BI-1823911

近日，TOP期刊JMC更新了一篇AstraZeneca公司开发的透脑KRAS G12C抑制剂AZD4747的发现过程。如图1，根据AZ自研的G12C抑制剂AZD4625，去除嘧啶并环降低了分子的平面性，并引入炔甲基得到高CNS暴露的AZD4747（临床前阶段）。图1  从AZD4625到AZD4747KRAS G12C抑制剂的赛道非常拥挤，目前正在评估多种药物。已经上市的有AMG510和MRTX849，国内外还有多款抑制剂处于临床阶段。除了下图2公开结构的基因泰克的GDC-6036、诺华的JDQ443、以及AZD4625，还有临床试验中尚未披露结构的包括LY3537982(礼来公司)、BI 1823911(勃林格殷格翰公司)和D-1553 (InventisBio公司)。礼来早期分子LY3499446和强生的JNJ-74699157均因毒性而终止临床试验。KRAS的其他亚型如G12D、G12V、G13D等也都在火热开发中，panKRAS和RAS on抑制剂也是热点。2023年7月4日，加科思发布公告，艾伯维基于资产组合与战略决策原因，就双方合作协议发出终止通知，退回SHP2抑制剂的全球权益。诺华SHP2抑制剂单药临床失败已久，加科思权益被退也是迟早的事。KRAS抑制剂与SHP2抑制剂的联用似乎已经成为SHP2的救命稻草。图2  代表性的KRASG12C抑制剂据安进财报，sotorasib 2021年、2022年销售额分别为0.9亿美元和2.85亿美元。已低于华尔街分析师早前的预测。在临床中，Sotorasib和Adagasib的缓解率均在40%左右，无进展生存期（PFS）中位数改善约6个月。对于靶向突变的特异性治疗来说，这不是一个理想的数据，也不如其他靶向药物（如EGFR和ALK抑制剂）观察到的结果。并且已经出现了对治疗的耐药，耐药机制是多种多样的，包括KRAS、NRAS、BRAF、EGFR、FGFR2、MYC等基因突变。在KRAS和NRAS以及MEK等下游效应物中都观察到基因扩增和点突变，导致直接抵抗抑制或通过旁路信号通路重新激活。先天和潜在获得性耐药的另一个关键机制是中枢神经系统(CNS)转移性疾病的存在，特别是对于不能透脑的药物。例如，转移性脑疾病是NSCLC的一个普遍特征，发生在高达20%的患者中。颅内疾病的控制可以通过放疗来实现，但毒性很大。CNS转移在KRASG12C阳性NSCLC中也很常见，高达28%的患者在诊断时可检测到中枢疾病，随访时发生率上升至40%。因此，能入脑的KRAS G12C抑制剂具有差异化的临床优势。在中枢神经系统中实现药物暴露是一个长达数十年的挑战，比简单地实现口服暴露要困难得多。这是因为血脑屏障是对外源药物的强大屏障，它表达高水平的外排转运蛋白和紧密的细胞内连接，阻止大多数药物被动渗透。AZ总结出早期筛选入脑药物一般需要保持分子量(MW) < 450，极性表面积(PSA) < 90 Å2、LogD在1-4之间，也有总结需要更严格的PSA < 70 Å2。进一步提升入脑则需要PSA < 90 Å2，氢键供体(HBD) < 3, LogD在2 ~ 5范围内，MW <500。目前提出的CNS药物设计指南包括PSA < 76 Å2(但优选在25 - 60 Å2范围内)和HBD < 3(理想情况下为0或1)。Sotorasib (MW = 561, PSA = 92 Å2)，HBD = 1, Log D = 2.3)和Adagasib (MW = 604, PSA = 71 Å2，HBD = 0, Log D =3.6)距离这些理想的特性还很远。AZ开发针对脑转移癌症的成功上市和进入临床的案例也有许多，包括突变型EGFR激酶抑制剂osimertinib（上市）、EGFR激酶抑制剂AZD3759（申请上市）、ATM激酶抑制剂AZD1390（临床I期）、PARP1选择性抑制剂AZD9574（临床I/II期）。此外，还有迪哲的HER2小分子抑制剂DZD1516（临床I期），迪哲为阿斯利康的合资企业。图3  化合物14（AZD4747）的PK数据经过多轮优化，AZ最终确定了候选分子AZD4747，其KRAS G12C IC50=15 nM，Log D7.4= 2.9，PSA = 53 Å2，HBD = 1，因减掉一个嘧啶环，分子量也减少为441。AZD4747具有药物进入CNS系统的分子特性，对人P-gp和BCRP的体外外排较低。如图3，在啮齿类动物中，观察到的清除率从中等到高，小鼠和大鼠的肝血流量分别为52%和75%。小鼠的口服生物利用度(58%)高于大鼠(18%)。在犬中，观察到的清除率低至肝脏血流量的18%，口服生物利用度为63%。种群间稳态分布体积适中，为1.7 ~ 2.9 L/kg。虽然在大鼠体内得到的脑内Kpu,u为0.1低于预期，犬的Kpu,u为0.7和猴子的Kpu,u为1.6，达到了筛选标准。图4  AZD4747在KRASG12C NCI−H358异种移植模型中的疗效和PD如图4，在动物模型中验证了AZD4747的药效，小鼠每天口服AZD4747，剂量为100mg /kg、30mg /kg和10mg /kg对KRAS G12C突变体H358异种移植瘤的生长有良好的耐受性，并且在较高剂量下具有显著的消退作用，游离血浆中AZD4747的浓度随剂量呈线性关系。用AZD4747处理的小鼠肿瘤显示出DUSP6（受RAS/MAPK通路活性调控）表达的强烈、剂量和暴露依赖性下降。以KRAS、AstraZeneca为关键词在智慧芽专利数据库中搜索，主要查询到4篇WO专利：WO2020178282、WO2019215203、WO2019110751、WO2018206539。后三篇专利与KRAS的入脑抑制剂关系不大，其中专利WO2020178282实施例85和86之一即为AZD4747，化合物85和86为两个轴手性异构体。只测了86的活性和外排数据，86应该为AZD4747。转染的细胞系MDCK_MDR1_BCRP表达了两种主要的外排泵，这两种泵积极地排除化合物穿过血脑屏障的转运，通过该方法测量的具有2或更小的外排比的化合物被确定为具有良好血脑屏障渗透特性的潜力。图5所示的化合物都有潜力，后续根据其他评价数据确定了化合物86具有均衡的成药潜力。专利WO2020178282的最早优先权日为2019年3月5日，国际申请时间为2020年3月3日，国际公布日为2020年9月10日，国内公开文本CN113508118A预期到期时间为2040年3月3日。图5  WO2020178282中公开的外排数据在目前两个KRAS G12C上市药物中，在已发表的sotorasib研究中，临床试验排除了CNS转移活跃的患者，因此关于sotorasib中枢神经系统渗透的数据有限。Sabari及其同事首先对KRAS突变NSCLC患者的脑转移进行了回顾性分析，然后对adagrasib的药理学和临床前数据进行了全面回顾，在多个临床前脑脊髓炎模型中，adagrasib渗透到脑脊液中，显示出肿瘤消退和延长生存期。在2例非小细胞肺癌和未经治疗的脑脊髓炎患者中，adagrasib脑脊液浓度高于靶细胞IC50。这两名患者均表现出相应的脑转移，支持adagrasib在脑中的潜在临床活性。只有2名脑转移患者的数据，也遭到外界批评。主要是因为脑转移的治疗和预防对患者预后至关重要。这些数据支持adagrasib在KRAS G12C突变的非小细胞肺癌合并未经治疗的脑转移患者中的进一步发展（NCT03785249）。该项I/II期临床试验招募了822名患者，评估MRTX849 (adagasib)在KRAS G12C突变的晚期实体肿瘤患者中的安全性、耐受性、药物水平、分子效应和临床活性，预计完成时间为2024年9月。此外，益方生物开发的D-1553在临床试验也发现，在3名存在基线脑转移的患者中，1名幸运的患者达到部分缓解，客观缓解率17%，接受治疗前脑部的转移灶已经超过了20mm，接受治疗后肿瘤病灶缩小了近一半，另外2名病情稳定，疾病控制率高达100%。当然，发生癌症脑转移的患者也有可能因为CNS系统遭到破坏，血脑屏障功能受损，使得临床前动物模型评估中不能入脑的化合物，在临床试验中具有透脑的功效。AZ有着多款入脑药物成功开发的经验，期待AZ的研究能够进一步给临床患者带来获益。参考资料：1.Oliver Steward et.al; Discovery of AZD4747, a Potent and Selective Inhibitor of Mutant GTPase KRASG12C with Demonstrable CNS Penetration.doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c00746.2.Nagasaka et al;Penetrating the central nervous system sanctuary of KRAS, a target once thought “undruggable”.Transl Lung Cancer Res 2023;12(4):665-668.3.专利 WO2020178282、CN113508118A公开文本.4.https://clinicaltrials.gov/study/NCT03785249?term=NCT03785249&rank=1.5.智慧芽新药情报数据库.

癌症是全球死亡的主要原因，KRAS作为人类最常见的致癌基因，发生于超过80%的胰腺癌、超过30%的结直肠癌（CRC）和胆管癌以及肺腺癌。尽管随着靶向药物的成功研发，癌症治疗已进入精准医疗时代，但靶向KRAS基因突变的药物研发频频折戟，使其一度惯有“不可成药”的恶名。值得注意的是，2022年12月22日，美国国家综合癌症网络（NCCN；肿瘤诊疗领域最受关注的权威指南之一）发布了2023年首版非小细胞肺癌（NSCLC）临床实践指南（后台回复"NSCLC 2023"即可领取）。该指南首次推荐TKI类新药Adagrasib（阿达格拉西布）用于KRAS G12C突变NSCLC治疗，这是继Sotorasib（索托拉西布）后的又一更新，拓展了KRAS G12C突变NSCLC患者的治疗选择，也为广大KRAS突变患者带来曙光。在此背景下，本文就KRAS基因突变机制与靶向KRAS G12C的药物研究进展进行整理，以飨读者。作者｜高山子 图注：2023 NCCN NSCLC指南KRAS突变概况1.1- RAS基因家族：KRAS基因的起源地大鼠肉瘤（RAS）基因家族包括NRAS、HRAS和KRAS三个基因。1982年，Weinberg和Barbacid从人类膀胱癌细胞11号染色体的短臂（11p15.1-11p15.3）上分离出HRAS基因。同年，在人类肺癌细胞12号染色体的短臂（12p11.1-12p12.1）上发现KRAS基因。NRAS基因发现于人类成神经细胞瘤1号染色体的短臂（1p22-1p32）上。RAS编码一种小型GTPase膜结合蛋白，在细胞生长调节的信号转导中起主要作用。该蛋白对二磷酸鸟苷（GDP）和三磷酸鸟苷（GTP）具有很强的亲和力，与GDP结合时为失活状态，与GTP结合时为激活状态。当RAS处于激活状态时，它将激活下游信号通路，以控制正常细胞增殖（包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）、ras相关RAL蛋白、磷脂酶Cε（PLCε）信号通路（图1））。 图1 RAS相关信号通路当RAS基因发生突变时，RAS及其下游信号通路组成性激活，可以增加癌细胞增殖，抑制癌细胞凋亡，改变癌细胞代谢和微环境，逃避免疫反应，增强癌细胞转移扩散。1.2-  KRAS基因的结构、功能及致病性突变RAS基因家族中KRAS全称为Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物，是所有癌症中突变率最高的致癌基因之一，与一系列高致死性癌症相关，包括胰腺导管腺癌（PDAC，突变率为67.6%）、非小细胞肺癌（NSCLC，突变率为20.4%）和CRC（突变率为35.8%）（图2）。 图2 不同类型肿瘤中KRAS突变的频率KRAS基因编码两种高度相关的蛋白亚型KRAS-4B和KRAS-4A，由于第4外显子的剪切不同，它们分别由188和189个氨基酸组成。根据同源性，可将KRAS分为三部分：第一部分是由前85个氨基酸残基组成的高度保守区域；接下来的80个氨基酸残基被定义为第二部分，其中任何一对人类RAS基因之间的同源性为85%；第三部分是高度可变的区域，同源性仅为8%（图3）。同时，KRAS形成两个主要结构域，即称为G结构域的催化结构域和高变区（HVR）。其中，G结构域由开关I、开关II和P环三个区域组成，其结合鸟嘌呤核苷酸并通过与效应器相互作用激活信号通路。HVR则由包含CAAX基序的膜靶向结构域组成，其中C是半胱氨酸，A是任何脂肪族氨基酸，X是任何酰胺酸，其通过法尼基或异戊二烯基修饰获得脂质（图3）。 图3 KRAS的结构KRAS的正常功能取决于其转录后修饰的膜定位，该修饰由一系列酶介导。KRAS作为GDP/GTP二元开关，控制从活化膜受体到细胞内分子的重要信号转导。这种二元开关主要由两种调节蛋白决定：鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs）和GTP酶激活蛋白（GAP）（图4）。 图4 KRAS的功能当KRAS基因发生致病性突变后，KRAS将持续保持与GTP结合的活化状态，并不断激活下游信号通路（包括RAF/MEK/ERK、PI3K/AKT/mTOR、RALGDS/RAL和TIAM1/RAC）（图5），进而引发不可控的细胞生长与增殖，导致肿瘤形成。 图5 KRAS相关信号通路值得注意的是，KRAS突变以单碱基错义突变为主，98%存在于密码子12（G12），密码子13（G13）或密码子61（Q61），其中G12突变最常见，G13突变次之。同时，KRAS基因中G12突变常导致G12C、G12V或G12D替换，分别占NSCLC中KRAS突变的40%、19%和15%。其中，KRAS G12C 突变在NSCLC 中约占14%，并与吸烟密切相关，且发生于少部分CRC（约3%）与PDAC（约1%）。“KRAS G12C”抑制剂研发进展KRAS基因突变中，不同于KRAS G12D和KRAS G12V突变，KRAS G12C突变仍持续执行KRAS-GDP/GTP循环，共价抑制剂如Sotorasi和Adagrasib可将KRAS G12C锁定在失活的GDP结合状态，从而导致KRAS的功能性抑制（表1，图6）。此外，促进KRAS G12C突变蛋白降解也可起到抑制作用，对此，目前已在KRAS G12C共价抑制剂的基础上研发出一种内源性KRAS G12C降解剂PROTAC（LC-2）（图6）。下面对这三种疗法进行详细分析。表1 部分KRAS G12C靶向疗法 图6 靶向KRAS G12C的最新治疗策略2.1 - Sotorasib(AMG510)：首款KRAS G12C抑制剂2021年5月28日，美国食品药品监督管理局（FDA）批准Sotorasi为首个用于肿瘤携带KRAS G12C突变，且既往接受至少一种全身性治疗的成年NSCLC患者的疗法，Sotorasi是首个获批的特异性靶向KRAS G12C的小分子抑制剂，打破了KRAS突变无靶向药的僵局，成为KRAS突变发展史的里程碑事件。其与可诱导S-IIP中的Cys12特异性、不可逆结合，将KRAS G12C蛋白锁定在非活性状态。Sotorasi的成功研发基于I/II 期CodeBreaK 100研究，在该研究中，22例接受Sotorasi治疗的晚期KRAS G12C突变实体瘤患者的首次人体试验数据表明，Sotorasi单药具有抗肿瘤活性。其中，I期CodeBreaK 100研究纳入129例患者，结果显示，59例晚期NSCLC患者的客观缓解率（ORR）为32.2%，疾病控制率（DCR）为88.1%，中位无进展生存期（PFS）为6.3个月。II 期CodeBreaK 100研究纳入124例可评估晚期KRAS G12C突变NSCLC患者，结果显示，ORR为37.1%，中位缓解持续时间（DOR) 为11.1个月，中位PFS为6.8个月，中位总生存期（OS）为12.5个月。目前III期CodeBreaK 200临床试验正在进行中，旨在探索sotorasib对比多西他赛用于经单药或联合治疗后进展的KRAS G12C突变患者的疗效。其他多项sotorasib相关研究正在进行中（表1）。2.2- Adagrasib(MRTX849)：靶向KRAS G12C后起之秀本次2023年V1版NCCN NSCLC指南推荐的Adagrasib是第二款获批的KRAS G12C抑制剂。它是一款具有高度特异性的强力口服KRAS G12C抑制剂，经过优化设计具有持久的靶点抑制能力。Adagrasib基于I/II 期KRYSTAL-1研究数据，在2022年12月13日获FDA批准用于治疗携带KRAS G12C突变的局部晚期或转移性NSCLC患者，以上患者既往至少接受过一种全身性疗法。 图注：Adagrasib（MRTX849）介绍2021年欧洲肿瘤内科学会（ESMO）大会上公布了I/II 期KRYSTAL-1研究数据，结果显示，DCR为96%，51例可评估患者中有23例（45%）达到部分缓解（PR）。在KRYSTAL-1研究的I/Ib期部分，16例KRAS G12C突变NSCLC患者接受II期推荐剂量的Adagrasib治疗，结果显示，中位PFS为11.1个月，中位DOR为16.4个月。II期KRYSTAL-1队列研究纳入116例既往经治的NSCLC患者，更新数据显示，Adagrasib组ORR为42.9%，DCR为79.5%，中位DOR为8.5个月，中位PFS为6.5个月，中位OS为12.6个月，预估1年OS率为50.8%。此外，在既往接受过治疗的稳定脑转移亚组中（n=33），颅内ORR为33.3% 。其他多项Adagrasib相关临床研究正在进行中（表1）。 图注：I/II 期KRYSTAL-1研究相关数据2.3- PROTACS(LC-2)：另辟新径降解KRAS G12C突变蛋白相比直接抑制，促进KRAS G12C突变蛋白降解可影响细胞增殖和下游信号级联反应，或是一种更为有效的治疗策略。对此，目前已基于靶向KRAS G12C的共价抑制剂，成功研发出小分子降解剂PROTACS用于靶向KRAS G12C。PROTACs通过同时结合KRAS G12C与E3连接酶底物受体蛋白（如小脑[CRBN]），可使E3连接酶泛素化KRAS G12C的近端赖氨酸残基。这种由PROTACs介导的KRAS G12C降解需要完整的蛋白酶体系统和VHL E3连接酶复合体组装，其中类泛素化修饰对VHL E3连接酶复合体的形成和功能至关重要，而溶酶体途径并非必需。研究表明，经PROTACs治疗后，多种癌细胞均表现出ERK磷酸化抑制作用。但值得注意的是，由于PROTACs不能参与多个降解催化循环，其共价特性限制了自身效能，因此对靶向KRAS G12C的可逆降解剂的需求尚未得到满足（图6）。 图注：降解KRAS G12C突变蛋白的PROTAC（LC-2）2.4- 其他KRAS G12C抑制剂其他几种类似作用机制的KRAS G12C抑制剂也已进入临床开发阶段。其中，GDC-6036（也称RG6330）单药或联合其他激酶抑制剂以及SHP2抑制剂GDC-1971用于晚期KRAS G12C突变实体瘤的疗效正在探索中；JDQ443作为一种共价不可逆KRAS G12C-off抑制剂，目前也已进入临床试验；I/II 期KontRASt-01临床试验旨在评估JDQ443单药或与TNO155（一种SHP2抑制剂）和/或替雷利珠单抗（一种抗PD-1抗体）联合用于KRAS G12C突变NSCLC、CRC或其他晚期实体肿瘤的疗效；LY3537982是一种选择性KRAS G12C抑制剂，已进入I 期临床试验阶段；其他处于I/II 期临床试验的KRAS G12C抑制剂还包括D-1553、JNJ-74699157、BI 1823911、JAB-21822和MK-1084（表1）。再鼎医药荣获Adagrasib大中华区权益2021年6月1日，再鼎医药与Mirati Therapeutics公司宣布就小分子KRAS G12C抑制剂Adagrasib在大中华区达成合作和许可协议，就此，再鼎医药获得在中国内地、香港、澳门和台湾开发和独家商业化Adagrasib的权利。该协议加速了Adagrasib对KRAS G12C突变患者的全球性注册临床研究，并助力其获得FDA批准上市。公开资料显示，Mirati可选择在大中华区共同商业化Adagrasib，并保留Adagrasib在大中华区以外所有国家的完全和独家权利。Mirati将获得6,500万美元的预付款，并有可能获得高达2.73亿美元的额外开发、注册和销售里程碑付款。Mirati也有资格获得基于Adagrasib在大中华区的年净销售额的里程碑付款。 图注：合作官方公告总结与展望KRAS作为人类最常见的致癌基因之一，一直备受关注，其中KRAS G12C突变对NSCLC、CRC、PDAC患者造成沉重的疾病负担。既往由于靶向KRAS药物的研发停滞不前，KRAS一度被认为是“不可成药靶点”。随着不断积极探索，KRAS抑制剂临床开发取得卓越成果，其中以Sotorasi和Adagrasib等KRAS G12C抑制剂最为突出。本次2023.V1版NCCN推荐Adagrasib用于KRAS G12C突变NSCLC治疗，是靶向KRAS药物创新的见证，未来还需进一步探索其临床安全性，优化临床疗效，并克服耐药性。参考文献：1.Huang L, Guo Z, Wang F,el,at. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer[J]. Signal Transduct Target Ther. 2021 Nov 15;6(1):386. doi: 10.1038/s41392-021-00780-4.2.Timar J, Kashofer K. Molecular epidemiology and diagnostics of KRAS mutations in human cancer[J]. Cancer Metastasis Rev. 2020 Dec;39(4):1029-1038. doi: 10.1007/s10555-020-09915-5.3.NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology(NCCN Guidelines®)Non-Small Cell Lung Cancer.Version 1.2023.4.Timothy F Burns, Hossein Borghaei, Suresh S Ramalingam.Targeting KRAS-Mutant Non-Small-Cell Lung Cancer: One Mutation at a Time, With a Focus on KRAS G12C Mutations.2020 Oct 26;  JCO2000744.doi: 10.1200/JCO.20.00744.5.Chen S, Li F, Xu D,el,at. The Function of RAS Mutation in Cancer and Advances in its Drug Research[J]. Curr Pharm Des. 2019;25(10):1105-1114. doi: 10.2174/1381612825666190506122228.6.Punekar SR, Velcheti V, Neel BG,el,at. The current state of the art and future trends in RAS-targeted cancer therapies[J]. Nat Rev Clin Oncol. 2022 Oct;19(10):637-655. doi: 10.1038/s41571-022-00671-9.7.https://mp.weixin.qq.com/s/ECZd4Jt17hXdV8KREeS8Zw识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。