KRAS，一个耳朵都要听出茧子的基因，自从脱掉“不可成药”的帽子后迅速火热，多项研究更是前仆后继，简直就像开了挂，根本停不下来啊。小 M 也看过不少此类文章，眼花缭乱，不禁扪心自问，老生常谈的 “不可成药” KRAS，我们到底要了解什么？
：KRAS 属于大鼠肉瘤病毒癌基因 (Rat sarcoma viral oncogene family, RAS) 的家族成员之一，可将 GTP 水解为 GDP。KRAS 突变存在于大约 25% 的癌症中，是最常见的致癌驱动因素，于 1982 年首次在肺癌细胞中检测到……在正常生理条下，在非活性 GDP 结合状态和活性 GTP 结合状态之间循环，将细胞外信号转导至细胞内部。受体酪氨酸激酶 (RTK) 激活后，GEF 与 KRAS 结合并促进结合的 GDP 交换为 GTP，从而将 KRAS 切换到活性状态。GAPs 通过加强 GDP 和 KRAS 之间的结合来维持 KRAS 的非活性状态。
图 1. G12C 突变 KRAS 的致癌信号传导途径[1]。
在所有 KRAS 突变形式中，G12 突变是最主要突变 (81%)[2]。G12C 突变阻断 GAP 与 KRAS 的结合，从而抑制 GTP 水解并将 G12C 突变体 KRAS 锁定在其活性状态。活性 KRAS 通过 MAPK 和 PI3K 途径诱导信号转导，促进细胞增殖、生长和存活，从而促进肿瘤发生[1][2]。
小分子抑制剂的发现需要蛋白质表面上合适的结合袋。缺乏此功能的蛋白质被认为是不可成药的，需要创新的治疗靶向策略[3]。因此，长久以来 KRAS 被认为是 “不可成药” 的靶点。在 2013 年，K. Shokat 团队基于化学库，确定了可与 KRASG12C-GDP 共价且选择性结合的化合物，并通过 X 射线揭示了该化合物与突变半胱氨酸残基附近的 switch 2 口袋结合。这项研究结果无疑是一枚重磅炸弹，打破了 KRAS “不可成药”的魔咒。
随后，经过多方合作与研究优化，最终得到了多种临床候选药物，直到 2021 年 5 月，第一个针对 KRASG12C 的抑制剂 AMG510 (Sotorasib) 被 FDA 批准上市。随后 2022 年 12 月，FDA 批准了第二款 KRASG12C 抑制剂 MRTX849 (Adagrasib) 上市，都是用于治疗 KRASG12C 的 NSCLC 患者。
图 2. 注册临床试验中的九种小分子抑制剂[4]。
小分子抑制剂可通过与开关 II 口袋 (S-IIP) 结合直接靶向 KRASG12C 突变体。这些抑制剂优先结合并稳定 RAS 处于 GDP 结合状态，最终导致信号转导减少，尤其是 RAF-MEK-ERK/MAP 途径的信号转导，从而阻止肿瘤进展。然而，伴随喜讯而来的还有令人苦恼的耐药性，毕竟肿瘤也不是什么“省油的灯”......同年，Koga, T. 等人确定了导致对 Sotorasib 和 Adagrasib 产生抗性的继发性 KRAS 突变[5]。此外，研究发现在抗性情况下，即便完全抑制 KRAS，KRAS 也可以通过激活旁路信号通路，使 MAPK 和/或 PI3K 通路持续信号传导[6]。这无疑给肿瘤治疗增加了难度。
目前，研究人员正尝试协同药物组合来克服 KRAS 靶向治疗耐药性，例如 SHP2 抑制剂可以抑制 KRASG12C GTPase 活性并增强 G12C 抑制剂的效果，正在与 Sotorasib (NCT04185883) 和其他 KRASG12C 抑制剂联合进行试验。
图 3. RMC-4998 形成三复合物的示意图及动画视频[3]。
目前，选择性靶向活性 KRASG12C 或多个 RAS 突变体的三复合物抑制剂，如RMC-6291 (RMC-4998 优化产生) 等正在进行临床试验（NCT05462717、NCT05379985）[3]。
大量证据表明，异常的 KRAS 蛋白功能对于癌症的生长和维持至关重要。目前正在研究抑制 KRAS 信号传导的不同途径，希望找到成功的治疗方法[7]。
直接抑制 RAS 是开发 KRAS 突变癌症治疗方法最有吸引力的方法。例如前面提到的 Sotorasib 和 Adagrasib。另外，还有一些研究聚焦于反义寡核苷酸 (ASO) 疗法。例如，Macleod 等人开发了一种包含靶向 KRAS 突变体的小干扰 RNA 的纳米颗粒 (AZD4785)，AZD4785 在携带 KRAS 突变非小细胞肺癌细胞系异种移植瘤或患者来源的异种移植瘤的小鼠肿瘤模型中都表现出了抑制 KRAS 表达和抗肿瘤的活性[8]。KRAS 必须位于细胞膜的内表面才能具有生物活性，因此，抑制 KRAS 翻译后的膜定位也是一种有效的方法。其中，法尼基转移酶抑制剂 (Farnesyl transferase inhibitors, FTIs) 可通过抑制 KRAS 的 CAAX 基序 (促进其膜结合的翻译后修饰) 的异戊二烯化来阻断法尼基转移酶 (Farnesyltransferase, FTase) 的活性，最终阻止 KRAS 与膜结合。法尼基转移酶抑制剂如 Lonafarnib 已被 FDA 批准用于哈钦森-吉尔福德早衰综合症的治疗。Tipifarnib 对头颈鳞状细胞癌的研究也正处于 Phase 2 临床试验阶段[2][9]。
图 4. 癌症中 KRA 的抑制策略。
▐ 抑制 KRAS 介导的信号传导
由于直接靶向 KRAS 蛋白具有挑战性，那么抑制 KRAS 介导的信号传导一种有利方法。BI1701963 就是一种靶向 KRAS 信号通路中关键蛋白 SOS1 的抑制剂，正处于 Phase 1 临床试验阶段。BI1701963 可抑制 KRAS 与 GTP 之间的结合，其与 Trametinib 联用可用于治疗携带 KRAS 突变的患者。另外，ARS-1620 与 SHP-099 (SHP2 抑制剂) 联合给药，MRTX849 与 RMC-4550 (SHP2 抑制剂) 联合给药也可以提高肿瘤抑制效果。除此之外，抑制 KRAS 下游的 RAF-MEK-ERK 信号通路 (如 Trametinib，BVD-523)、PI3K-AKT-mTOR 信号通路 (如 BYL-719 ，MK2206) 也是一种抑制 KRAS 的策略[2][10]。▐ 寻找 KRAS 的合成致死相互作用因子
当两个或多个基因的突变组合导致细胞死亡时，就会产生综合致死性。因此，寻求突变 KRAS 的合成致死相互作用因子也是潜在希望。此外，致癌 KRAS 与控制许多代谢过程有关，包括诱导葡萄糖摄取、谷氨酰胺代谢的重新利用以及自噬和巨胞饮作用的增加等。进一步阐明致癌 KRAS 与癌症代谢失调之间的联系有可能开发出新的抗 KRAS 疗法。当然，随着癌症免疫疗法的成功，将 KRAS 靶向治疗和免疫治疗相结合作为治疗策略具有重大前景。今天，小 M 为大家介绍了 KRAS 这个“不可成药”热门靶点的基础理论、机制、耐药性及最新研究进展，并盘点了各种 KRAS 抑制剂的抑制策略。相信随着科学家们对 KRAS 认识的深入，会涌现更多活性更高、生物利用度更好的化合物。
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| KRASG12D 非共价抑制剂, KD: 0.2 pM，抗肿瘤试剂。 |
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[1] O'Sullivan É, et al. Treatment Strategies for KRAS-Mutated Non-Small-Cell Lung Cancer. Cancers (Basel). 2023 Mar 7;15(6):1635. [2] Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2021 Nov 15;6(1):386. [3] Schulze CJ, et al. Chemical remodeling of a cellular chaperone to target the active state of mutant KRAS. Science. 2023 Aug 18;381(6659):794-799. [4] Kwan AK, Piazza GA, Keeton AB, Leite CA. The path to the clinic: a comprehensive review on direct KRASG12C inhibitors. J Exp Clin Cancer Res. 2022 Jan 19;41(1):27.[5] Koga T, et al. KRAS Secondary Mutations That Confer Acquired Resistance to KRAS G12C Inhibitors, Sotorasib and Adagrasib, and Overcoming Strategies: Insights From In Vitro Experiments. J Thorac Oncol. 2021 Aug;16(8):1321-1332. [6] Dunnett-Kane V, et al. Mechanisms of Resistance to KRASG12C Inhibitors. Cancers (Basel). 2021 Jan 5;13(1):151. [7] Zeitouni D, et al. KRAS Mutant Pancreatic Cancer: No Lone Path to an Effective Treatment. Cancers (Basel). 2016 Apr 18;8(4):45. [8] Ross SJ, Macleod AR. Targeting KRAS-dependent tumors with AZD4785, a high-affinity therapeutic antisense oligonucleotide inhibitor of KRAS. Sci Transl Med. 2017 Jun 14;9(394):eaal5253.[9] Smith AE, Chan S, et al. Tipifarnib Potentiates the Antitumor Effects of PI3Kα Inhibition in PIK3CA- and HRAS-Dysregulated HNSCC via Convergent Inhibition of mTOR Activity. Cancer Res. 2023 Oct 2;83(19):3252-3263.[10] Zhu C, Guan X, Zhang X, Song Z, Qin JJ. Targeting KRAS mutant cancers: from druggable therapy to drug resistance. Mol Cancer. 2022 Aug 4;21(1):159.