文|曼話

KRAS是一種GTP酶，可催化三磷酸鳥苷（GTP）水解為二磷酸鳥苷(GDP)。當(dāng)與GTP結(jié)合時，KRAS處于激活狀態(tài)，相反，與GDP結(jié)合時處于失活狀態(tài)。通過在激活和失活狀態(tài)間切換，KRAS控制著多種不同的細(xì)胞功能。

GTPase激活蛋白（GAPs，如NF1）可增強KRAS的GTP酶活性，促進與KRAS結(jié)合的GTP水解成為GDP，從而抑制KRAS的激活；而鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEFs，如SOS1/2）可增強GDP向GTP轉(zhuǎn)換，催化KRAS與GTP的結(jié)合，從而促進KRAS的激活。

KRAS通過激活多種效應(yīng)蛋白來控制大量的細(xì)胞功能。被研究最充分的效應(yīng)器包括RAF激酶和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的催化亞基。KRAS-GTP與RAF激酶結(jié)合可刺激其二聚化和激活，從而觸發(fā)MEK和ERK的逐步激活，這是驅(qū)動細(xì)胞周期進展和增殖的一條通路。通過與PI3K結(jié)合，KRAS幫助激活A(yù)KT和MTOR，而AKT和MTOR調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、代謝和翻譯。

KRAS突變發(fā)生于約25%的癌癥病例中，主要見于肺癌、胰腺癌和結(jié)直腸癌，與極差的疾病預(yù)后有關(guān)。其中，KRAS（G12C）突變是最常見的KRAS突變之一，具體指KRAS 12位的甘氨酸（glycine）突變?yōu)榘腚装彼幔╟ysteine）。該突變存在于∼13%的肺腺癌，∼3%的結(jié)直腸癌、∼2%的子宮癌和∼1%的間皮瘤中，胰腺癌(<1%)、宮頸癌(<1%)、膀胱癌(<1%)和胃癌(<1%)中也有低比例的KRAS（G12C）突變。

在患者中有效靶向KRAS信號傳導(dǎo)一直非常困難。一方面，由于RAS GTP酶對核苷酸有非常高的親和力，因此，很難開發(fā)有效的競爭性抑制劑。另一方面，靶向KRAS在質(zhì)膜上的定位（KRAS激活的關(guān)鍵步驟）也無效，因為許多代償途徑可調(diào)控這一過程。類似的，靶向KRAS下游效應(yīng)信號也沒有產(chǎn)生顯著的臨床效益。

此外，由于KRAS蛋白表面除了一個GTP結(jié)合口袋，其它部分非常光滑，藥物研發(fā)人員很難在其表面找到小分子候選藥物的結(jié)合口袋，因為，KRAS靶向療法的研發(fā)在先前的幾十年中遭遇了很大的挫折，鮮有突破進展。

不過，2013年發(fā)表在Nature上的一篇論文使KRAS靶向藥物的研發(fā)迎來了轉(zhuǎn)折。加州大學(xué)舊金山分校的化學(xué)生物學(xué)家Kevan Shoka團隊發(fā)現(xiàn)KRAS（G12C）突變新引入的半胱氨酸很容易形成共價鍵，并設(shè)計出了能夠不可逆地靶向KRAS的12號密碼子上的半胱氨酸殘基的共價小分子抑制劑。從那時起，KRAS（G12C）靶向藥物的研發(fā)進入了全新的發(fā)展時期。

來源：Cell

10月15日，發(fā)表在Cell雜志上的一篇題為“Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients”的PERSPECTIVE中，來自Memorial Sloan Kettering癌癥中心的3位科學(xué)家，回顧了KRAS（G12C）選擇性抑制劑近幾年令人興奮的研究進展，并討論了這些新療法的作用機制、細(xì)胞效應(yīng)以及患者療效。以下摘編其中部分內(nèi)容，供參考學(xué)習(xí)：

一、KRAS（G12C）抑制劑

直接靶向KRAS突變體是科學(xué)家們的長期目標(biāo)。最早的工作可追溯到上世紀(jì)80年代，當(dāng)時研究者們發(fā)現(xiàn)，人類癌細(xì)胞中有激活的RAS突變。不過，如前文所述，該領(lǐng)域真正取得突破是在2013年，當(dāng)時Kevan Shoka團隊在一篇Nature論文中公布了他們所開發(fā)的一款可選擇性靶向KRAS（G12C）的抑制劑，該分子對野生型和其它突變版本的KRAS沒有影響。如圖1A所示，這一選擇性抑制劑與突變半胱氨酸殘基共價結(jié)合，占據(jù)“switch II region”的一個口袋（a pocket in the switch II region, SIIP）。

圖1 KRAS(G12C)抑制劑及其作用機理

之后，基于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化導(dǎo)致了對KRAS（G12C）親和力更強的抑制劑，如ARS853、ARS1620。這些抑制劑在多種腫瘤模型中以不同程度抑制KRAS(G12C)激活，減弱癌細(xì)胞增殖，以及誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。其中，ARS1620還表現(xiàn)出能夠在異種移植物模型中抑制腫瘤生長。

得益于ARS化合物的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系從早期就已公開，一些更有效的KRAS(G12C)抑制劑被開發(fā)出來。雖然這些抑制劑共享一個結(jié)合G12C的丙烯酰胺彈頭，但它們有著不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖1A）。其中，sotorasib（也稱為AMG510）和MRTX849能夠有效抑制小鼠的異種移植瘤生長。據(jù)報道，它們的效力增強是由于其與KRAS(G12C)α3螺旋中的H95殘基相互作用增強了。這種相互作用也被認(rèn)為是ARS1620和1_AM效力強于ARS853的原因。令人興奮的是，sotorasib和MRTX849現(xiàn)在都在KRAS(G12C)突變腫瘤患者中顯示出了臨床活性。

9月20日，安進在頂級醫(yī)學(xué)期刊NEJM雜志上公布了Sotorasib的完整I期試驗結(jié)果。該I期試驗（NCT03600883）共招募了129例患者，59例為非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）、42例為結(jié)直腸癌、28例為其它類型的實體瘤。研究結(jié)果顯示，安全性方面，未觀察到劑量限制毒性效應(yīng)或治療相關(guān)的死亡。有73例患者(56.6%)發(fā)生了與治療相關(guān)的不良事件，其中，15例(11.6%)患者發(fā)生了3級或4級TRAEs。療效方面，在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）隊列中，所有劑量組均可見抗癌活性，32.2%(19例)患者顯示出明確的客觀緩解（CR或PR），88.1%(52例) 患者疾病得到控制（客觀緩解或病情穩(wěn)定），中位無進展生存期為6.3個月。在結(jié)直腸癌隊列中，有7.1%(3例)患者顯示明確的緩解，73.8%(31例)患者疾病得到控制，中位無進展生存期為4.0個月。在胰腺癌、子宮內(nèi)膜癌、闌尾癌和黑色素瘤患者中也觀察到了緩解（各1例患者）。

10月25日，Mirati Therapeutics在第32屆國際分子靶標(biāo)與癌癥治療學(xué)研討會（EORTC-NCI-AACR）上發(fā)表了MRTX849（adagrasib）的最新臨床數(shù)據(jù)。MRTX849單藥治療攜帶KRAS G12C突變的晚期/轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌ORR達45%，疾病控制率達96%；單藥治療攜帶KRAS G12C突變的結(jié)直腸癌ORR為17%，疾病控制率為94%。

除了靶向半胱氨酸殘基的特異性抑制劑，其它靶向KRAS(G12C)的方法包括GDP類似物、KRAS(G12C)-GTP:cyclophylin A (CYPA)抑制劑等。這些新興化合物的細(xì)胞效應(yīng)正在評估中，尚不清楚它們是否具有與SIIP抑制劑相同或更好的KRAS抑制作用。

二、臨床開發(fā)

表1 部分處于臨床開發(fā)階段的KRAS(G12C)抑制劑

來源：Cell

據(jù)NextPharma數(shù)據(jù)庫顯示，目前全球有6款KRAS(G12C)抑制劑進入臨床開發(fā)階段，除了前文提到的Sotorasib (AMG510)、MRTX849（adagrasib），還包括由基因泰克開發(fā)的GDC6036、 由禮來開發(fā)的LY3499446、由強生和Wellspring Biosciences聯(lián)合開發(fā)的JNJ74699157 (ARS3248)以及由中國新藥研發(fā)公司益方生物開發(fā)的D-1553（NCT04585035）。此外，還有一些項目預(yù)計明年開啟臨床研究。

來源：NextPharma

三、聯(lián)合治療

如圖2所示，KRAS(G12C)抑制劑有多種聯(lián)合治療方向，包括聯(lián)合靶向上游、下游或平行信號通路，以及細(xì)胞周期或免疫檢查點。

圖2 KRAS信號傳導(dǎo)示意圖，以及被報道可調(diào)節(jié)KRAS(G12C)抑制劑的靶向不同中間體的抑制劑（來源：Cell）

共靶向上游信號傳導(dǎo)

如圖1C所示，抑制核苷酸交換可增強KRAS(G12C)停留在失活/藥物敏感狀態(tài)，增強KRAS(G12C)抑制劑的療效。由于RTK激活是核苷酸交換的關(guān)鍵刺激，因此，聯(lián)合靶向RTKs被用于增強KRAS(G12C)抑制劑的抗增殖效果。研究顯示，RTK抑制劑直接增加了KRAS(G12C)抑制劑與靶點結(jié)合的能力。

直接抑制RTKs下游的核苷酸交換對提升KRAS(G12C)抑制劑療效也是有效的，如使用SOS1小干擾RNA (siRNAs)或SOS1選擇性抑制劑（如BAY293或BI3406/BI1701963）。

另一種方法是共靶向SHP2，這是一種磷酸酶，參與RTK依賴性SOS1/2激活。多項研究表明，SHP2抑制劑(如RMC4630和TNO155)可增強KRAS(G12C)抑制劑的抗增殖和抗腫瘤作用?；谶@些結(jié)果，評估MRTX849/TNO155或sotorasib/RMC4630聯(lián)合方案療效的臨床試驗即將開展。

共靶向并行信號傳導(dǎo)

盡管在KRAS(G12C)突變細(xì)胞中PI3K、AKT和MTOR的激活機制尚不清楚，但聯(lián)合抑制KRAS(G12C)與PI3K或MTOR的抗腫瘤作用比單獨抑制其中任一靶點都更顯著。此外，同時抑制KRAS(G12C)、IGF1R和MTOR三個靶點也導(dǎo)致了較強的抗腫瘤作用。

共靶向下游信號傳導(dǎo)

靶向RAF二聚體、MEK或ERK是增強KRAS(G12C)抑制劑的一種潛在方法。雖然MEK抑制劑被報道似乎沒有顯著增強ARS1620或MRTX849的效果，但能夠增強sotorasib的抗腫瘤作用。目前，sotorasib+MEK抑制劑的聯(lián)合治療方案正在臨床試驗中進行測試。來自該試驗的數(shù)據(jù)將為共靶向RAF/MEK/ERK信號級聯(lián)和KRAS(G12C)能否帶來益處提供關(guān)鍵證據(jù)。

共靶向細(xì)胞周期檢查點

KRAS信號傳導(dǎo)的一個關(guān)鍵輸出是CyclinD:CDK4/6的激活。用palbociclib靶向CDK4/6來最大化細(xì)胞周期阻滯可增強KRAS(G12C)抑制劑的療效。

共靶向免疫檢查點

KRAS信號傳導(dǎo)對腫瘤微環(huán)境具有免疫抑制作用。因此，KRAS(G12C)抑制可能會增強免疫檢查點抑制的療效。已有研究證實，當(dāng)與PD-1抗體聯(lián)合時，sotorasib導(dǎo)致了持久的抗腫瘤作用。相關(guān)臨床試驗正在進行中。不過，未來還需要做更多的工作來了解KRAS(G12C)是如何導(dǎo)致免疫抑制的。

四、小結(jié)

在過去7年里，KRAS藥物研發(fā)取得了巨大的進步。研究者們認(rèn)為，考慮到KRAS靶向藥物研發(fā)先前遭遇的幾十年的瓶頸以及KRAS突變在癌癥患者中的普遍性，期待KRAS(G12C)選擇性抑制劑的發(fā)現(xiàn)和臨床開發(fā)能夠開辟腫瘤精準(zhǔn)治療的新時代。

參考資料：

[1] Dongsung Kim et al. Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients. Cell（2020）.