Salvinorin A

作为癌症中最常见的突变蛋白之一，很少有靶标像KRAS一样经历了戏剧般的转变。过去的几十年中，KRAS蛋白被认为是一个刀枪不入的“teflon target”，没有任何位置可供药物分子占据。直到2013年，加州大学旧金山分校的研究人员率先发现了突破KRAS突变体不可成药的策略。十年后的今天，已经有两个KRAS-G12C靶向抑制剂获得FDA的批准成功上市，并且有十几种后续药物已进入临床实验。虽然KRAS靶向抑制剂的开发已经初见成果，但研究者们仍然任重道远。Amgen公司和Mirati公司的先驱药物已经证明了抑制KRAS并治疗癌症是可能的，但药物分子的临床疗效还没有达到大家期望的程度。而且这些分子只对携带KRAS-G12C突变的癌症患者起作用，而更常见的携带G12D、G12V突变的癌症患者，却根本无法受益。因此，寻找针对其他KRAS突变体的治疗方案成为领域内迫切需要解决的问题。下表罗列了目前已经进入或即将进入临床试验的KRAS领域前沿分子：目前领域内针对KRAS-G12D等尚未得到突破的KRAS突变体进行了不同策略的尝试，其中，Mirati、Astellas和Revolution Medicines三家公司靶向KRAS的研发历程值得借鉴。策略一：伪共价小分子Mirati Therapeutics公司（以下简称Mirati）在KRAS抑制剂研发领域快速推进，继Amgen公司之后，其开发的共价KRAS-G12C抑制剂adagrasib于12月进入美国市场。而当adagrasib只是一个临床前的候选药物时，Mirati已经开始了针对其他KRAS突变体药物的研发。    这一工作在药物化学方面挑战是很明显的。由于第一代KRAS药物所使用的switch II口袋是较浅，已有的G12C抑制剂通过与突变的半胱氨酸残基产生共价相互作用，将药物固定于其上。然而其他KRAS变体的突变氨基酸残基反应性较低，如G12D中的天冬氨酸，难以与共价的化学弹头结合。因此，Mirati团队只能采用非共价的方式促进分子结合。虽然研究表明，这需要将非共价结合的亲和力提高100000到1000000倍，但他们还是取得了成功。研究人员从adagrasib支架出发，合成了大约3000个化合物，并从中找到了一个能够恰好“滑入”KRAS-G12D突变体缝隙的分子。经过进一步的改造和优化，Mirati在2021年发表了这一努力成果——MRTX1133。MRTX1133并不与KRAS-G12D共价结合，但它的粘性是如此的大，以至于有人称之为“伪共价（Counterfeit covalency）”。    除了对KRAS-G12D的抑制效果，MRTX1133对KRAS药物研发领域的另一个大问题也有帮助。野生型KRAS在“on/active”和“off/inactive”状态之间往复循环，而致癌突变更依赖于KRAS处于“on”状态产生的增殖信号。然而，目前领先上市的KRAS抑制剂只在其“off”状态下与之结合。在过去的十年中，大量研究表明KRAS-G12C经常处于“off”状态，并对以上抑制剂非常敏感，可对于更倾向于处于“on”状态的KRAS-G12D变体，情况是否也是如此呢？MRTX1133凭借其临床前实验中在细胞和小鼠体内强大的抑癌效果打消了大家这一顾虑。但是，MRTX1133对KRAS-G12D的抑制机制仍存在一些疑云。MRTX1133对处于“on”状态的KRAS-G12D有一定的亲和力，这可能是其细胞活性产生的原因。但近年来研究者们发现，KRAS-G12D进入“off”状态的频率可能比最初预计的要高，甚至几乎与KRAS-G12C的循环速度相当。Boehringer Ingelheim和Erasca公司的研究人员也表示，他们开发的“off-state-only”KRAS-G12D抑制剂却具有与MRTX1133相似的活性特征。    除此之外，MRTX1133对KRAS-G12D的选择性也存在一些问题。研究人员表示，MRTX1133在一些细胞模型中对野生型KRAS以及其他KRAS变体表现出了轻度的抑制。但由于该化合物对KRAS-G12D的效力足够强，且目前认为野生型KRAS的抑制不太可能产生太大的毒性，因此选择性问题不太可能成为Mirati公司推进MRTX1133的阻碍。MRTX1133的临床I/II期试验将于今年第一季度开始，Mirati公司的CSO James Christensen表示，他们已经找到了合适的口服制剂，并预测这些制剂能够在剂量间隔区间内全面覆盖靶标。策略二：PROTAC降解剂在研发初期，Astellas公司也在寻找非共价的KRAS-G12D抑制剂，可惜成果不佳。于是，他们转向了使用异双功能降解剂（Heterobifunctional degrader）的方法，利用泛素－蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System, UPS），降解KRAS-G12D蛋白。    五个月后，Astellas团队便找到了在临床前试验中选择性和效力均优于普通小分子抑制剂的降解剂。Astellas公司的相关负责人表示，他们的降解剂优先作用于“off”状态下的KRAS-G12D蛋白，但相关数据显示它对“on”状态的蛋白也有活性。Astellas公司于2022年6月将他们的首创KRAS-G12D降解剂ASP3082推向临床。ASP-3082是一种选择性降解KRAS-G12D蛋白的PROTAC，显示出强大的体内抗肿瘤疗效。除此之外，Mirati公司也尝试了KRAS-G12D的降解剂，但多个测试实验显示，其在不同癌细胞中的KRAS降解能力并不一致。James Christensen表示，他们的抑制剂MRTX1133在研发成为口服药物上已经足够棘手，何况其降解剂比其抑制剂的化学骨架还要大，所以小分子抑制剂的开发仍是Mirati公司的工作重心。    Astellas公司的免疫肿瘤学负责人Peter Sandor认为，ASP3082将保持自己的优势，且通过合理的给药方案，该分子可以在体内到达所需的深度并具有合适的降解持久性。Astellas公司的I期试验正在测试ASP3082的静脉注射单一用药方案（每三周给药一次）。由于已有相关研究显示出了EGFR阻断剂与KRAS-G12C抑制剂配合良好的迹象，Astellas公司还计划将ASP3082与EGFR的抑制性抗体西妥昔单抗相结合。策略三：非共价分子胶Revolution Medicines公司则在一个全新方向上持续努力，他们使用分子胶将KRAS与另一种蛋白质粘连，从而直接关闭其GTPase活性。在2018年Revolution Medicines公司刚刚步入KRAS领域时，共价KRAS抑制剂已经显示出它们的局限性，而且该领域的竞争非常激烈。而在此时，现已被其收购的Warp Drive Bio公司提供了一个新方案——一个有望成为KRAS选择性分子胶的天然产物分子。   在一个试点项目中，Warp Drive Bio公司的研究人员开发出了一系列免疫抑制性天然产物sanglifehrin A的共价类似物。他们的工作表明，这些分子可以将KRAS-G12C与分子伴侣蛋白cyclophilin A共价粘合，抑制癌细胞的增长。值得注意的是，这些分子可以选择性地结合“on”状态下的KRAS，这令其在领域内众多的“off-state”KRAS结合剂中更引人注目。    而随着研发的深入，当Revolution Medicine的药物化学家发现即使取下共价靶头后，优化后的分子也依然具有较好的活性。RMC-6236是Revolution Medicine公司着力开发的一种非共价泛RAS抑制剂，它不仅将cyclophilin A粘连在所有形式的KRAS上（包括野生型和所有突变体），而且还能够对野生型NRAS和HRAS起到相似的作用。    加州大学旧金山分校的癌症生物学家Frank McCormick表达了对此的担心，他认为阻断多种野生型RAS蛋白的活性会增加药物的安全问题。实验证明，对动物KRAS进行基因敲除似乎是比较安全的，但KRAS、NRAS和HRAS的三重敲除却是致命的。他认为要想找到此药物的合适给药剂量（不仅能够实现肿瘤的有效抑制，还不会产生太大的毒性）是难度较高的。    但Revolution Medicine公司相信他们能找到这个给药窗口。公司的CEO Mark Goldsmith表示，他们采用的泛RAS抑制剂毫无疑问会有一些副作用，但这就是药物的现实，天底下没有像水一样的药物。Goldsmith还补充说，通过将一种KRAS突变体的特异性抑制剂与广谱抑制剂相结合，应该可以起到更好的效果。Revolution Medicine公司的分子胶水虽然有些大而笨重，但仍可口服，他们于2022年6月开始了 RMC-6236的I期试验。策略四：“低活性”的共价弹头与分子胶水结合除RMC-6236外，Revolution Medicine公司在KRAS新药研发领域还布局了多款产品。其中，靶向KRAS-G12C的RMC-6291已于去年9月进入临床。而在KRAS-G12D抑制剂的开发过程中，虽然突变位点的天冬氨酸活性不如半胱氨酸，设计合适的共价分子较为困难，但Revolution Medicine公司的分子胶水化学骨架拥有其独特的优势。分子胶水能够与KRAS和伴侣蛋白形成三元复合物，并持续较长的时间，这意味着研究者们可以将一个的共价弹头放在恰到好处的地方，以迫使共价键形成。    Goldsmith表示，该领域的每个人都在追求反应活性更强的弹头，这也随之产生了各种脱靶、选择性和稳定性的问题，而他们的团队反其道而行之，降低了共价靶头的反应性。Revolution Medicine的研发人员们将“低反应活性”的共价弹头引入分子胶类药物分子中，推出了RMC-9805。虽然RMC-9805的结构尚未披露，但其发挥作用的两步作用机制已得到揭示：首先分子与KRAS-G12D和cyclophilin A形成三元非共价复合物，然后在数分钟至数小时内，该药物的“低活性”共价弹头与突变天冬氨酸残基不可逆转地结合。公司表示RMC-9805有望在2023年中期进入临床I期试验。未来KRAS发展展望靶向KRAS-G12D的药物在胰腺癌治疗中拥有巨大的应用前景。目前胰腺导管腺癌的5年生存率仅约10%，统计显示35%的胰腺癌患者携带有G12D突变，仅1%携带G12C突变。而KRAS-G12D药物的临床前数据令人振奋，宾夕法尼亚大学的胰腺癌专家 Ben Stanger对MRTX1133的胰腺癌治疗作用印象深刻，他在G12D驱动的肿瘤小鼠模型中看到了前所未有的快速而深入的肿瘤消退。    除上述几个项目之外，还有多个KRAS项目也在向临床推进：Erasca公司正在对KRAS-G12D蛋白上的一个稍有不同的变构口袋进行研究；Revolution Medicines公司可能将在KRAS-G13C抑制剂的研发中取得先机；Kevan Shokat的实验室研究表明，更换共价弹头的KRAS抑制剂也可能对G12S和G12R突变体产生作用；Biological Industries公司看到了联合使用特异性和泛作用药物的前景，正努力推进他们泛KRAS抑制剂和泛KRAS降解剂的研究。    总得来说，全世界正迎来KRAS药物的研发热潮，这将对新药研发领域产生深远的影响。KRAS的相关研究和药物开发已经引起了大家对共价化学的兴趣，开发出了寻找“平滑”蛋白质上隐性口袋的新思路和新方法，并展现了抗体作为药物研发工具的潜力。此外，KRAS研究的突破也为其他传统概念里难以靶向的GTPase的研究启示了前进的道路，开辟了整个药物发现领域的全新范畴。参考文献[1] Mullard A. The KRAS crowd targets its next cancer mutations. Nat Rev Drug Discov. 2023 Jan 23. doi: 10.1038/d41573-023-00015-x. Epub ahead of print.[2] Wang X, Marx MA. Identification of MRTX1133, a Noncovalent, Potent, and Selective KRASG12D Inhibitor. J Med Chem. 2022 Feb 24;65(4):3123-3133. doi: 10.1021/acs.jmedchem.1c01688. Epub 2021 Dec 10. 在抗体圈微信公众号回复“JPM23”可下载60 家药企PPT合集。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。