關(guān)于 KRAS 及相關(guān)信號(hào)通路
KRAS 基因是一種人類癌癥中突變頻繁的原癌基因，屬于 RAS 超家族，該家族成員還包括 H-RAS 和 N-RAS。約有 30% 的人類癌癥攜帶 RAS 突變，KRAS 更是 RAS 突變中最常見(jiàn)的突變亞型[1][2]，KRAS 突變以單堿基錯(cuò)義突變?yōu)橹?，其?80% 以上是第 12 號(hào) (G12) 氨基酸殘基發(fā)生突變，常見(jiàn)的突變類型包括 G12C、G12D 和 G12V 等[1][2][3]。
KRAS 基因編碼一種小 GTP 酶 (small GTPase)。KRAS 在與 GTP 結(jié)合時(shí)處于激活狀態(tài)，而與 GDP 結(jié)合時(shí)處于非激活狀態(tài)。在生理?xiàng)l件下，這兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換由鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子 (GEFs) 通過(guò)催化 GDP 交換 GTP 來(lái)調(diào)節(jié)，或 GAP 蛋白 (GTPase-activating proteins) 增強(qiáng) RAS 固有的 GTPase 活性加速 GTP 水解來(lái)調(diào)節(jié)[1][4]。
圖1. KRAS 激活與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控過(guò)程[4]
KRAS 的逆襲：從不可成藥到可成藥
由于 KRAS 蛋白分子較小，難找到與小分子藥物結(jié)合的位點(diǎn)；且 KRAS 對(duì) GTP 的親和力極強(qiáng)，難有藥物可以與 GTP 競(jìng)爭(zhēng)，此外，KRAS 除驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)生發(fā)展外，也是正常細(xì)胞活動(dòng)所需蛋白，靶向突變型 KRAS 活性位點(diǎn)的小分子往往還抑制野生型KRAS 活性。因此，KRAS 曾被認(rèn)為是腫瘤藥研發(fā)領(lǐng)域 “不可成藥” 的靶標(biāo)的代名詞。
2021 年，KRAS G12C 基因突變的共價(jià)抑制劑 Sotorasib(AMG510) 獲批上市，打破了 KRAS 靶點(diǎn)無(wú)藥可用的局面 (首款被批準(zhǔn)用于治療攜帶 KRASG12C突變的局部晚期或轉(zhuǎn)移性 NSCLC 患者的靶向療法)，更是迎來(lái)了 KRAS 抑制劑的 “大發(fā)展” 。如圖 2 所示，目前進(jìn)入臨床的靶向KRASG12C的藥物有MRTX849(臨床 3 期)、LY3499446 (臨床 1/2 期)、GDC-6036(臨床 1 期) 和 JNJ-74699157 (ARS-3248) (臨床 1 期，因毒性而終止) 等[4]。 除小分子抑制劑，靶向 KRAS 的 PROTAC 的相關(guān)研究也在進(jìn)行中，今年 2 月，Eur J Med Chem期刊報(bào)道了首個(gè)可逆共價(jià) KRASG12CPROTAC YF135，YF135 通過(guò) E3 連接酶 VHL 介導(dǎo)的蛋白酶體途徑，可誘導(dǎo)快速和持續(xù)的內(nèi)源性 KRAS G12C 降解并減弱 pERK 信號(hào)傳導(dǎo)[6]。
此外，除了上述直接靶向 KRAS 的抑制劑，還有靶向調(diào)節(jié) KRAS 活性的蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控 KRAS 活性 (如抑制鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子 (GEF) 可以間接降低 KRAS 的活性) 的間接方法。如 SOS1 抑制劑，通過(guò)與 SOS1 結(jié)合來(lái)抑制 KRAS，且無(wú)論 KRAS 突變類型如何，均可實(shí)現(xiàn) KRAS 阻斷[4]。
圖 2. 在研的 KRAS 突變抑制劑[3]
靶向 KRAS 的其他突變點(diǎn)
雖然 AMG 510 的上市打破了 KRAS 靶點(diǎn)不可成藥的認(rèn)知，但是目前在研的 KRAS 靶向藥物都是靶向 G12C 突變體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)生 KRAS 突變的病人中，G12D 突變比例約占 26%，G12V 突變比例約占 20.7 %，G12C 突變比例約占13%[3], G12D 突變比例在胰腺癌和結(jié)直腸癌中最高。而 G12C 突變比例在肺腺癌中最高[2]。G12D 和 G12V 突突仍然缺少靶向藥物。
今年 3 月，Mirati Therapeutics 在 J Med Chem 報(bào)道了 KRAS G12D 的非共價(jià)選擇性抑制劑 MRTX 1133的研究進(jìn)展。
研究結(jié)果表明：作為選擇性和可逆 KRASG12D抑制劑，MRTX1133 對(duì) KRASG12D的 KD為 0.2 pM，MRTX1133 阻止 SOS1 催化的核苷酸交換和/或KRAS G12D/GTP/RAF1 復(fù)合物的形成，從而抑制突變體 KRAS 依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。MRTX1133 選擇性抑制 KRASG12D突變體腫瘤細(xì)胞，但不抑制 KRAS 野生型細(xì)胞。MRTX1133 在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中具有一位數(shù)納摩爾活性，MRTX1133 還在多種 KRASG12D突變的胰腺癌異種移植腫瘤模型中顯示出顯著的體內(nèi)療效[5][7]。
圖 4. a. MRTX1133 體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[5]
b-d. MRTX1133 在不同異種移植腫瘤模型中顯示了抗腫瘤療效[7]
今年 4 月，Nature Cancer 報(bào)道了 EGFR × LGR5 雙特異性抗體 MCLA-158 (Petosemtamab)，MCLA-158 可以識(shí)別 EGFR (表皮生長(zhǎng)因子受體) 和 LGR5 (腫瘤干細(xì)胞表面的標(biāo)志物)。目前的抗 EGFR 療法有一些局限性，它們對(duì) RAS 癌基因家族 (主要是 KRAS) 中激活突變的結(jié)腸直腸癌無(wú)效[8]。研究人員針對(duì)結(jié)腸直腸癌腫瘤干細(xì)胞表面高表達(dá)分子 (LGR4, LGR5, RNF43 和 ZNRF3) 和 EGFR 生成抗體文庫(kù)，并建立了一個(gè)大型的患者來(lái)源的類器官庫(kù)源，通過(guò)對(duì)候選抗體進(jìn)行篩選，最終得到了 MCLA-158。
圖 5. 抗體篩選
MCLA-158 抗體示意圖及對(duì)從免疫的人源化小鼠獲得的噬菌體文庫(kù)和合成文庫(kù)進(jìn)行篩選[8]
在這篇文章比較了 MCLA-158 與 Cetuximab (西妥昔單抗；EGFR 單克隆抗體) 治療效果，在體外，如圖 6a，MCLA-158 抑制了 11 種患者來(lái)源的類器官模型 (共測(cè)試 21 種) 的生長(zhǎng)速率。MCLA-158 對(duì)攜帶 KRAS 突變 (C0M, C55T, C27T, C31M 和 C25T) 的類器官的生長(zhǎng)抑制效果明顯。并且在 KRAS 野生型和突變型的類器官中，西妥昔單抗和 MCLA-158 抑制生長(zhǎng)的 IC50差異較大 (8 到 125 倍)，對(duì)攜帶 KRASG12V/G12D突變的腫瘤類器官的IC50為 0.08 和 0.39 μg/mL。
圖 6. MCLA-158 與西妥昔單體外治療效果的對(duì)比[8]
a. MCLA-158 或 Cetuximab 處理后，患者來(lái)源的 PDOs 的轉(zhuǎn)錄變化。b. MCLA-158 或 Cetuximab 對(duì)結(jié)直腸癌患者來(lái)源的類器官生長(zhǎng)的影響。c-d. 流式檢測(cè) MCLA-158 反應(yīng)者與無(wú)反應(yīng)者 PDOs 中 LGR5+ 細(xì)胞的百分率。
在體內(nèi)，MCLA-158 在 P18T (KRASWT) 或 C31M (KRASG12D突變) 類器官接種產(chǎn)生的皮下異種移植腫瘤模型中均表現(xiàn)出了比西妥昔單抗 Cetuximab 更強(qiáng)的體內(nèi)抗腫瘤活性。此外，Western 檢測(cè) P18T (KRAS 野生型) 和 C55T (KRASG12V突變) 的類器官蛋白提取物，結(jié)果表明：相比于西妥昔單抗，MCLA-158 顯著下調(diào)了 EGFR 的表達(dá)。
圖 7. MCLA-158 與西妥昔單抗 Cetuximab 治療效果的對(duì)比[8]
a. 小鼠攜帶 PDO c31m 來(lái)源的皮下異種移植組織 b. 三個(gè) KRAS 突變 PDOX (來(lái)自不同的患者)盲腸的大小或重量 c. Western blot 檢測(cè) P18T, C55T 或 C82N (正常黏膜PDO) 蛋白提取物 EGFR 水平
此外，今年 6 月，Cell Discovery 發(fā)表了題為 “KRAS(G12D) can be targeted by potent inhibitors via formation of salt bridge” 的研究論文。該文章報(bào)道了一款靶向 KRASG12D的長(zhǎng)效抑制劑 TH-Z827，TH-Z827 對(duì) KRASG12D的抑制作用比對(duì) KRASG12C 的抑制作用強(qiáng)近 10 倍（IC50=2.4 μM 對(duì) IC50=20 μM)[9]。
總結(jié)：
隨著 Sotorasib獲得 FDA 的批準(zhǔn)，KRAS 抑制劑開(kāi)發(fā)的曙光已經(jīng)顯現(xiàn)，KRAS 抑制劑實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的突破。相信除了 KRASG12C抑制劑的成功研發(fā)，靶向 KRASG12D、KRASG12V，以及能夠靶向多種、甚至全部 KRAS 突變體的泛 KRAS (pan-KRAS) 的藥物的發(fā)展隊(duì)伍也將日益壯大。
相關(guān)產(chǎn)品
Sotorasib (AMG-510) 是一種選擇性的 KRAS G12C 共價(jià)抑制劑。
Adagrasib (MRTX849) 是一種選擇性的 KRAS G12C 共價(jià)抑制劑。
BI-2852 是基于藥物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 switch SI/II 口袋的 KRAS 抑制劑。
BI-3406 是一種選擇性的 KRAS-SOS1 抑制劑，可抑制 KRAS 與 SOS1 之間相互作用。
MRTX1133 是一種非共價(jià)、強(qiáng)效和選擇性 KRAS G12D 抑制劑。
MRTX0902 是一種有效的 SOS1 的抑制劑。
GDC-6036 是一種有效的 KRAS G12C 抑制劑。
BAY-293
BAY-293 是一種有效的 SOS1 抑制劑，破壞 KRAS-SOS1 相互作用從而阻斷 RAS 活化。
LC-2 是首創(chuàng)的基于 von Hippel-Lindau 的內(nèi)源性 KRAS G12C 的 PROTAC 降解劑。
ARS-1620 是一種阻轉(zhuǎn)異構(gòu)且有選擇性的 KRASG12C 抑制劑。
MRTX-1257 是選擇性的、不可逆的、共價(jià)的并具有口服活性的 KRAS G12C 抑制劑。
JDQ-443 是一種口服有效和選擇性的共價(jià) KRAS G12C 抑制劑。
RMC-0331 (RM-023) 是一種高效、選擇性的 SOS1 抑制劑。
ARS-853 是選擇性，共價(jià)的 KRAS G12C 抑制劑。
RM-018 是一種 KRAS G12C 活性狀態(tài)的抑制劑。
Cetuximab 是一種 EGFR 單克隆抗體。
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參考文獻(xiàn)
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2. Moore AR, Rosenberg SC, McCormick F, Malek S. RAS-targeted therapies: is the undruggable drugged? Nat Rev Drug Discov. 2020;19(8):533-552.
3. 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.
4. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):386.
5. Wang X, Allen S, Blake JF, et al. Identification of MRTX1133, a Noncovalent, Potent, and Selective KRASG12D Inhibitor. J Med Chem. 2022;65(4):3123-3133
6. Fang Yang, Yalei Wen, Chaofan Wang, Yuee Zhou, Yang Zhou, Zhi-Min Zhang, et al. Efficient targeted oncogenic KRAS G12C degradation via first reversible-covalent PROTAC. Eur J Med Chem. 2022 Feb 15;230:114088..
7. James G Christensen Mirati Therapeutics, San Diego. Discovery and Characterization of MRTX1133, a Selective Non-covalent Inhibitor of KRASG12D.AACR-NCI-EORTC Virtual International Conference on MOLECULAR TARGETS Ameri ANDCANCER THERAPEUTICS for Cal FINDING October 7-10, 2021
8. Herpers B, Eppink B, James MI, et al. Functional patient-derived organoid screenings identify MCLA-158 as a therapeutic EGFR × LGR5 bispecific antibody with efficacy in epithelial tumors. Nat Cancer.
9. 2022;3(4):418-436. Zhongwei Mao, Hongying Xiao, Panpan Shen, Yu Yang, et al. KRAS(G12D) can be targeted by potent inhibitors via formation of salt bridge. Cell Discov. 2022 Jan 25;8(1):5.
