KRAS抑制剂「图鉴」
KRAS是一种GTP酶，可催化三磷酸鸟苷（GTP）水解为二磷酸鸟苷(GDP)。当与GTP结合时，KRAS处于激活状态，相反，与GDP结合时处于失活状态。通过在激活和失活状态间切换，KRAS控制着多种不同的细胞功能。
GTPase激活蛋白（GAPs，如NF1）可增强KRAS的GTP酶活性，促进与KRAS结合的GTP水解成为GDP，从而抑制KRAS的激活；而鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs，如SOS1/2）可增强GDP向GTP转换，催化KRAS与GTP的结合，从而促进KRAS的激活。
KRAS通过激活多种效应蛋白来控制大量的细胞功能。被研究最充分的效应器包括RAF激酶和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的催化亚基。KRAS-GTP与RAF激酶结合可刺激其二聚化和激活，从而触发MEK和ERK的逐步激活，这是驱动细胞周期进展和增殖的一条通路。通过与PI3K结合，KRAS帮助激活AKT和MTOR，而AKT和MTOR调节细胞凋亡、代谢和翻译。
KRAS突变发生于约25%的癌症病例中，主要见于肺癌、胰腺癌和结直肠癌，与极差的疾病预后有关。其中，KRAS（G12C）突变是最常见的KRAS突变之一，具体指KRAS 12位的甘氨酸（glycine）突变为半胱氨酸（cysteine）。该突变存在于∼13%的肺腺癌，∼3%的结直肠癌、∼2%的子宫癌和∼1%的间皮瘤中，胰腺癌(<1%)、宫颈癌(<1%)、膀胱癌(<1%)和胃癌(<1%)中也有低比例的KRAS（G12C）突变。
在患者中有效靶向KRAS信号传导一直非常困难。一方面，由于RAS GTP酶对核苷酸有非常高的亲和力，因此，很难开发有效的竞争性抑制剂。另一方面，靶向KRAS在质膜上的定位（KRAS激活的关键步骤）也无效，因为许多代偿途径可调控这一过程。类似的，靶向KRAS下游效应信号也没有产生显著的临床效益。
此外，由于KRAS蛋白表面除了一个GTP结合口袋，其它部分非常光滑，药物研发人员很难在其表面找到小分子候选药物的结合口袋，因为，KRAS靶向疗法的研发在先前的几十年中遭遇了很大的挫折，鲜有突破进展。
不过，2013年发表在Nature上的一篇论文使KRAS靶向药物的研发迎来了转折。加州大学旧金山分校的化学生物学家Kevan Shoka团队发现KRAS（G12C）突变新引入的半胱氨酸很容易形成共价键，并设计出了能够不可逆地靶向KRAS的12号密码子上的半胱氨酸残基的共价小分子抑制剂。从那时起，KRAS（G12C）靶向药物的研发进入了全新的发展时期。
10月15日，发表在Cell杂志上的一篇题为“Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients”的PERSPECTIVE中，来自Memorial Sloan Kettering癌症中心的3位科学家，回顾了KRAS（G12C）选择性抑制剂近几年令人兴奋的研究进展，并讨论了这些新疗法的作用机制、细胞效应以及患者疗效。以下摘编其中部分内容，供参考学习：
一、KRAS（G12C）抑制剂
直接靶向KRAS突变体是科学家们的长期目标。最早的工作可追溯到上世纪80年代，当时研究者们发现，人类癌细胞中有激活的RAS突变。不过，如前文所述，该领域真正取得突破是在2013年，当时Kevan Shoka团队在一篇Nature论文中公布了他们所开发的一款可选择性靶向KRAS（G12C）的抑制剂，该分子对野生型和其它突变版本的KRAS没有影响。如图1A所示，这一选择性抑制剂与突变半胱氨酸残基共价结合，占据“switch II region”的一个口袋（a pocket in the switch II region, SIIP）。
之后，基于结构的优化导致了对KRAS（G12C）亲和力更强的抑制剂，如ARS853、ARS1620。这些抑制剂在多种肿瘤模型中以不同程度抑制KRAS(G12C)激活，减弱癌细胞增殖，以及诱导癌细胞死亡。其中，ARS1620还表现出能够在异种移植物模型中抑制肿瘤生长。
得益于ARS化合物的结构-活性关系从早期就已公开，一些更有效的KRAS(G12C)抑制剂被开发出来。虽然这些抑制剂共享一个结合G12C的丙烯酰胺弹头，但它们有着不同的化学结构（图1A）。其中，sotorasib（也称为AMG510）和MRTX849能够有效抑制小鼠的异种移植瘤生长。据报道，它们的效力增强是由于其与KRAS(G12C)α3螺旋中的H95残基相互作用增强了。这种相互作用也被认为是ARS1620和1_AM效力强于ARS853的原因。令人兴奋的是，sotorasib和MRTX849现在都在KRAS(G12C)突变肿瘤患者中显示出了临床活性。
9月20日，安进在顶级医学期刊NEJM杂志上公布了Sotorasib的完整I期试验结果。该I期试验（NCT03600883）共招募了129例患者，59例为非小细胞肺癌（NSCLC）、42例为结直肠癌、28例为其它类型的实体瘤。研究结果显示，安全性方面，未观察到剂量限制毒性效应或治疗相关的死亡。有73例患者(56.6%)发生了与治疗相关的不良事件，其中，15例(11.6%)患者发生了3级或4级TRAEs。疗效方面，在非小细胞肺癌（NSCLC）队列中，所有剂量组均可见抗癌活性，32.2%(19例)患者显示出明确的客观缓解（CR或PR），88.1%(52例) 患者疾病得到控制（客观缓解或病情稳定），中位无进展生存期为6.3个月。在结直肠癌队列中，有7.1%(3例)患者显示明确的缓解，73.8%(31例)患者疾病得到控制，中位无进展生存期为4.0个月。在胰腺癌、子宫内膜癌、阑尾癌和黑色素瘤患者中也观察到了缓解（各1例患者）。
10月25日，Mirati Therapeutics在第32届国际分子靶标与癌症治疗学研讨会（EORTC-NCI-AACR）上发表了MRTX849（adagrasib）的最新临床数据。MRTX849单药治疗携带KRAS G12C突变的晚期/转移性非小细胞肺癌ORR达45%，疾病控制率达96%；单药治疗携带KRAS G12C突变的结直肠癌ORR为17%，疾病控制率为94%。
除了靶向半胱氨酸残基的特异性抑制剂，其它靶向KRAS(G12C)的方法包括GDP类似物、KRAS(G12C)-GTP:cyclophylin A (CYPA)抑制剂等。这些新兴化合物的细胞效应正在评估中，尚不清楚它们是否具有与SIIP抑制剂相同或更好的KRAS抑制作用。
二、临床开发
表1 部分处于临床开发阶段的KRAS(G12C)抑制剂
据NextPharma数据库显示，目前全球有6款KRAS(G12C)抑制剂进入临床开发阶段，除了前文提到的Sotorasib (AMG510)、MRTX849（adagrasib），还包括由基因泰克开发的GDC6036、 由礼来开发的LY3499446、由强生和Wellspring Biosciences联合开发的JNJ74699157 (ARS3248)以及由中国新药研发公司益方生物开发的D-1553（NCT04585035）。此外，还有一些项目预计明年开启临床研究。
三、联合治疗
如图2所示，KRAS(G12C)抑制剂有多种联合治疗方向，包括联合靶向上游、下游或平行信号通路，以及细胞周期或免疫检查点。
共靶向上游信号传导
如图1C所示，抑制核苷酸交换可增强KRAS(G12C)停留在失活/药物敏感状态，增强KRAS(G12C)抑制剂的疗效。由于RTK激活是核苷酸交换的关键刺激，因此，联合靶向RTKs被用于增强KRAS(G12C)抑制剂的抗增殖效果。研究显示，RTK抑制剂直接增加了KRAS(G12C)抑制剂与靶点结合的能力。
直接抑制RTKs下游的核苷酸交换对提升KRAS(G12C)抑制剂疗效也是有效的，如使用SOS1小干扰RNA (siRNAs)或SOS1选择性抑制剂（如BAY293或BI3406/BI1701963）。
另一种方法是共靶向SHP2，这是一种磷酸酶，参与RTK依赖性SOS1/2激活。多项研究表明，SHP2抑制剂(如RMC4630和TNO155)可增强KRAS(G12C)抑制剂的抗增殖和抗肿瘤作用。基于这些结果，评估MRTX849/TNO155或sotorasib/RMC4630联合方案疗效的临床试验即将开展。
共靶向并行信号传导
尽管在KRAS(G12C)突变细胞中PI3K、AKT和MTOR的激活机制尚不清楚，但联合抑制KRAS(G12C)与PI3K或MTOR的抗肿瘤作用比单独抑制其中任一靶点都更显著。此外，同时抑制KRAS(G12C)、IGF1R和MTOR三个靶点也导致了较强的抗肿瘤作用。
共靶向下游信号传导
靶向RAF二聚体、MEK或ERK是增强KRAS(G12C)抑制剂的一种潜在方法。虽然MEK抑制剂被报道似乎没有显著增强ARS1620或MRTX849的效果，但能够增强sotorasib的抗肿瘤作用。目前，sotorasib+MEK抑制剂的联合治疗方案正在临床试验中进行测试。来自该试验的数据将为共靶向RAF/MEK/ERK信号级联和KRAS(G12C)能否带来益处提供关键证据。
共靶向细胞周期检查点
KRAS信号传导的一个关键输出是CyclinD:CDK4/6的激活。用palbociclib靶向CDK4/6来最大化细胞周期阻滞可增强KRAS(G12C)抑制剂的疗效。
共靶向免疫检查点
KRAS信号传导对肿瘤微环境具有免疫抑制作用。因此，KRAS(G12C)抑制可能会增强免疫检查点抑制的疗效。已有研究证实，当与PD-1抗体联合时，sotorasib导致了持久的抗肿瘤作用。相关临床试验正在进行中。不过，未来还需要做更多的工作来了解KRAS(G12C)是如何导致免疫抑制的。
四、小结
在过去7年里，KRAS药物研发取得了巨大的进步。研究者们认为，考虑到KRAS靶向药物研发先前遭遇的几十年的瓶颈以及KRAS突变在癌症患者中的普遍性，期待KRAS(G12C)选择性抑制剂的发现和临床开发能够开辟肿瘤精准治疗的新时代。
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