3K。因为如果只针对KRAS，癌细胞可能会通过激活PI3K通路来绕过这一阻断。但如果同时使用针对PI3K的药物，这种逃避机制就会被削弱，从而增加治疗成功的机会。
不过PI3k激酶靶点毒副作用大，很考验小分子的选择性。BBO-10203就选择了别构抑制剂的思路打断PI3K和RAS的相互作用从而达到降低毒副作用的目的，不过究竟疗效如何还是要看临床的结果。
目前在肺癌PDX模型上和AMG510的对比结果如下，BBO-8520的确潜力不错：
图4 BBO-8520和AMG510的肿瘤抑制效果对比。
图片来源：参考资料3
下图笔者比较了三款在研不同机理的KRAS抑制剂的结构：
- MRTX1133是KRAS G12D 的高选择性抑制剂，可逆性地与活化和失活的 KRAS G12D 突变体结合并抑制其活性。据报道，MRTX1133 对 KRAS G12D 的特异性是野生型 KRAS 的 1000 倍以上。
- 益方生物的D-1553是一种口服 KRAS G12C 抑制剂。它有望治疗 KRAS G12C 突变的非小细胞肺癌（NSCLC）。
- BBO-8520 则可在 KRAS G12C 的 GTP 结合态（ON）和 GDP 结合态（OFF）构象中与开关 II 口袋共价结合，从而快速、强效地抑制 KRASG12C 的活性。
图5 KRAS在研抑制剂MRTX1133和D1553以及BBO-8520的结构比较
图片来源：作者自制
未来的挑战与希望
在医药江湖中，KRAS致癌基因如同指环王中的索隆恶魔，其变幻莫测的致癌手段让无数英雄束手无策。KRAS巧妙利用癌细胞的突变异常狡猾多变，发展出各种耐药机制，让众多靶向药失去了效力。
幸运的是，随着KRAS靶向治疗的新思路，比如广谱KRAS以及新一代非共价抑制剂，如同江湖传来的一阵春风，带来了克服现有药物耐药性的新希望。猎药人通过不懈的努力，终于让这些新疗法步入了临床试验的阶段，预示着未来可能大放异彩，为苍生带去福音。
文章最后推荐两篇文献，KRAS广谱非共价抑制剂去年5月刊登在《自然》的论文：PAN-KRAS抑制剂抑制致癌信号和肿瘤生长。
图6 Pan-KRAS非共价抑制剂结合WT、G12C、G12D、G12V和G13D突变KRAS的共晶结构及活性数据。
图片来源：参考资料5
另一篇发表在自然子刊的川大华西联合成都中医大发布靶向“不可成药”蛋白质的最新进展，包括KRAS等多个难以成药靶点的共价抑制剂，变构抑制剂以及蛋白质相互作用抑制剂的开发进展,详细总结了正在临床阶段的共价抑制剂结构及相关机制，为广大研究者提供了宝贵的知识和启示。也期待这些新药早日通过三期临床，造福广大癌症患者。
图7包括KRAS，EGFR和p53多个癌症相关难以成药靶点的共价抑制剂开发综述。
图片来源：参考资料5
参考资料：
- 2022综述KRAS 药物：当前视角和最新进展
- DOI:10.1186/s13045-022-01375-4
- Revolution Medicines公司发现口服共价三复合 KRASG12D(ON) 抑制剂RMC-9805
- www.abstractsonline.com/pp8/#!/20272/presentation/9826
- 癌症研究所RAS专题pdf资料
- https://deainfo.nci.nih.gov/advisory/joint/0623/McCormick.pdf
- Nature论文 Pan-KRAS inhibitor disables oncogenic signalling and tumour growth
- DOI：10.1038/s41586-023-06123-3
- 共价抑制剂综述Recent advances in targeting the “undruggable” proteins: from drug discovery to clinical trials
- DOI:10.1038/s41392-023-01589-z
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