上世纪八十年代初，人类发现了首个致癌基因KRAS，这一晃就是三十七年，从起初认定的“不可成药靶点”[1].到现如今的“临床药效优异”，无硝烟的医药研发战场即将迎来一场恶战。
关于KRAS信号通路
KRAS (Kirsten Rat Sarcoma ViralOncogene Homolog)基因属于RAS家族，该家族的另外两个基因分别是HRAS和NRAS，各基因之间的同源性可达85%。KRAS本质是一单聚体G蛋白，位于细胞膜的两侧，具有GTP酶活性，其编码蛋白由188~189个氨基酸组成，分子量为21 KD[2]。
KRAS基因参与了控制基因转录的激酶信号传导路径，从而调节细胞的生长和分化。KRAS与GTP结合呈激活状态，之后GTP被KRAS蛋白裂解为GDP，KRAS再与GDP结合呈关闭状态。KRAS在失活与激活状态的转换受到两种因子的调节。一个是鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF），可催化KRAS与GTP的结合，促进KRAS的激活。另一个是GTP酶激活蛋白（GAP），可使与KRAS结合的GTP水解成为GDP，进而抑制KRAS的活性[3]。
KRAS可被上游的生长因子或酪氨酸激酶（如EGFR）短暂活化，活化后的KRAS可以激活下游通路，常见的有控制细胞生成的PI3K-AKT-mTOR信号通路，以及控制细胞增殖的 RAS-RAF-MEK-ERK信号通路，这条通路属于众多信号通路中的一条，这也给众多靶点联用奠定了生物学基础[4]。KRAS癌基因约占到所有肿瘤突变的30%。其中胰腺癌约占90%，结肠癌占50%，肺癌约占25%。最常发生基因突变的位点是第12、13和61位的密码子，其中以12位密码子的突变最为常见。KRAS突变状态不受上游EGFR基因的影响，只有野生型KRAS基因受到上游EGFR基因的影响，因此具有突变型KRAS基因患者对EGFR靶向药物的治疗无效。为此美国国立综合癌症网络（NCCN）《非小细胞肺癌临床实践指南2011》和《结直肠癌临床实践指南2011》明确指出，当患者检测到了KRAS突变基因，不建议患者使用EGFR靶向分子药物。针对KRAS基因突变，科学家们也尝试多种方式来研发小分子抑制剂，但均已失败告终，以至于KRAS靶点一度成为最不可能成药靶点的代名词。其中针对突变型KRAS与GTP结合会形成活性构象，科学家原计划寻找阻断两者结合的小分子抑制剂，但因活性KRAS与GTP结合力强、结合位置小，且难以准确判断结合位置，导致小分子阻断的可能性十分小。既然针对KRAS突变靶点原位的药物研发难度增大，科学家们也转向了KRAS下游通路上的靶点研究，比如PI3K、mTOR、BRAF、MEK、MET、CDK4/6等。根据Clinicaltrial中登记的临床试验可以查到比较明确的几种治疗方式,包括MEK抑制剂联合化疗，CDK4/6抑制剂以及PD1免疫治疗。KRAS的癌变通过损害GTP水解而导致蛋白的功能性活化。随着GTP酶活性的调节减少，Ras的核苷酸状态变得更依赖于相对核苷酸亲和力和浓度，使得GTP结合比GDP结合更具优势，并增加了活性GTP结合KRas的比例。GTP水解后生成GDP，KRAS与GDP结合后构象发生变化，不仅失去活性而且蛋白表面出现一些结合腔（switch I和switch II）。假若小分子药物可结合位置，并把KRAS稳定在失活构象，就可达到降低KRAS活性的目的。加州大学的Kevan Shokat小组[5]在2013年发表了具有一定活性的G12C KRAS抑制剂，因为KRAS G12C的突变点是从甘氨酸突变为半胱氨酸，这种突变位点与不可逆抑制剂的结合破坏了switch I和switch II结合腔，概念上验证了小分子抑制剂的可行性。从此开启了KRAS G12C小分子抑制剂研发的新天地。
SHP2是由PTPN11基因编码的非受体蛋白酪氨酸磷酸酶。已有研究表明SHP2作为致癌基因，可介导激活RAS-ERK信号通路促进癌细胞的存活和增殖[6]；同时因在靶向治疗之初，肿瘤就可能立即通过重构其信号通路产生适应性耐药。KRAS-ERK依赖性肿瘤中的信号传导也会受适应性抗性的限制。Ahmed 等[7]验证了在KRAS-ERK信号通路上，RAF和MEK抑制剂治疗多发性肿瘤时，SHP2会产生代偿性激活的适应性耐药，从而促进肿瘤耐药的发生[8]。KRAS抑制剂研发战场上，已有公司意识到多种抑制剂联用的重要性，启动了KRAS和SHP2的联用，或者与ERK信号通路上其他抑制剂的联用。
小编统计了近期国际和国内最火热的KRAS G12C小分子抑制剂研发管线，梳理如下表。
注释：按KRAS G12C小分子抑制剂研发启动时间排序
图4. Wellspring 和 Janssen合作开发KRAS历史
2013年2月份，Araxes 公司（wellspring公司的子公司）与 JanssenBiotech达成独家协议，共同开发first in class的癌症药物，是最早涉足KRAS新突变位点的公司之一。这几年先后报道出ARS-853和ARS-1620化合物[9-11]。ARS-853化合物虽表现出较好的细胞活力，但药代动力学性质较差，不适于进行动物体内模型的药效评估。ARS-1620属于不同于喹唑啉的结构，相关临床前研究于2018年1月份发表在cell杂志上[11]。ARS-1620对KRAS G12C具有高效性和选择性，可实现快速和持续的体内靶标占据以诱导肿瘤消退。该研究提供了体内证据，揭示ARS-1620代表新一代KRAS G12C特异性抑制剂，具有很大的治疗潜力。但今年5月份， Wellspring公司宣布FDA已批准ARS-3248的IND申请。Janssen对该化合物的临床开发负全部责任，且于7月26日在clinicaltrials登记JNJ-74699157（ARS-3248）开展临床I期试验（NCT04006301），选择KRAS G12C阳性晚期实体瘤患者入组，研究期限为4年。专注于抗肿瘤药物研发的Mirati 公司，最早在2017年第一季度财务业绩中披露了KRAS G12C抑制剂的临床前研究，声称已在KRAS突变异种移植药效模型中验证了体内药效，并计划下半年获得IND申报的候选化合物。2018年4月份公布化合物代号MRTX-849，10月份递交IND申请，30天后获FDA批准。2019年1月份如期开展临床I期试验，利用加速滴定方案，使MRTX849快速达到活性剂量水平。临床II期拟扩增招募有KRAS G12C阳性突变驱动的患者，以期为非小细胞肺癌（NSCLC）或结直肠癌（CRC）患者提供概念证明和加速批准的依据。
MRTX-849是Mirati与Array 生物医药公司联合发现的，前后共设计约100个共晶结构，对突变型细胞体外IC50可达1~20 nM，相比较野生型，选择倍数大于1000倍。MRTX849从2018年起已在众多肿瘤国际会议上汇报过进展，会议列表如下表2（https://www.mirati.com/mrtx849/）。会议上仅披露了工具化合物MRTX1257化合物结构，体外细胞活性和体内药效优异。2019年的AACR会议上披露了MRTX849的临床前药效数据：针对不同的癌肿模型，100mg/kg下均可达到较好的抑制作用。Mirati报道MRTX849重复给药毒理学数据预测人体口服生物利用度大于 30％，人体半衰期长达20小时。与报道的其他KRAS突变型选择性抑制剂相比，MRTX849似乎具有更高程度的抗肿瘤活性。今年7月份，Mirati公司宣布与诺华（Novartis）达成了一项合作协议，将MRTX-849与诺华公司的在研SHP2抑制剂TNO155联合使用，治疗携带KRAS G12C突变的晚期实体瘤的效果。至此，MRTX-849除了单药使用之外，启动了新的联合疗法。 表2. Mirati公司参加过的国际会议
AMG510是目前唯一获得临床结果的化合物，可谓是目前KRAS G12C小分子抑制剂中一马当先的领军药物，2018年8月在Clinicaltrial登记临床I期试验（NCT03600883）。不到一年时间，临床数据就有良好的反馈，先后在2019年的AACR及ASCO上披露了可喜数据。因其良好的临床试验数据，AMG510已于2019年5月1日和2019年5月23日分别获得FDA批准治疗非小细胞肺癌、结直肠癌孤儿药资格。
今年WCLC会议中AMG510更新了临床数据[12]，13名可评估的非小细胞肺癌患者，给药960mg，54％为PR，目标剂量下约46％的患者疾病控制率为100％。FDA授予AMG 510快速通道用于治疗具有KRAS G12C突变的疾病进展的NSCLC。在入选的34名NSCLC患者中，没有观察到剂量限制性毒性，也没有导致停药的不良事件。目前27名患者持续接受治疗中。在34名患者中，只有9名（26.5％）报告了1级或2级的治疗相关不良事件，3名患者报告了3级不良反应（贫血和腹泻）。没有4级或更高级别的不良反应。基于以上良好数据，Amgen研发执行副总裁David M. Reese博士反馈，AMGEN会持续对AMG 510的研发充满热情，并继续迅速推进其单一疗法和综合疗法的发展计划。2019年6月份 BI 发表了文章Drugging an undruggable pocket on KRAS[13]，直接公布了化合物BI-2852化合物的结构和临床前数据，旨在进军KRAS领域。9月4日，便和 Lupin Pharmaceuticals公司达成协议，即BI-2852联合Lupin的新型MEK抑制剂（LNP3794）的新组合疗法，用于治疗具有致癌KRAS基因突变的胃肠道、肺癌患者。这一新的组合疗法可以从源头制约KRAS-RAF-MEK-ERK信号通路，增大获胜概率。
对于KRAS G12C 小分子抑制剂，上面几家国际研发公司都有了明确的新分子实体，还有一些仅有知识产权保护，还未公开化合物的研发公司，比如辉瑞（WO2019155399A1）。同时，辉瑞在今年6月收购了Array生物医药，Array医药和Miraty共同开发MRTX-849，不知后面辉瑞是否会直接参与MRTX-849的临床开发。
2019年8月26日，加科思自主研发的第二个抗肿瘤原创新药JAB-3312在美国Health ONE Clinic Oncology Center启动I期临床试验。今年7月已进行中国IND的申请，预计中国临床试验将于今年11月启动。JAB-3312通过抑制SHP2蛋白磷酸酶可以阻断T细胞PD1通路和肿瘤细胞KRAS通路，从而兼具肿瘤免疫和肿瘤靶向双重作用，用于治疗非小细胞肺癌、结直肠癌、胰腺癌等实体瘤患者，同时也可解除肿瘤免疫抑制微环境，增强现有肿瘤免疫疗法的功效。加科思第一个自主研发的JAB-3068为SHP2抑制剂，已于2018年4月和11月分别在美国和中国启动了多种实体瘤的I期临床试验，并于今年5月获得IIa期临床研究批件，即将进入多种实体瘤治疗的疗效探索阶段。不知这两个中国本土的创新药是否会进行联合使用，共同抑制KRAS突变。2019年7月25日，南京明德新药研发股份有限公司公开了一篇KRAS G12C抑制剂的化合物专利。最早的优先权时间为2018年1月份，化合物的模块是跟着ARS-1260开展的，可以看出南京明德fast follow的速度还是很快，很早就跟踪上了国际新药研发动态。目前该公司还未披露其他信息，根据专利推测的可能化合物结构如下图。
图5. WO2019141250(A1)中化合物结构
历经三十多载，不可成药的靶点终于有所突破，这为全球肺癌患者带来福音。为解决临床需求，同时因肺癌中KRAS突变的高比例，众多研发公司启动了该靶点的研发，布局自己的KRAS抑制剂研发管线。目前来看，虽然是AMG510暂时领先，但尾随其后的候选化合物实在众多，各显神通，临床前阶段就已布局不同的研发策略，从开始的单药使用到与各种大分子，小分子药物联用，从自主研发到合作开发。不同的公司，不同的研发速度，也会有不同的研发质量。总体上来看，国内与国际相比还是慢了很多。不知在KRAS这一火热的研发战场，中国创新药研发中是否会有好的侯选物出现，是否可以从全球研发潮流中占得一席之地。相信未来1-2年，更多的KRAS 抑制剂浮出水面，谁会摘得头冠，让我们拭目以待。
参考文献
[1] Cox AD, etal., Drugging the undruggable RAS: missionpossible? Nat Rev Drug Discov 2014 ; 13 : 828 – 51[2] Pylayeva-Gupta Y, etal., Rasoncogenes: weaving a tumo rigenic web. Nat Rev Cancer 2011; 11: 761–74.[3] Liu Pingyu, etal. Targeting the untargetable KRAS in cancer therapy. ActaPharmaceutica Sinica B (2019).[4] Ferrer I., etal. KRAS -Mutant non-small cell lungcancer: From biology to therapy. Lung Cancer, 2018, 24, 53–64.[5] Nature. 2013 November 28; 503(7477): 548–551.[6] Ruess DA, etal., Mutant KRAS-driven cancers depend on PTPN11/SHP2 phosphatase. Nat Med 2018; 24(7): 954-960.[7] Ahmed, T. A., et al. SHP2 Drives Adaptive Resistance to ERK Signaling Inhibition in Molecularly Defined Subsetsof ERK-Dependent Tumors. Cell Reports, 2019,26(1), 65–78.[8] Fedele C, etal., SHP2 Inhibition Prevents Adaptive Resistance to MEK inhibitors in Multiple Cancer Models. Cancer Discov 2018, pii: CD-18-0444.[9] J. M.Ostrem, etal., Nature 2013; 503(7477): 548–551.[10] M.P. Patricelli, etal., Cancer Discovery 2016; 6(3); 316–29.[11] M.R. Janes etal., Cell 2018, 172(3); 578-589.[12] https://www.amgen.com/media/news-releases/2019/09/amgen-announces-new-clinical-data-evaluating-novel-investigational-krasg12c-inhibitor-in-larger-patient-group-at-wclc-2019.[13] Kessler, D., etal. Drugging an undruggable pocket on KRAS. Proceedings of theNational Academy of Sciences, 201904529.
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