【行研】破除“不可成药”魔咒，KRAS靶点研发进展

1982年，全球首个人类肿瘤基因家族——RAS,成为癌症研究中的里程碑事件被载入史册。RAS基因家族与人类肿瘤相关的基因有NRAS、HRAS和KRAS三类，分别定位在1、11和12号染色体上,其中KRAS对人类癌症影响最大，其基因突变占RAS基因突变总数的85%（NRAS占12%，HRAS仅占3%)，在癌症细胞中起到“分子开关”的作用，能调控肿瘤细胞生长及血管生成等关键过程。

研究者发现，KRAS基因作为细胞内信号通路“下游区”的信号传导蛋白，能结合GDP/GTP。当KRAS传递信号时，即与GTP分子结合进入激活状态，将GTP转化为GDP时，KRAS蛋白便会进入失活状态，停止传递信号（图1）。但是，当KRAS基因突变时，其编码的KRAS蛋白会卡在“开”的位置，让细胞不受控制地增值生长，并激活下游信号通路，包括MAPK、PI3K、Ral-GEFs等多条与细胞生存、增殖及细胞因子释放相关的重要通路，由此引发肿瘤细胞的生长迁移。

图1.KRAS靶点相关信号通路  来源：NatRevCancer

KRAS突变是多种肿瘤中最常见的致癌因素之一。数据表明，KRAS基因突变出现在90%的胰腺癌、30-40%的结肠癌、17%的子宫内膜癌以及15-20%的肺癌中（大多为NSCLC），同时也会出现于胆管癌、宫颈癌、膀胱癌、肝癌和乳腺癌等癌症类型中（表1）。在KRAS突变中，以G12C、G12D和G12R最常见，其中KRASG12C又是最普遍的一类，它是KRAS12位的甘氨酸突变为半胱氨酸，《新英格兰医学杂志》文献显示，该突变发生在约14%的NSCLC、约4%的结直肠癌及约3%的胰腺癌患者中。

表1.不同组织发生RAS基因突变的概率

来源：求实医药

虽然该靶点如此致命，但自其发现后的40年间，全球始终没有一款针对性的靶向药成功上市，由此RAS被誉为史上最难治也是最“臭名昭著”的肿瘤靶点。直到2021年5月，安进（Amgen）公司的KRASG12C抑制剂LumaKras（Sotorasib）获得美国FDA批准上市，标志着KRAS研发取得历史性突破，终于破除了KRAS“不可成药”的魔咒。

KRAS靶点为何难以成药？其症结在于KRAS蛋白的特殊结构。KRAS蛋白是一种近乎球形的结构，无明显结合位点，因此很难开发出能靶向结合的抑制化合物。其次，KRAS与GTP/GDP的结合非常强,亲合系数达到皮摩尔浓度级，而正常细胞里GDP/GTP的含量在微摩尔级,所以要开发出与GTP/GDP竞争结合的小分子化合物非常困难。另外KRAS的作用范围极广，其正常活性也是正常细胞所必须的，如果直接开发抑制KRAS活性的药物，很有可能“伤及无辜”，产生较高的毒副作用，而且研发仅针对突变KRAS蛋白的药物并不容易，同样有可能降低正常KRAS蛋白的活性。

近年来伴随技术进步，KRAS靶向药终于取得重要进展。首先是针对KRAS突变的特异性抑制剂被成功开发出来。科学家发现KRASG12C突变体中与半胱氨酸共价结合的小分子更倾向于和GDP结合的KRAS蛋白相结合，该结合不仅降低GTP与KRAS的亲和力，同时阻碍GEF催化GTP替换GDP，所以将KRASG12C突变体锁死在失活状态，抑制下游通路的信号传导，Amgen公司的AMG510（Sotorasib）和Mirati Therapeutics公司注册前阶段的MRTX849（Adagrasib）作用机制都是如此（图2）。其他处于临床较早阶段的类似药如罗氏研发的GDC-6036、诺华开发的口服制剂JDQ443、礼来公司的LY3537982都在临床前实验中表现出不错的抗癌活性。国内益方生物公司自主研发的D-1553、泽璟生物制药的ZG19018也采用上述机制。

图2.Sotorasib（左）和Adagrasib（右）化学结构   来源：临床药物治疗杂志

但该机制也并非无懈可击，因为上述抑制剂只针对本身处于失活状态且和GDP结合的KRASG12C，对少量仍和GTP结合的活性KRASG12C不起作用，这就给了肿瘤细胞可乘之机。Revolution Medicines公司为此研发了创新抑制剂，是将小分子和与GTP结合中处于激活状态中的KRAS绑定，直接切断下游信号传递，疗效也有望更好。Revolution Medicines运用此策略开发的药品主要为RMC-6291和RMC-6236，两者都处于临床前阶段。其中RMC-6291不仅针对KRASG12C也作用于NRASG12C。而RMC-6236则主要作用于RASMULTI，包括但不限于G12V/G12D/G13D等，即RMC-6236会针对出现多种突变情况的癌症病人。

除了针对KRASG12C突变体外，研发者还聚焦于KRASG12D突变亚型。全球45%的结直肠癌和胰腺癌患者及17%的NSCLC患者病因都是KRASG12D突变。2021年的一项研究发现，一款具有高活性、高选择性的非共价KRASG12D抑制剂MRTX1133具有巨大治疗潜力，能导致KRAS蛋白构象发生改变使信号通路受到阻抑，达到抗肿瘤效果，且这款变构调节剂仅在3mg/kg水平就能抑制移植瘤生长，因此也被医学界寄予厚望。

值得关注地是，靶向多种KRAS突变体的通用型抑制剂（pan-KRAS）也在同步研发中。pan-KRAS抑制剂主要通过与SOS蛋白结合，使SOS蛋白不能发挥催化KRAS与GTP结合的作用，阻止KRAS由非活性状态向活性状态的转变，进而使KRAS处于失活状态。Boehringer Ingelheim公司开发的BI-1701963是首款pan-KRAS抑制剂，目前正处于Ⅰ期临床试验阶段。

除了以上直接抑制策略外，科学家还尝试开发间接抑制KRAS靶点的药物。Cancer Discovery期刊报道，SHP2是间接抑制KRAS活性的主要靶点，与KRASG12C抑制剂联用有望治疗KRAS突变的癌症患者，而且能解决KRASG12C抑制剂耐药性问题。其实早在2019年7月，诺华就与Mirati Therapeutics公司达成合作协议，研究将SHP2抑制剂TNO155与Adagrasib联用治疗携带KRASG12C突变的晚期实体瘤的效果。2021年10月，赛诺菲与Mirati Therapeutics也达成合作协议，评估在研的SHP2抑制剂RMC-4630与Adagrasib联用的疗效。此外，BridgeBio公司的BBP-398与安进的Sotorasib组合疗法、加科思药业的SHP2抑制剂与自身研发管线中的KRASG12C抑制剂组成的联合疗法目前都处于临床开发阶段。

为解决KRAS抑制剂的耐药性难题，近年来科学家还考虑用PROTAC靶向降解KRAS突变蛋白。代表性成果是2020年Crews课题组开发的PROTAC分子LC-2（图3），LC-2中的Adagrasib片段与KRASG12C共价结合后，能招募E3泛素连接酶蛋白，进而降解KRASG12C突变体，抑制MAPK信号通路。该研究表明PROTAC介导的KRAS降解将为药物研发提供一种崭新策略。

图3.LC-2分子结构   来源：临床药物治疗杂志

查询Cortellis数据库，目前已上市的KRAS抑制剂1款、注册前阶段药物1款，临床三期药物1款、临床二期药物7款、临床一期药物9款、临床前45款、药物发现阶段有20款（表2）。虽然历经40余年，KRAS靶向药物仅有1款成功上市，但相信随着全球科研人员持续深入地研究，未来会有越来越多的KRAS靶向药问世，为广大癌症患者带来希望。

表2.全球研发进展较快的KRAS靶向药

来源：Cortellis          

参考文献：

1、杨宁，李鹏运，郑志兵,KRAS小分子抑制剂的研究与应用进展，临床药物治疗杂志，2022年3月，第20卷第3期，P13-21

2、Wang X，Allen S，Blake JF，et al. Identification of MRTX1133，

a noncovalent，potent，and selective KRAS（G12D）inhibitor. J Med Chem，2021 Dec10

3、http://www.globecancer.com/azzx/show.php?itemid=14063

4、https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20210521/content-1222906.html