KRAS抑制劑「圖鑑」

KRAS是一種GTP酶，可催化三磷酸鳥苷（GTP）水解為二磷酸鳥苷(GDP)。當與GTP結合時，KRAS處於激活狀態，相反，與GDP結合時處於失活狀態。通過在激活和失活狀態間切換，KRAS控制著多種不同的細胞功能。

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轉換，催化KRAS與GTP的結合，從而促進KRAS的激活。

KRAS通過激活多種效應蛋白來控制大量的細胞功能。被研究最充分的效應器包括RAF激酶和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的催化亞基。KRAS-GTP與RAF激酶結合可刺激其二聚化和激活，從而觸發MEK和ERK的逐步激活，這是驅動細胞週期進展和增殖的一條通路。通過與PI3K結合，KRAS幫助激活AKT和MTOR，而AKT和MTOR調節細胞凋亡、代謝和翻譯。

KRAS突變發生於約25%的癌症病例中，主要見於肺癌、胰腺癌和結直腸癌，與極差的疾病預後有關。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）突變為半胱氨酸（cysteine）。該突變存在於∼13%的肺腺癌，∼3%的結直腸癌、∼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信號傳導一直非常困難。一方面，由於RAS GTP酶對核苷酸有非常高的親和力，因此，很難開發有效的競爭性抑制劑。另一方面，靶向KRAS在質膜上的定位（KRAS激活的關鍵步驟）也無效，因為許多代償途徑可調控這一過程。類似的，靶向KRAS下游效應信號也沒有產生顯著的臨床效益。

此外，由於KRAS蛋白表面除了一個GTP結合口袋，其它部分非常光滑，藥物研發人員很難在其表面找到小分子候選藥物的結合口袋，因為，KRAS靶向療法的研發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年發表在Nature上的一篇論文使KRAS靶向藥物的研發迎來了轉折。加州大學舊金山分校的化學生物學家Kevan Shoka團隊發現KRAS（G12C）突變新引入的半胱氨酸很容易形成共價鍵，並設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）靶向藥物的研發進入了全新的發展時期。

來源：Cell

10月15日，發表在Cell雜誌上的一篇題為“Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients”的PERSPECTIVE中，來自Memorial Sloan Kettering癌症中心的3位科學家，回顧了KRAS（G12C）選擇性抑制劑近幾年令人興奮的研究進展，並討論了這些新療法的作用機制、細胞效應以及患者療效。以下摘編其中部分內容，供參考學習：

一、KRAS（G12C）抑制劑

直接靶向KRAS突變體是科學家們的長期目標。最早的工作可追溯到上世紀80年代，當時研究者們發現，人類癌細胞中有激活的RAS突變。不過，如前文所述，該領域真正取得突破是在2013年，當時Kevan Shoka團隊在一篇Nature論文中公佈了他們所開發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合，佔據“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

之後，基於結構的優化導致了對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，減弱癌細胞增殖，以及誘導癌細胞死亡。其中，ARS1620還表現出能夠在異種移植物模型中抑制腫瘤生長。

得益於ARS化合物的結構-活性關係從早期就已公開，一些更有效的KRAS(G12C)抑制劑被開發出來。雖然這些抑制劑共享一個結合G12C的丙烯酰胺彈頭，但它們有著不同的化學結構（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。據報道，它們的效力增強是由於其與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為是ARS1620和1_AM效力強於ARS853的原因。令人興奮的是，sotorasib和MRTX849現在都在KRAS(G12C)突變腫瘤患者中顯示出了臨床活性。

9月20日，安進在頂級醫學期刊NEJM雜誌上公佈了Sotorasib的完整I期試驗結果。該I期試驗（NCT03600883）共招募了129例患者，59例為非小細胞肺癌（NSCLC）、42例為結直腸癌、28例為其它類型的實體瘤。研究結果顯示，安全性方面，未觀察到劑量限制毒性效應或治療相關的死亡。有73例患者(56.6%)發生了與治療相關的不良事件，其中，15例(11.6%)患者發生了3級或4級TRAEs。療效方面，在非小細胞肺癌（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（客觀緩解或病情穩定），中位無進展生存期為6.3個月。在結直腸癌隊列中，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屆國際分子靶標與癌症治療學研討會（EORTC-NCI-AACR）上發表了MRTX849（adagrasib）的最新臨床數據。MRTX849單藥治療攜帶KRAS G12C突變的晚期/轉移性非小細胞肺癌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胞效應正在評估中，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

表1 部分處於臨床開發階段的KRAS(G12C)抑制劑

來源：Cell

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

來源：NextPharma

三、聯合治療

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

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

共靶向上遊信號傳導

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，增強KRAS(G12C)抑制劑的療效。由於RTK激活是核苷酸交換的關鍵刺激，因此，聯合靶向RTKs被用於增強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。基於這些結果，評估MRTX849/TNO155或sotorasib/RMC4630聯合方案療效的臨床試驗即將開展。

• 共靶向並行信號傳導

儘管在KRAS(G12C)突變細胞中PI3K、AKT和MTOR的激活機制尚不清楚，但聯合抑制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三個靶點也導致了較強的抗腫瘤作用。

• 共靶向下遊信號傳導

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抑制劑的聯合治療方案正在臨床試驗中進行測試。來自該試驗的數據將為共靶向RAF/MEK/ERK信號級聯和KRAS(G12C)能否帶來益處提供關鍵證據。

• 共靶向細胞週期檢查點

KRAS信號傳導的一個關鍵輸出是CyclinD:CDK4/6的激活。用palbociclib靶向CDK4/6來最大化細胞週期阻滯可增強KRAS(G12C)抑制劑的療效。

• 共靶向免疫檢查點

KRAS信號傳導對腫瘤微環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，當與PD-1抗體聯合時，sotorasib導致了持久的抗腫瘤作用。相關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)是如何導致免疫抑制的。

四、小結

在過去7年裡，KRAS藥物研發取得了巨大的進步。研究者們認為，考慮到KRAS靶向藥物研發先前遭遇的幾十年的瓶頸以及KRAS突變在癌症患者中的普遍性，期待KRAS(G12C)選擇性抑制劑的發現和臨床開發能夠開闢腫瘤精準治療的新時代。

參考資料：

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