Opnurasib

1982年，RAS基因家族中的HRAS和KRAS被发现，成为首批人类癌症基因，其中KRAS后来被确定为最常发生突变的癌基因之一。然而，研发出针对RAS突变癌症的临床有效抑制剂却耗费了近40年时间。2013年，Shokat及其同事发现了KRAS上一个可成药口袋，这为2021年和2022年美国FDA分别批准首款共价结合的KRAS G12C抑制剂索托雷塞（sotorasib）和阿达格拉西布（adagrasib）铺平了道路。然而，这一里程碑并非标志着癌症研究“珠峰”攻坚战的成功收官，反而揭示了RAS药物研发中的新挑战。在这篇综述中，研究者重点阐述了在明确耐药机制以及制定联合治疗策略以提高患者对KRAS疗法反应方面所取得的进展。  经过近40年开发临床可用的KRAS抑制剂的努力，Kevan Shokat团队发现了首款靶向KRAS G12C的突变选择性抑制剂。这一突破重新燃起了将KRAS作为药物靶点的研究热情，最终促成了首款突变选择性KRAS抑制剂获得美国FDA的批准； 尽管患者最初对KRAS G12C抑制剂反应良好，但大多数患者仍出现了耐药性和疾病进展； 众多涉及KRAS抑制剂的联合疗法正在临床试验中，旨在克服治疗耐药性。此外，其他突变特异性抑制剂（如KRAS G12D抑制剂），以及泛KRAS抑制剂或RAS（ON）多选择性抑制剂也正在进入临床试验，并展现出有前景的结果； 随着RAS抑制剂数量的不断增加，携带KRAS突变的患者距离有效的靶向治疗越来越近。 RAS致癌基因作为“不可成药”癌症靶点的兴起 1982年，HRAS和KRAS作为首批人类癌症基因被发现，标志着癌症研究新时代的开端。从那时起，由HRAS、NRAS和KRAS组成的RAS基因家族，被确定为癌症中最重要的癌基因家族之一。在所有RAS基因中，KRAS是突变最为频繁的，约占所有RAS突变的80%。值得注意的是，RAS突变具有显著的组织特异性，最常见且致命的癌症类型，如结直肠癌（CRC）、胰腺导管腺癌（PDAC）和非小细胞肺癌（NSCLC），都与KRAS突变密切相关（分别为43%、85%和31%）（图1A）。相比之下，HRAS突变常见于皮肤癌（不包括黑色素瘤）（6%）、膀胱癌（5%）和头颈癌（7%），而NRAS突变在黑色素瘤（23%）、甲状腺癌（11%）和白血病（9%）中较为突出（图1B）。RAS蛋白是致癌信号通路的关键调节因子，包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3 - 激酶（PI3K）通路。RAS下游效应因子（Box 1）中频繁出现的致癌驱动突变进一步突显了这一点，这些效应因子包括癌蛋白，如BRAF（8%）、AKT1/2（4%）、MEK1/2（2%）和PIK3CA（13%），所有这些突变都会导致蛋白持续激活，从而促进肿瘤生长和存活。RAS蛋白及RAS下游效应因子在癌症驱动过程中的重要作用，促使人们积极寻找有效的RAS抑制剂。 图1 RAS信号通路： RAS蛋白属于小GTP酶家族，在细胞内充当分子开关，在无活性的结合GDP状态和有活性的结合GTP状态之间转换。RAS开关的激活状态由活性受体酪氨酸激酶（RTKs）调节。这些受体酪氨酸激酶募集鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs），其促进GDP交换为更丰富的GTP，从而开启RAS。为了关闭RAS，GTP酶激活蛋白（GAPs）与RAS结合，并加速GTP水解为GDP。RAS中的致癌突变导致RAS主要处于结合GTP的状态。 图I 在其活性的GTP结合状态下，RAS会将含有RAS结合结构域（RBD）的效应蛋白招募至质膜。这种由RAS介导的质膜定位提高了效应蛋白的局部浓度，从而使其激活。主要的效应蛋白包括RAF、PI3K、RAL、RASSF和TIAM，它们激活不同的下游通路，参与诸如增殖、分化、存活和内吞等过程（图I）。 早期，利用细胞培养和小鼠模型进行的实验研究证实，突变的RAS是癌症发生和发展的关键驱动因素，进一步验证了它作为理想癌症靶点的地位。然而，RAS蛋白的三级结构显示，其表面缺乏深的疏水口袋，这限制了设计高效且选择性的小分子抑制剂的可能性。此外，RAS对GTP具有极高的皮摩尔亲和力，同时细胞内GTP浓度较高（约500 μM），与激酶相比，针对RAS的靶向难度显著增加，因为激酶与ATP的结合亲和力为微摩尔级别，且细胞内ATP浓度处于毫摩尔范围。这导致了长期以来人们认为RAS是“不可成药”的观点。因此，早期针对RAS的策略主要是间接的。第一个且最具前景的方法是开发法尼基转移酶抑制剂（FTIs），以破坏RAS在质膜的定位，而这对于RAS在信号转导中发挥功能至关重要。由于RAS异构体存在意想不到的差异，FTIs在临床试验（NCT00100750、NCT00005989和NCT00005648）中遭遇惨败，其中KRAS和NRAS能够通过替代的异戊二烯化逃避FTIs的作用，而HRAS则不能。这次失败堪称KRAS研究历程中最黑暗的时刻之一。随后，研究工作将重点转向靶向KRAS效应信号通路，特别是RAF - MEK - ERK MAPK通路，这促使针对该级联反应每个层面开发出多种抑制剂。然而，MAPK通路抑制剂在KRAS驱动的癌症中疗效有限，这主要归因于意想不到的动态反馈机制以及对正常组织的显著毒性。 在这篇综述中，研究者总结了从首款KRAS G12C抑制剂的开发到FDA批准靶向KRAS治疗的开创性历程，近40年来，RAS突变首次被确定为人类致癌基因。研究者探讨了KRAS抑制剂目前在临床应用中的影响及进展，阐述了治疗耐药性这一长期存在的挑战，并回顾了正在进行的旨在提高对KRAS抑制剂的敏感性或克服耐药性的联合疗法的临床评估情况。 KRAS G12C抑制剂的开发 最初一些研究结果开始推翻RAS是不可成药蛋白这一观点，其中涉及到Kobe 0065和SML - 8731的发现。Kobe 0065抑制HRAS与效应蛋白中RAS结合域的结合，而据报道SML - 8731可与KRAS G12C的核苷酸结合域相结合。然而，这些小分子都未能进入临床评估阶段。 2013年，Shokat、Wells及其同事报告了具有开创性的研究成果，最终为成功铺平了道路。他们筛选出一种能与突变型KRAS G12C的甘氨酸 - 12 - 半胱氨酸（G12C）置换中的半胱氨酸共价结合的抑制剂。通过使用一个含有半胱氨酸反应性化合物（即所谓的“弹头”）的小分子文库，他们确定了几个有前景的化合物，进而开发出了化合物12。开创性化合物12的研发是KRAS药物设计中的一个关键节点。结构分析表明，该化合物与开关II区域内一个此前未被识别的口袋（命名为S - IIP）相结合。尽管化合物12的效力较低，但它对KRAS G12C突变癌细胞表现出了选择性抑制作用。这些研究结果不仅证明了原本被认为不可成药的KRAS是可以成药的，还突出了这种成药作用可以以突变选择性的方式实现，从而降低对携带野生型（WT）KRAS的健康组织的毒性。 对化合物12进行更多化学修饰后，研发出了ARS - 853，它在体外展现出了更强的细胞活性。随后的进一步优化促使了ARS - 1620的诞生，该药物在体内具有更强的活性和口服生物利用度。ARS - 1620在源自KRAS G12C突变细胞系（CDX）和患者来源（PDX）的异种移植小鼠模型中显示出强大的抗肿瘤活性。化合物12及后续研发的化合物有一个惊人特性，即它们对KRAS G12C处于非活性（关闭）、结合GDP的形式具有选择性。当时，该领域的普遍观点是所有RAS突变体情况相同，都只是固定在结合GTP的状态，因此，预计对针对关闭状态的选择性抑制剂不敏感。然而，研究确定KRAS G12C突变体动态地进行着GDP - GTP循环，所以其存在状态会对关闭状态选择性抑制剂产生反应。 与此同时，几家制药公司启动了他们针对KRAS G12C的研发项目，并设计出在化学结构上与化合物12相似的小分子，这些小分子能够与S - IIP结合并对结合GDP的KRAS G12C进行共价修饰。索托雷塞（Sotorasib，AMG510）是首个进入临床评估的G12C靶向抑制剂。2018年，代号为CodeBreaK 100（NCT03600883）的首个临床试验开始研究索托雷塞在接受过标准护理化疗或免疫治疗后病情进展的晚期KRAS G12C突变实体瘤患者中的临床安全性。试验中未观察到剂量限制性毒性，且确认的客观缓解率（ORR）达32.2% 。88.1%的患者病情得到控制（DC），中位无进展生存期（PFS）为6.3个月。在CRC患者中，7.1%的患者确认有部分缓解（PR），73.8%的患者获得DC，PFS为4.0个月。患者中无完全缓解情况，NSCLC患者中有8.5%、结直肠癌患者中有23.8%出现疾病进展（PD）。基于这些积极结果，CodeBreaK 100进入了2期试验。在此阶段，80.6%的NSCLC患者获得DC，PFS为6.8个月，中位总生存期（OS）为12.5个月。基于CodeBreaK 100的良好研究结果，索托雷塞于2021年5月获得美国FDA加速批准，用于治疗局部晚期或转移性KRAS G12C突变的NSCLC。涉及KRAS G12C抑制剂的主要临床试验结果总结于表1。 表1 为进一步评估索托雷塞的疗效，3期临床试验CodeBreaK 200（NCT04303780）将索托雷塞与多西他赛用于NSCLC患者进行对比。多西他赛作为二线标准治疗方案，临床疗效一般且毒性较大。接受索托雷塞治疗的患者PFS仅比使用多西他赛的患者长1.1个月，分别为5.6个月和4.5个月。令人失望的是，索托雷塞在总生存期方面并未显示出显著改善，分别为10.6个月和11.3个月，这导致美国FDA在2024年拒绝给予其完全批准，但加速批准仍然有效。试验设计欠佳被认为是做出这一决定的原因之一。 第二款KRAS G12C选择性共价抑制剂阿达格拉西布（adagrasib，MRTX849）也于2018年开启临床评估（KRYSTAL - 1试验），该试验针对的是既往接受过化疗及抗PD - 1/PD - L1治疗、携带KRAS G12C突变的晚期和转移性实体瘤患者（NCT03785249）。阿达格拉西布在体内具有良好的生物利用度，并且在KRAS G12C CDX和PDX肿瘤模型中显示出有效的肿瘤抑制作用。在1/2期评估中，阿达格拉西布在NSCLC治疗方面展现出积极成果，ORR达42.9%，DC为86%，PFS为6.5个月，OS为12.6个月。基于这些结果，美国FDA也于2022年12月加速批准阿达格拉西布用于治疗NSCLC。 与NSCLC相比，索托雷塞和阿达格拉西布单药治疗在CRC中的ORR显著更低（见表1）。这种KRAS G12C突变型CRC反应较差的差异，让人联想到早期BRAF突变型结直肠癌与黑色素瘤对BRAF抑制剂治疗反应不同的情况，结直肠癌的反应同样较差。EGFR激活被认为是结直肠癌反应较差的一个原因，而联合使用EGFR抑制剂和BRAF抑制剂可克服这一问题。这促使了EGFR - BRAF抑制剂联合疗法获批用于治疗结直肠癌。因此，CodeBreaK 300试验（NCT05198934）启动，该试验在KRAS G12C突变的晚期结直肠癌治疗中，将索托雷塞与EGFR抑制剂帕尼单抗联合使用。与接受标准治疗（曲氟尿苷 - 替匹嘧啶或瑞戈非尼）的患者组PFS 2.2个月相比，索托雷塞与帕尼单抗联合使用使PFS提高到了5.6个月。CodeBreaK 300试验特别突出了KRAS G12C抑制剂联合疗法的优势。阿达格拉西布与西妥昔单抗联合使用时，也观察到了类似的ORR提升（30.2%）。基于这些研究结果，美国FDA于2024年6月加速批准了这种联合疗法用于治疗KRAS G12C突变的结直肠癌。 二代KRAS G12C抑制剂 通常来说，某一新型药物类别中最初获批的药物并非同类中最优，因此，众多第二代KRAS G12C抑制剂正在接受临床评估（表2和图2）。其中，divarasib作为一种颇具潜力的KRAS G12C抑制剂，近期已进入临床试验阶段（NCT04449874）。研究表明，与索托雷塞（sotorasib）或阿达格拉西布（adagrasib）相比，使用divarasib治疗的患者取得了更好的疗效。具体而言，使用divarasib治疗的患者ORR为53.4%，而索托雷塞或阿达格拉西布治疗的患者ORR为28.1% - 43%。此外，在NSCLC患者中，使用divarasib治疗的患者PFS延长至13.1个月，与索托雷塞或阿达格拉西布治疗相比，延长了6个月。 （向上滑动阅览） 表2 图2 D3S - 001是另一种新一代结合GDP的KRAS G12C抑制剂，与第一代KRAS G12C抑制剂相比，它能更快地与靶点结合。因此，即使在存在EGF等生长因子的情况下，D3S - 001也能有效减少结合GTP的KRAS。D3S - 001在体外已显示出增强的抑制效果，目前正在进行1/2期临床试验（NCT05410145）。 尽管大多数第二代抑制剂在作用机制上与最初的针对非活性状态（OFF）的选择性化合物12相似，但也有两种截然不同的共价G12C选择性抑制剂进入了临床评估阶段。首先，BBO - 8520是一种共价抑制剂，对结合GDP和结合GTP的KRAS G12C均具有选择性活性。与它在活性状态（ON - state）的活性相符，临床前研究发现，BBO - 8520对促进GTP - KRAS G12C形成的信号活动不太敏感。BBO - 8520最近已进入针对转移性KRAS G12C突变肿瘤的临床评估阶段（NCT06343402）。其次，RMC - 6291是一种KRAS G12C（ON）抑制剂，与靶向S - IIP的抑制剂相比，其作用模式非常独特。RMC - 6291无法直接与KRAS G12C结合，而是首先与亲免蛋白亲环素A（CYPA）形成二元复合物。然后，这个RMC - 6291 - CYPA复合物再与GTP - KRAS G12C形成三元复合物（RMC - 6291与KRASG12C共价结合），从而阻碍KRAS与效应蛋白的结合及激活。RMC - 6291正在进行单药1期临床试验（NCT05462717），以及与泛RAS抑制剂RMC - 6236或细胞毒性药物联合使用（NCT06128551和NCT06162221），用于治疗KRAS G12C突变的实体瘤。目前正在接受临床评估的其他KRAS G12C抑制剂候选药物包括JDQ443（NCT04699188）、BEBT - 607（NCT06117371）和GH35（NCT05010694）。 RAS抑制剂领域正在迅速发展，许多新的抑制剂正在开发中（图2），导致治疗空间越来越拥挤。因此，JDQ443的进一步开发最近被宣布停止。 KRAS G12D选择性抑制剂 靶向KRAS G12C已展现出巨大潜力，尤其是在NSCLC方面，该癌症约占所有KRAS G12C病例的75%。然而，非NSCLC相关的KRAS G12C仅占所有KRAS突变的约5%。因此，只有一小部分非NSCLC相关的KRAS G12C患者能从KRAS G12C抑制剂中获益。由于其他KRAS突变的高发性，开发其他突变选择性抑制剂以及泛KRAS和泛RAS抑制剂的工作正在进行，其中一些新型RAS抑制剂正在临床试验中接受评估（表2）。特别地，KRAS G12D已成为新抑制剂开发中的一个关键关注领域，因为这种突变约占所有KRAS突变的28%，并且是CRC和PDAC中最常见的突变。多种KRAS G12D抑制剂，包括JAB - 22000、UA022和BPI - 501836，正在临床前研究阶段。不过，通过基于结构的药物设计发现的MRTX1133，开创了非共价KRAS G12D抑制剂领域。 与美国FDA批准的KRAS G12C抑制剂类似，MRTX1133识别处于GDP结合状态的KRAS G12D。此外，MRTX1133也能够结合GTP结合状态的KRAS，尽管亲和力较低，并且它对KRAS G12D的选择性比对野生型KRAS高700倍。在临床前研究中，MRTX1133在KRAS G12D突变的胰腺细胞系衍生肿瘤（CDX）和患者来源肿瘤异种移植（PDX）小鼠模型中展现出强大的活性。另外，在使用MRTX1133治疗后，在胰腺导管腺癌细胞系和PDX模型中都观察到从基底样表型向经典表型的时间性转变，这使得肿瘤细胞对化疗更为敏感。MRTX1133是首个于2023年进入临床评估的KRASG12D选择性抑制剂，一项1/2期研究正在评估MRTX1133在患有晚期实体瘤的KRAS G12D突变患者中的疗效（NCT05737706）。与KRAS G12C抑制剂类似，MRTX1133属于正在临床评估中的一类不断扩充的小分子KRAS G12D抑制剂。其他正在接受临床评估的候选药物包括GFH375/VS - 7375（NCT06500676）、HRS - 4642（NCT05533463）、INCB161734（NCT06179160）、LY3962673（NCT06586515）、TSN1611（NCT06385925）、QLC1101（NCT06403735）以及QTX3046（NCT06428500）。截至目前，仅报道了HRS - 4642在18例实体瘤患者中的临床反应。6例患者出现靶病灶缩小，且毒性为三级或更低。 使用基于CYPA的三元复合物策略，RMC - 9805是另一种KRAS G12D共价抑制剂。不过，与其他KRAS G12D抑制剂不同的是，它对KRAS（ON）具有选择性。在9个PDAC PDX和CDX模型中的7个以及9个NSCLC PDX模型中的6个中，RMC-9805治疗后获得了客观缓解。RMC - 9805的1期临床评估显示，ORR为30%，DC为80%，有短时间的胃肠道相关毒性和皮疹（NCT06040541）。 除了直接作用的小分子KRAS G12D抑制剂外，还有两种替代方法正在临床试验中接受检验：蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）和基于RNAi的可生物降解植入物。近年来，PROTACs在肿瘤学研究中引发了广泛关注，因为它们具有降解靶蛋白的潜力，从而消除潜在的支架功能。总体而言，有多种基于PROTAC的降解剂正在接受评估，用于治疗前列腺癌和乳腺癌。最近，一种名为ACBI3的KRAS PROTAC被证明可靶向所有主要的致癌KRAS等位基因，分别在结直肠癌和卵巢平滑肌肉瘤异种移植模型中有效降解KRAS G12D和KRAS G12V。与此同时，靶向KRAS G12D的PROTAC——ASP3082，已进入1期临床试验，可单药使用，也可与西妥昔单抗或化疗联合使用（NCT05382559）。早期结果表明，在胰腺导管腺癌、结直肠癌和非小细胞肺癌的治疗中，其安全性可接受。此外，基于RNAi的可生物降解植入物siG12D - LODER正在一项2期临床试验中接受研究，该试验将其与化疗联合用于治疗局部晚期胰腺癌（NCT01676259）。该研究的早期结果显示，对KRAS进行局部下调具有良好的耐受性和安全性。 泛KRAS抑制剂 在癌症中，RAS基因除了G12C和G12D之外，还存在一系列其他突变（图1）。因此，人们正在开发新的抑制剂，以针对广泛的RAS突变类型。工具化合物BI - 2865（BI - 2493的结构类似物）和BI - 2852的设计思路是去除对半胱氨酸具有特异性的共价“弹头”（靶向G12C突变），并进行基于结构的修饰。这些非共价结合GDP的泛KRAS抑制剂对一系列KRAS突变体以及野生型KRAS均具有活性。由于这些抑制剂选择性识别KRAS的非活性（关闭）状态，其广泛的活性表明，大多数KRAS突变体，如G12C，会在结合GDP和结合GTP的状态之间动态循环。然而，这些抑制剂对GTP - GDP循环活性受损的KRAS突变体，如G12R和大多数Q61突变体，在体外没有活性。尽管如此，这些抑制剂对KRAS突变癌细胞系的生长有显著抑制作用，并且对携带各种KRAS突变（包括G12C、G12D和G12V）的患者来源肿瘤异种移植（PDX）瘤的生长也有明显抑制。 几种泛KRAS抑制剂正在进行临床评估。其中，BI 3706674是一种高效且可口服的小分子药物，目前正处于1期临床评估阶段，用于治疗转移性KRAS - WT扩增的胃、食管和胃食管结合部腺癌（NCT06056024）。其他处于临床1期的泛KRAS抑制剂包括PF - 07934040（NCT06447662）、LY4066434（NCT06607185）和QTX3034（NCT06227377）（表2）。 泛RAS抑制剂 对KRAS突变选择性抑制剂产生耐药性的一种机制是RTK活性上调，这会激活野生型KRAS，并导致涉及其他RAS成员的信号反馈回路。使用泛RAS抑制剂可能会抵消这种重新激活，同时还能针对更广泛的RAS突变。最初，泛RAS抑制剂的概念遭到了强烈反对，因为Kras很早就被确定为对小鼠胚胎发育至关重要的基因。因此，最初人们认为泛RAS抑制剂会因对正常组织产生毒性而带来有害的副作用。然而，这些担忧并未如预期般出现。目前报道的泛RAS抑制剂包括GFH547、RSC - 1255、YL - 17231、RMC - 7977和RMC - 6236，其中有几种正在进行临床试验（表2和图2）。研究最为广泛且可能进展最为领先的是基于CYPA的三元复合物RAS（ON）多选择性抑制剂RMC - 7977（工具化合物）和RMC - 6236（临床候选药物）。RMC - 7977靶向结合GTP状态下的突变型RAS和野生型RAS，并在依赖RAS的小鼠癌症模型（包括胰腺导管腺癌、结直肠癌和非小细胞肺癌）中显示出强大的抗肿瘤活性。RMC - 7977诱导肿瘤选择性凋亡，而这些小鼠的皮肤和结肠仅出现少量凋亡细胞。 RMC - 7977的相关类似物RMC - 6236正在临床试验中接受评估，包括单药治疗（NCT05379985）、与化疗或免疫疗法联合使用（NCT06162221），以及与KRAS G12C选择性抑制剂RMC - 6291联合使用（NCT06128551）。与RMC - 7977类似，在临床前模型中，接受RMC - 6236治疗的动物对所有测试剂量均耐受，并且在PDAC和NSCLC模型中均诱导了显著的肿瘤消退。在这两种癌症模型中，均未达到中位无肿瘤进展期。相比之下，CRC模型的反应程度较低，一半的临床前模型出现疾病进展，并且在60天后达到中位无肿瘤消退期。这项研究结果表明，结直肠癌肿瘤可能需要联合治疗，正如KRAS G12C抑制剂与EGFR抗体联合用于结直肠癌治疗已取得成功那样。尽管如此，已有127例KRAS G12X及其他RAS突变的胰腺导管腺癌患者接受RMC - 6236单药1/2期治疗的结果报告。在二线治疗的患者中，观察到的ORR和DC分别为29%和91%。令人印象深刻的是，有两名患者出现完全缓解，一名是由KRAS G12D驱动的胰腺导管腺癌患者，另一名是由KRAS G12V驱动的非小细胞肺癌患者。这两名患者在分别接受5个月和8个月的治疗后，均无疾病迹象。在87%的患者中观察到的主要副作用是皮疹，其中6%为3级或更高级别。35%的患者因治疗相关不良事件进行了剂量调整。然而，没有任何事件导致治疗中断iv。为支持这些结果，RASolute 302 3期临床试验的招募工作正在进行中（NCT06625320）。接受RMC - 6236二线或三线治疗的胰腺导管腺癌患者相对较低的PFS（分别为8.1个月和4.2个月）表明，与KRAS突变选择性抑制剂类似，泛RAS抑制剂也容易迅速产生耐药性。  多重耐药机制的挑战 随着大量RAS抑制剂在临床试验中接受检验，很明显，耐药性的产生将是其长期疗效面临的一个重大挑战。值得注意的是，在使用KRAS G12C抑制剂治疗的个体患者中已经观察到多种耐药机制，其中约50%可能归因于基因变异。尤其值得注意的是，在单个患者体内已经发现了多种驱动耐药的突变。这些耐药机制可以分为原发性、获得性和适应性耐药。 原发性耐药是患者对治疗无反应的根本原因，涉及使肿瘤对KRAS抑制剂不敏感的机制。这种耐药形式在所有患者中的发生率为9% - 24%。尽管我们对导致对KRAS G12C抑制剂原发性耐药的机制了解有限，但这对于患者分层至关重要。在一项针对424名接受索托雷塞或阿达格拉西布治疗的NSCLC患者的临床基因组学研究中，KEAP1、SMARCA4和CDKN2A的同时发生突变与疾病早期进展和较差的临床结果独立相关。值得注意的是，与KRAS G12C/KEAP1 WT/STK11 MUT或WT亚组相比，KRAS G12C/KEAP1 MUT/ STK11 MUT或WT亚组的PFS显著缩短（2.8个月vs 5.3个月），总生存期（OS）也是如此（6.3个月vs 10.7个月）。对18项研究中1224名接受阿达格拉西布或索托雷塞治疗患者的荟萃分析也确定KEAP1突变是治疗反应不佳的一个标志物。KEAP1是E3泛素连接酶复合物的一个组成部分，该复合物促进NRF2的蛋白酶体依赖性降解。KEAP1缺失会激活NRF2，从而导致对促进抗氧化保护反应的基因的调控。KEAP1缺失也已被确定为非小细胞肺癌对EGFR抑制剂产生耐药的一个驱动因素。 相比之下，获得性耐药出现在大多数最初对KRAS G12C抑制剂有反应的患者中，但他们在约4 - 6个月后会产生耐药性。这种耐药性可能是由于获得了新的突变，这些突变会削弱抑制剂与KRAS的结合，进而影响整体疗效（图3）。在KRYSTAL - 1试验中，最初病情稳定至少12周的患者中有45%对阿达格拉西布产生了耐药性。对循环肿瘤DNA的序列分析确定了新获得的KRAS突变，其中KRAS R68S、KRAS H95D/G/N/R和KRAS Y96C/D/H/N是最常观察到的耐药突变。这些突变位于KRAS的开关II结合口袋内，阻碍了抑制剂的结合。此外，在突变或野生型等位基因中还发现了频率较低的二次激活KRAS突变，包括G12A/D/R/S/V、G13D和Q61H/L。这些新获得的激活型KRAS突变对KRAS G12C特异性抑制剂不敏感，因此是恢复致癌性KRAS活性的一种潜在额外途径。 图3 同样，在CRC和NSCLC中，KRAS G12C扩增均被确定为KRAS G12C抑制剂治疗的重要耐药驱动因素。KRAS G12C扩增会导致KRAS蛋白数量增加，由于细胞内GTP与GDP的比例为10:1，这些蛋白最初结合的是GTP。鉴于内在的GTP酶活性较低，结合GTP的KRAS稳态量升高，从而降低了KRAS G12C（失活态）抑制剂的疗效。 除了KRAS G12C位点的突变或扩增，同源RAS亚型也能导致对KRAS G12C抑制剂的获得性耐药。发生KRAS G12C突变时，MAPK信号通路的主要活性由突变的KRAS驱动，NRAS和HRAS的贡献较小。然而，患者数据表明，在使用KRAS G12C抑制剂后，HRAS或NRAS的突变，如NRAS Q61K/L/R和HRAS G13V，能够恢复MAPK和PI3K - AKT通路的活性。通过RAS - GAP神经纤维瘤蛋白1（NF1）的功能丧失性突变也能达到相同效果，这在患者中已有报道。NF1缺失会导致GTP酶活性受损，从而激活野生型RAS，在KRAS被抑制后促使下游效应信号通路重新激活。 除了RAS蛋白，下游效应分子也可能出现驱动耐药的基因突变。常见的例子包括BRAF V600E突变、MAP2K1突变（如MAP2K1 K57N/T）或MAP2K1的激活型框内缺失。这些变异会导致MAPK通路独立于KRAS、NRAS或HRAS重新激活，从而促使对KRAS G12C抑制剂产生耐药性。同样，在患者中观察到MYC扩增，MYC是细胞外信号调节激酶（ERK）信号的主要下游效应分子，它可抵消KRAS G12C抑制剂的抑制作用。也观察到PI3K - AKT通路的突变，如肿瘤抑制基因PTEN的功能丧失性突变，或PIK3CA的功能获得性突变（如PIK3CA H1047R），导致PI3K信号过度激活。除了RAS - RAF - MEK或PI3K - AKT通路中的突变可恢复KRAS效应信号外，细胞周期调节因子的突变也进一步导致对KRAS G12C抑制剂的耐药性。在约20%的KRAS突变的非小细胞肺癌患者中发现了CDKN2A的功能丧失性突变，这会导致RB1肿瘤抑制基因失活。 鉴于RTKs是RAS的主要激活因子，因此在RTKs（如EGFR和MET）中出现突变或扩增作为KRAS G12C抑制剂的耐药机制屡见不鲜，这并不奇怪。MET通过依赖SOS的方式激活野生型RAS，从而驱动RAS信号传导。然而，MET的扩增还能够独立于KRAS激活PI3K - AKT通路，以及其他促生存通路，包括JAK - STAT3通路。通过siRNA使MET基因沉默以削弱MET功能，或使用MET抑制剂克唑替尼进行治疗，这两种方式在体外实验及动物实验中均恢复了（肿瘤细胞）对索托雷塞治疗的敏感性。 其他可能导致对KRAS G12C抑制剂产生耐药性的突变已被发现，包括RET RTK的激活突变以及致癌融合蛋白，如EML4 - ALK、CCDC6 - RET和NRF1 - BRAF。然而，这些突变作为KRAS G12C抑制剂耐药驱动因素尚未得到验证。 除了众多基因机制外，适应性非基因机制也被认为是导致KRAS G12C靶向治疗耐药的重要因素（图3）。适应性耐药是指肿瘤细胞通过反馈机制或蛋白质水平的翻译后失调来规避治疗的能力。一种常见的适应性策略是通过激活上游信号重新激活MAPK通路。野生型NRAS和HRAS可作为一种补偿机制，在KRAS G12C活性丧失时被激活。这种补偿性激活通常通过RTK的过表达或磷酸酶的下调来实现。例如，EGFR过表达会导致结合GTP的KRAS G12C水平升高，从而减少可被抑制的蛋白数量。然而，更多的EGFR也会激活野生型RAS蛋白，如HRAS和NRAS，进而驱动RAF - MEK - ERK级联反应的激活。同样，FGFR1过表达会导致ERK持续激活，使细胞能够克服对KRAS G12C的抑制。 上皮 - 间充质转化（EMT）这一现象常与多种癌症类型的治疗耐药相关，它能够促使对KRAS G12C抑制剂产生耐药性。尽管存在KRAS G12C抑制剂，间充质样细胞仍能促进PI3K活性，从而克服抑制剂的抑制作用。此外，间充质细胞表现出FGFR或AXL的激活，以此促进耐药性，并作用于HIPPO通路。该通路与EMT相关，其下游激活因子YAP是EMT的驱动因素。对KRAS G12C突变的非小细胞肺癌细胞进行全基因组CRISPR/Cas9筛选发现，YAP1/TAZ - TEAD激活是阿达格拉西布耐药发展过程中的一个重要驱动因素。这些结果突显了HIPPO通路对EMT以及对KRAS抑制剂耐药性的潜在影响。鉴于TEAD抑制剂VT3989正在针对实体瘤开展临床试验（NCT04665206），科研人员在临床前对抑制TEAD1 能否提升非小细胞肺癌细胞对阿达格拉西布的敏感性进行了测试，结果证明该方法能够提高阿达格拉西布的疗效。 不仅EMT，在无已知基因突变的NSCLC中，肺腺癌向鳞状细胞癌表型转变（AST）也与KRAS G12C抑制剂耐药相关。对基因工程肺癌小鼠模型的实验分析发现，编码LKB1丝氨酸/苏氨酸激酶的STK11肿瘤抑制基因功能丧失，会引发AST并导致对G12C抑制剂的耐药。值得注意的是，15% - 30%的肺腺癌存在STK11与KRAS的共突变。 鉴于前面所描述的机制，很明显，使用KRAS抑制剂的单一药物治疗常常会产生耐药性。从过去的经验中得到的一个关键教训是，联合疗法对于改善患者的治疗结果至关重要。这些策略有助于延缓或克服耐药性，从而提高治疗的整体疗效和持久性。主要的挑战在于预先为个体患者确定最有希望的联合治疗方法。 联合治疗以增强KRAS G12C抑制剂的疗效 RAS通路相关信号： 由于对KRAS G12C抑制剂的原发性和获得性耐药普遍存在，针对潜在增敏剂和药物组合的研究正在迅速展开（图4）。在针对KRAS G12C抑制剂研究最为广泛的联合疗法中，涉及EGFR抗体的疗法备受关注，尤其是在CRC治疗方面。这一策略的灵感源自早期对RAF抑制剂的研究，当时该抑制剂因反馈诱导的RTK信号（特别是EGFR信号）上调而初始疗效不佳。通过对EGFR和RAF，或者EGFR和RAS进行垂直抑制，能够更有力地抑制致癌信号，增强抑制剂的抗肿瘤效果。临床前研究表明，EGFR抑制剂西妥昔单抗可使KRAS G12C突变的结直肠癌CDX和PDX模型对KRAS G12C抑制剂敏感，从而导致肿瘤缩小。 图4 多项临床试验对KRAS G12C抑制剂与EGFR抗体西妥昔单抗和帕尼单抗联合使用的疗效进行了研究（表2）。在1b期KRYSTAL - 1研究中，评估了阿达格拉西布与西妥昔单抗联合用于CRC、NSCLC和PDAC的效果。在CRC患者中，ORR从单独使用阿达格拉西布时的18.6% 提升至联合用药时的46.4%。在KRAS G12C抑制剂中加入EGFR抗体，可同时降低突变型和野生型结合GTP的RAS水平。2024年6月，美国FDA加速批准了这种特定的联合疗法用于治疗携带KRAS G12C突变的结直肠癌患者。有趣的是，正如最近对两名患者的描述，帕尼单抗与索托雷塞联合使用不仅对携带KRAS G12C突变的结直肠癌患者有效，对携带NRAS G12C突变的结直肠癌患者同样有效。两名患者在长达12周的治疗中，病情均达到疾病稳定或部分缓解，唯一的副作用是EGFR抑制剂引起的皮疹。Rubinson等人还证明，索托雷塞可抑制所有RAS G12C亚型，其对NRAS G12C的抑制效力比对KRAS G12C或HRAS G12C高五倍。然而，FDA批准的另一种KRAS G12C抑制剂阿达格拉西布并不具备索托雷塞的这种特性，阿达格拉西布可抑制KRAS G12C，但无法抑制HRAS G12C或NRAS G12C。这种特异性与抑制剂和KRAS残基H95之间的必要相互作用有关，而H95在HRAS或NRAS中并不保守。这也解释了为什么在使用阿达格拉西布后复发的患者中发现了H95突变，而使用索托雷塞的患者中未出现这种情况。 KRAS G12C抑制剂单药治疗常常会导致多个由ERK驱动的负反馈回路失效，进而引起ERK重新激活。将MEK抑制剂与KRAS G12C抑制剂联合使用，是一种有望对抗MAPK信号通路重新激活的方法。遗憾的是，KRAS G12C抑制剂与MEK抑制剂联合使用，不足以克服EGFR的重新激活。为解决这一问题，在CodeBreaK 101试验中测试了MEK抑制剂、EGFR抑制剂与KRAS G12C抑制剂三者联用的垂直联合疗法。索托雷塞与MEK抑制剂曲美替尼以及EGFR抗体帕尼单抗联合使用，在非小细胞肺癌患者中的PR为20%，在结直肠癌患者中为9%，DC分别为87%和82%。 虽然EGFR是与KRAS G12C抑制剂联合使用时研究最为广泛的RTK靶点，但其他RTK，包括VEGF、MET或AXL，也作为联合靶点进行了研究。MET扩增会导致对EGFR抗体以及KRAS G12C - EGFR抗体联合疗法产生耐药性。因此，抑制或敲低MET并联合KRAS G12C抑制剂，可使细胞重新敏感，并促使小鼠体内肿瘤缩小。另一种被证明抑制后可使细胞对KRAS G12C抑制剂敏感的RTK是AXL。在最早发现KRAS G12C抑制剂ARS1620增敏剂的CRISPR筛选之一中，AXL被鉴定为PDAC细胞中的增敏剂。此外，研究发现YAP - AXL轴可促使非小细胞肺癌细胞对阿达格拉西布产生耐受，抑制AXL可使这些细胞对KRAS G12C抑制剂更敏感。 鉴于多种RTKs在耐药性产生过程中的驱动作用，与其使用针对特定RTKs的复杂抑制剂组合，一种更有效的方法可能是针对RTK信号传导与RAS激活之间的一个共同节点。鸟嘌呤核苷酸交换因子SOS1在介导RTK激活RAS的过程中至关重要。因此，抑制SOS1提供了一种潜在的泛 - RTK - RAS治疗策略。SOS1抑制剂BI - 3406与阿达格拉西布联合使用，即使在由MRAS和SHOC2驱动的阿达格拉西布耐药模型中，也能抑制肿瘤生长。同样地，SOS1:KRAS抑制剂BI 1701963与KRAS G12C抑制剂BI 1823911联合使用，使非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系移植模型（CDX）中的肿瘤消退，并于2021年进入临床试验（NCT04973163）。此外，一种基于SOS1抑制剂BI - 3406的SOS1蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）与索托雷塞联合使用，可协同减少小鼠肺部肿瘤体积。这种方法通过KRAS G12C抑制剂来抑制致癌的KRAS，同时额外的SOS1降解可阻止基于RTK的野生型KRAS、NRAS和HRAS的激活，从而防止它们补偿KRAS G12C功能的丧失。 另一种将RTKs与RAS解偶联的方法是靶向SHP2磷酸酶。SHP2在RTKs的下游发挥作用，通过调节SOS1的活性来促进RAS激活。因此，SHP2抑制剂可以充当泛- RTK抑制剂，阻止RTK信号诱导的RAS激活。这会导致KRAS在结合GDP的状态下积累，使得KRAS G12C（失活态）抑制剂能够作用于更高比例的KRAS G12C。SHP2和MAPK抑制剂的组合已经显示出协同效应。此外，各种体外研究已经证明，在使用KRAS G12C抑制剂治疗时，SHP2抑制剂能够有效且持续地抑制RAS通路。因此，多种SHP2抑制剂正在与KRAS G12C抑制剂联合进行临床评估。在2023年IASLC世界肺癌大会上公布了KontRASt - 01试验（NCT04699188）的初步结果，该试验将KRAS G12C抑制剂JDQ443与SHP2抑制剂TNO155联合使用。对于预先使用过KRAS G12C抑制剂的患者，记录的DC为67%，ORR为33%，缓解持续时间超过6个月。虽然SHP2抑制剂在临床前模型中显示出强大的抗肿瘤效果，但在临床环境中会遇到耐受性问题，因此需要优化给药方案以尽量减少不良事件。 为了克服由激活的野生型HRAS、NRAS和KRAS驱动的反馈回路，多种RAS抑制剂提供了另一种阻断RTK诱导的RAS - MAPK信号传导的选择。这些抑制剂的早期1期临床试验报告称，在胰腺癌（PDAC）和非小细胞肺癌（NSCLC）患者中出现了部分缓解（PR）。因此，正在进行的临床试验正在探索多种RAS抑制剂RMC - 6236与KRAS G12C抑制剂RMC - 6291联合使用的效果（NCT06128551）。 另一种防止RTK反馈回路激活野生型HRAS的方法，又回到了前文所述的FTIs的应用上。最近一项研究表明，在NSCLC、PDAC和CRC中，索托雷塞与FTI替吡法尼联合使用具有益处。虽然致癌性KRAS G12C信号传导被索托雷塞抑制，但其他RAS亚型可以补偿这种抑制作用。而FTIs可削弱HRAS信号传导，从而提高KRAS G12C抑制剂的疗效。在此，这种联合用药可能还得益于FTIs对所有法尼基化蛋白的广泛作用，而非仅作用于HRAS。FTIs靶向的最知名的法尼基化蛋白之一是小GTP酶RHEB，它参与mTOR信号传导，这表明PIK3CA/mTOR信号传导也与治疗反应有关。 由于KRAS - MAPK信号是细胞周期从G1期向S期转变的关键驱动因素，针对细胞周期控制蛋白进行靶向治疗是一种增强KRAS抑制效果、解决细胞周期诱导的耐药性的额外有效策略。因此，抑制细胞周期调节因子，特别是那些驱动G1 - S期转换的调节因子，是一种很有前景的联合靶向策略。细胞周期蛋白依赖性激酶4和6（CDK4/6）在促进G1 - S期转换过程中发挥着主要作用，对它们的抑制会使细胞周期停滞在G0/G1期。CDK4/6抑制剂帕博西尼（palbociclib）在细胞系和小鼠模型中增强了KRAS G12C抑制剂的疗效。目前，有五项正在进行的临床试验是将已获批临床应用的CDK4/6抑制剂与KRAS G12C抑制剂联合使用。 另一种被发现可增强对KRAS G12C抑制效果的细胞周期激酶是极光激酶A（AURKA）。将AURKA抑制或敲除与抑制KRAS G12C相结合，能有效降低KRAS的重新激活，并对癌细胞发挥抗增殖作用。此外，AURKA抑制剂可促进由KRAS G12C抑制剂诱导的细胞静止，使大量细胞停留在G0期。一项临床试验（NCT05374538）也曾对AURKA抑制剂与索托雷塞的联合使用展开研究，不过该试验因申办方的决定而终止。 值得注意的是，虽然RAS - MAPK通路抑制剂或细胞周期抑制剂会诱导细胞周期停滞在G0期，但在KRAS G12C扩增的耐药细胞中，撤除KRAS G12C抑制剂也能引发这一现象。在这种情况下，撤药会引发信号冲击，导致癌基因诱导的细胞衰老。癌细胞的这种衰老表型展现出一种新的弱点，可利用衰老细胞裂解药物进行研究。 免疫相关的联合疗法： 免疫疗法是一个快速发展的研究领域，众多临床试验正在探究抗PD - 1/PD - L1免疫检查点疗法在癌症治疗中的益处。通过抑制PD - 1或PD - L1可促进T细胞活性，进而介导肿瘤细胞死亡。在过去几年中，多种靶向PD - 1/PD - L1的药物，如帕博利珠单抗和纳武利尤单抗，已获得美国FDA批准，用于治疗NSCLC及其他类型的癌症。这种治疗方法已拓展为联合疗法，即在非小细胞肺癌和结直肠癌治疗中，将免疫疗法与KRAS G12C抑制剂相结合。对携带KRAS G12C突变且具有免疫活性的小鼠CRC CDX进行的临床前评估发现，单独使用索托雷塞可使肿瘤短期消退，但随后肿瘤会再次生长。然而，当与抗PD - L1治疗联合使用时，可观察到肿瘤完全消退，且在治疗结束后持续超过2个月。目前，有24项临床试验正在将抗PD - 1/PD - L1疗法与KRAS G12C抑制剂联合使用，其中进展最为前沿的是KRYSTAL - 7试验，这是一项2/3期试验，将阿达格拉西布与抗PD - 1单克隆抗体帕博利珠单抗联合使用（NCT04613596）。截至目前，该试验尚未公布结果。 鉴于致癌性RAS信号可稳定PD - L1的mRNA，进而调控PD - L1的表达，联合使用针对这两个靶点的抑制剂似乎前景可期。为进一步提升这种联合治疗的效果，多项体外研究强调，将KRAS G12C抑制剂不仅与抗PD - 1药物联用，还与SHP2抑制剂联用，能带来更多益处。这种三联疗法被认为可诱导抗肿瘤免疫反应，并重塑肿瘤微环境，增强KRAS G12C抑制剂的效果，尤其是在PDAC的治疗中。目前，有一项临床试验正聚焦于这些体外研究结果，将JDQ443、TNO155和替雷利珠单抗联合使用（NCT04699188）。截至目前，该试验尚未公布结果。 利用免疫系统对携带KRAS突变肿瘤的其他治疗方法，涉及与KRAS G12C抑制剂共价结合的KRAS G12C蛋白片段衍生的新抗原。这些新抗原一旦通过MHC I复合物呈现在癌细胞表面，双特异性T细胞衔接器就能介导新抗原与T细胞之间的相互作用。这种相互作用会触发细胞毒性T细胞反应，从而导致癌细胞被选择性破坏。该方法的优势在于，所有仍携带KRAS G12C突变且受KRAS G12C抑制剂抑制的癌细胞，都会成为细胞毒性T细胞的靶标，即便这些细胞已通过下游突变或MYC扩增等机制产生了耐药性。 化疗相关的联合疗法： 鉴于化疗仍是癌症治疗的标准方案，因此有17项临床试验正在评估化疗与KRAS G12C抑制剂联合使用的效果也就不足为奇了。临床前研究为这些试验提供了支持，结果表明，在KRAS G12C突变的NSCLC CDX小鼠模型中，与单药治疗相比，索托雷塞与标准治疗药物卡铂联合使用，能显著更大程度地抑制肿瘤生。同样，在KRAS G12D突变的PDAC小鼠模型中，单独使用MRTX1133或标准治疗药物吉西他滨，仅能在2周内抑制肿瘤转移生长，而两者联合使用则可使肿瘤长期消退。目前尚不清楚，观察到的这些效果是由于KRAS G12C抑制剂与化疗药物之间的协同作用，还是由于化疗针对的是快速增殖的细胞（包括对KRAS G12C抑制剂耐药的细胞），这仍是一个有待解决的问题。 结语和未来展望 随着两款KRAS G12C选择性抑制剂获批成功，以及众多针对其他KRAS突变的抑制剂涌现，“KRAS不可成药”这一观点如今可以被摒弃了。虽然临床评估中的大多数抑制剂的机制与两种已批准的突变选择性OFF变构抑制剂相似，但也有一些抑制剂的机制不同，从而增加了有效选择的多样性。传统观点认为，突变选择性抑制剂会优于对野生型和突变型KRAS蛋白均有活性的抑制剂，且不受正常组织毒性的限制，然而，泛RAS抑制剂RMC - 6236出人意料的临床疗效正在挑战这一观点。 展望未来，KRAS抑制剂持续发展面临的最大挑战是克服耐药性，因为耐药性限制了治疗反应的深度和持续时间。如今，人们普遍认为，KRAS抑制剂的长期疗效无法通过单药治疗实现，而需借助联合治疗。尽管我们对耐药机制的了解仍然有限，但新出现的证据表明，这些机制将是多样且复杂的，在患有相同癌症类型的不同患者体内以及同一患者体内都可能存在差异。因此，确定有效的联合治疗方案仍是一项艰巨的挑战。需要进一步开展研究，尤其是在患者分层、联合治疗方法、药理学以及耐药性发展的理解等领域，以确保不仅能提高这些患者的生活质量，还能延长他们的生存期。 历经近四十年的挫折，临床有效的KRAS G12C选择性抑制剂研发成功，这在癌症药物研发领域标志着一个重要的里程碑。这一成果开启了基础与转化RAS研究激动人心的崭新时代。以往的抗RAS研究因我们对RAS功能的理解不全面而受到限制，而未来的研究必将揭示RAS还有诸多奥秘有待解开。有一点是肯定的，未来为RAS突变癌症患者带来了充满希望的治疗选择。 未解决的问题 虽然 KRAS G12C 抑制剂在临床环境中显示出了一定的暂时疗效，但约 50% 的患者对这些疗法没有反应。导致这种原发性耐药的潜在机制是什么？是否有潜在的药物组合可以克服这种耐药性并提高这些患者的治疗效果？ 能否识别原发性耐药的驱动因素，并将其用作预测患者反应的潜在生物标志物呢？此外，是否有特定的生物标志物可以用来预测继发性耐药的出现呢？ 除了原发性耐药，获得性耐药的产生对KRAS G12C抑制剂来说是一个重大挑战，许多潜在机制尚未被完全理解。还有哪些耐药机制会导致患者不再适合继续使用KRAS G12C疗法呢？ 鉴于大量临床试验正在探索KRAS G12C抑制剂与其他疗法的联合使用，哪些联合方式有可能带来最显著的治疗益处呢？这些联合疗法会延长患者的无进展生存期吗？ RAS（激活态）多选择性抑制剂正展现出很有希望的初步临床结果，但耐药性的出现仍然是一个关键挑战。一个关键问题是，在KRAS G12C抑制剂中观察到的耐药机制是否会在多选择性RAS（激活态）疗法中成为主要的耐药驱动因素，还是会有新的机制成为耐药驱动因素。此外，与KRAS G12C抑制剂一起使用的联合策略是否可以直接应用于多选择性RAS（激活态）疗法，或者是否可以确定更有效的联合方法？ 鉴于 RAS 是一种小 GTP 酶，从 KRAS G12C 和 RAS（激活态）多选择性抑制剂中获得的认识能否应用于其他小 GTP 酶，如 RHO 或 RAB 呢？此外，针对这些 GTP 酶使用此类抑制剂时，是否能够带来额外的临床益处呢？ 参考文献： Isermann T, Sers C, Der CJ, Papke B. KRAS inhibitors: resistance drivers and combinatorial strategies. Trends Cancer. Published online December 27, 2024. doi:10.1016/j.trecan.2024.11.009 本文仅供医学专业人士参考，不代表本平台观点。

除K-Ras 以外的许多小 GTP 酶均存在已成药 Switch II 口袋，但具体的药物开发却研究有限。哈佛医学院研究人员通过 X 射线或 HDX-MS 对配体结合的H-Ras、RalA 和 Rab1A 进行表征。在体外和细胞中证实了Switch II 口袋抑制剂对多种 GTP 酶功能的抑制。Switch II 口袋抑制剂类似物还显示出对 Ras、Rho 和 Rab  GTP 酶的抑制。详细分析了关键残基的组成和保守性的显著差异为这个以前无法成药的家族的许多成员开发优化的抑制剂提供了潜力。 1. 背景介绍 GTP 酶与其调节因子和效应子一起，充当控制许多基本细胞过程的分子开关。这些蛋白质中的大多数属于小 GTP 酶的 Ras 超家族，其中包括 Ras、Rho、Rab、Arf 和 Ran GTP酶。Ras GTP 酶参与增殖和迁移，其异常调节与癌症和发育疾病有关，称为 RASopathies。Rho GTP 酶，包括 RhoA、Rac1 和 Cdc42，控制细胞骨架组织和细胞运动基础肌动蛋白动力学的许多方面。Rab GTP 酶是最大的亚家族，协调囊泡运输。Arf GTP 酶也严重参与运输途径，Ran GTP 酶专门协调核运输。 然而，此类分子成药的例子非常有限，并且与 ATP 结合蛋白不同，GTP 酶仍然被广泛认为是“不可成药”的靶标。这是由于与激酶相比，GTP 酶中核苷酸的超强结合亲和力，并且 apo 蛋白中没有明显的变构位点。直到在 K-Ras 中发现的隐蔽变构口袋(Switch II，[SII]口袋)挑战了这种范式，并使靶向 K-Ras（G12C） 抑制剂得以快速开发,包括FDA 批准的药物 LUMAKRAS (sotorasib)和Krazati(adagrasib)用于治疗非小细胞肺癌还有正在进行临床试验的抑制剂 GDC6036(divarasib)。然而，到目前为止，K-Ras 仍然是一个独特的案例，目前尚不清楚其他 GTP 酶是否可以以类似的方式靶向。 在此，研究人员系统地绘制了各种 GTP 酶家族成员的 SII 口袋，并基于此设计出靶向小 G 蛋白酶的抑制剂。 2.K-Ras抑制剂可靶向H-Ras和 N-Ras 自从在 K-Ras 的 SII 区发现变构隐蔽口袋以来，几种 SII 口袋抑制剂已被优化以靶向 K-Ras（G12C）。SII 口袋不存在于 apo 结构中，并且在合适的配体存在下向外移动生成灵活的 SII 区域。除了 SII 环外，在 α3 螺旋上还发现了几个与 SII 口袋配体结合的关键残基，包括 H95、Y96 和 Q99（图 1A）。这些残基可能对形成 SII 口袋做出了相当大的贡献。然而，它们在小 GTP 酶中的保守性较差，这可能对靶向 K-Ras 以外的其他 GTP 酶构成重大挑战。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 为了研究其他小 GTP 酶是否也表现出可靶向的 SII 口袋，首先转向 K-Ras 旁系同源物 H-Ras 和 N-Ras，它们在 SII 口袋中表现出序列同源性，但在位置 95 上不同（H-Ras 中的 Q95 和 N-Ras 中的 L95）。探索了十种不同的 SII 口袋抑制剂，这些抑制剂已优化为靶向 K-Ras（G12C）（图 1B-1E）。结果发现一些抑制剂对 K-Ras（G12C） 的选择性高于 H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C）（例如，ARS1620 或 adagrasib），而其他抑制剂对每个 Ras 旁系同源物表现出非常有效的抑制，在 5 分钟内完全被共价修饰（例如，sotorasib、JDQ443、ASP2453）。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 为了研究残基 L95 的差异如何影响 SII 口袋抑制剂的结合姿势，解析了 sotorasib 结合的 H-Ras（G12C） 的晶体结构（图 1F）。Q95 残基位于 sotorasib 结合口袋附近，这导致结合姿势在更接近 SII 环时发生轻微变化（图 1G）。这表明 SII 环在 SII 配体存在下保持柔韧性，与 α3 环上的残基相比，SII 环对口袋形状和配体调节可能不太重要。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 Sotorasib 抑制 SOS 介导的交换，并显著降低 N-Ras(G12C) 和 H-Ras(G12C) 中 EDTA 介导的交换速率。在 EDTA 存在下，未结合配体的 N-Ras(G12C) 表现出 BODIPY-GDP 荧光的快速增加，然后迅速降低。 细胞内活性研究发现，sotorasib (2) 和 JDQ443 (7) 对 Ras 旁系同源物 K-Ras(G12C) 和 N-Ras(G12C) 的细胞抑制作用等效，而 MRTX1257 (4) 和 divarasib (8) 对 K-Ras(G12C) 的抑制作用比 N-Ras（G12C） 的细胞效力更高(图 1I-K)。还表征了 pERK 的抑制作用，发现 sotorasib 对 N-Ras(G12C) 细胞中 pERK 的抑制效力高于 K-Ras(G12C) 细胞。这些数据表明，一些 K-Ras(G12C) 抑制剂可能也是治疗 N-Ras(G12C)驱动的肿瘤的合适候选分子。 图 1K-Ras（G12C）、H-Ras（G12C） 和 N-Ras（G12C） 的 SII 口袋共价抑制作用 3. 抑制剂可靶向 Ras 家族 GTP 酶 Ras 超家族分为五个主要家族(Ras、Rho、Rab、Ran 和 Arf GTP 酶)，包括 150 多个成员（图 2A-B）。Ras 家族进一步分为六个亚家族（Ras、Ral、Rap、Rad、Rheb 和 Rit）。与 Ras 旁系同源基因不同，这些 GTP 酶的残基与 K-Ras(Y96) 相当。当测试 RalA(G23C) 与不同 SII 口袋抑制剂的共价结合时（图 2C），发现 12 小时后大多数抑制剂完全共价修饰。标记后的蛋白质质量对应于 RalA (G23C) 和相应的共价配体之间的加合物（图 2D ）。结合的动力学研究表明，RalA (G23C) 在与 MRTX1257 或 divarasib 完全结合几分钟后表现出特别快速的标记（图 2E）。与 Ras 旁系同源基因类似，发现共价标记的 RalA （G23C） 的热稳定性显着增加（图 2F）。Rap1A （G12C） 表现出相似的整体序列同源性，也表现出与所需共价加合物相对应的一系列配体的完全共价修饰。动力学测试显示（图 2G-H), 与 RalA、Rap1A (G12C) 、Rit1 (G47C) 、M-Ras (G22C)和Rheb (R15C) 均被标记。总之，MRTX1257 和 divarasib 可有效地共价标记 GDP 结合形式的RalA 和 Rap1A 的 。 图 2 共价靶向Ras 家族 GTP 酶 为了验证MRTX1257与 K-Ras(G12C)相似地结合 RalA(G23C)，通过氢-氘交换液相色谱-MS(LC-MS) （HDX-MS） 分析了共价加合物。该方法已广泛用于分析 K-Ras 中 SII 口袋接合的动力学分析。HDX-MS 分析酰胺氢的交换速率，酰胺氢是蛋白质中二级结构元件稳定性的替代物。形成 RalA(G23C)⋅GDP⋅ MRTX1257 加合物的大片区域氘掺入量显著降低（图 3A）。对应于 SII(68-74)、螺旋 α2(80-85)和螺旋 α3(102-112) 显示出显著的保护作用。通过将核苷酸交换测定适应 Rap1A GEF（RAPGEF5 来测试双突变体 Rap1A（G12C、L96F） 的功能抑制（图 3B）。 图 3Ras 家族 GTP 酶的细胞靶向 接下来，使用过表达RalA(WT)和 RalA(G23C) 的 EGFP 标记（图 3C），并使用基于捕获活性 GTP 结合的 RalA G-LISA 测定测试它们的细胞活性（图 3D）。RalA （WT） 的过表达增加了活性 RalA 的量，但发现对 MRTX1257浓度的增加不敏感。RalA (G23C) 的过表达进一步提高了活性 RalA 的量，这表明这种突变亚型是显性激活的。与 MRTX1257 孵育后，RalA （G23C） 的活性以剂量依赖性方式降低，表明该 GTP 酶的细胞抑制。用 divarasib 处理细胞可有效抑制活性 Rap1A （G12C， L96F）（图 3E）。使用 RalA(WT)、Rap1A(WT) 和 RhoA(WT) 进行了表面等离子体共振(SPR)亲和力测定，发现divarasib 与 RalA(WT) 和 Rap1A(WT) 的可逆结合，但不能检测到与 RhoA(WT) 的结合，它与 K-Ras 的序列同源性较低，被用作阴性对照（图 S2F-S2H）。这些数据表明，开发 Ras 旁系同源物以外的 GTP 酶的可逆抑制剂可能是可行的。 图 S2其他 Ras 家族 GTP 酶和 GTP 结合的 Ras 家族 GTP 酶的共价结合和可逆结合 4. Ras 家族 GTP 酶与 RMC-6291结合 除了使用结构相关的 SII 口袋抑制剂（如化合物 1-10）靶向 K-Ras（G12C） 外，最近还报道了一种替代策略，该策略基于化学配体 K-Ras（G12C） 和免疫亲环蛋白 A （CypA） 之间形成的三复合物来标记 K-Ras（G12C）。由于三复合物抑制剂策略依赖于 SIIP 结合剂的不同分子识别决定因素，包括识别与 GTP 状态的增强结合。那该策略是否可以扩展适用于引入半胱氨酸的 GTP 酶化学靶向的化学物质? 最近报道了配体 RMC-4998 的广泛表征，包括 K-Ras(G12C):RMC-4998:CypA(PDB:8G9P) 的晶体结构。发现对该三重复合物的形成最关键的 K-Ras 残基是 C12、G13、E31、D33、P34、I36、E37、A59 和 Y64。其中带负电荷的残基 E31 、 D33 和 E37 与 CypA 上的残基形成氢键，而其他残基被发现对促进配体结合很重要（图 4A）。值得注意的是，这些残基中的大多数与上面探讨的参与 SII 配体结合的残基正交，因此可以提供一种有吸引力的替代方法来靶向 Ras 家族 GTP 酶。作者试图测试在列出的残基中具有高序列同源性的 Ras 家族 GTP 酶的细胞参与机会，并鉴定了 M-Ras、R-Ras1 和 Rheb。M-Ras 和 R-Ras1 的 E31 和 Y64 等效残基不同，并且都在 31 位上是天冬氨酸，在 64 位为苯丙氨酸。Rheb 在 G13 和 E31 等效残基中有所不同，并且在两个位置都是丝氨酸（图 4B）。对于所有四种测试的 GTP 酶，发现在抑制剂存在下 G12C 突变体形式的带偏移，与凝胶迁移率降低的共价复合物的形成一致（图 4C-4F）。这表明三复合物抑制剂 RMC-6291 也能够靶向 K-Ras 以外的 GTP 酶，并且可能是其他 SII 口袋配体的有吸引力的替代品。而测试较低序列同源性的 Rab 和 Rho GTP 酶 （Rac1(G12C) 和 Rab1A(S20C)） 的突变体时，则无法检测到带转移。 图 4Ras 家族 GTP 酶的细胞靶向 RMC6291 5. 靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 为了测试通过 SII 口袋参与靶向 Rho（RhoA 和 Rac1） 和 Rab （Rab1A 和 Rab5C）家族 GTP 酶的潜力，作者重组表达了这些家族的几个广泛研究的成员。有趣的是，K-Ras(Y96) 和 K-Ras(Q99) 等效位置在 Rho 和 Rab GTP 酶中都是高度保守的，这表明在上述所选实例上的结果对于这些家族的其他成员可能具有代表性和可推广性。 大多数 Rho 和 Rab GTP 酶在相当于 K-Ras（Y96） 的位置上含有色氨酸，在相当于 K-Ras（Q99） 的位置上含有谷氨酸。基于 MS 的药物筛选显示，Rac1 （G12C） 和 RhoA （G14C） 被 MRTX1257 和 divarasib有效共价标记(图 5A-C)。SII口袋中残基的排列显示，Y96 与 Rac1 SII 口袋的匹配性不如 W96，这表明所有三种芳香族氨基酸(Y、F[如,RalA] 和 W)在这个位置都具有良好的耐受性（图 5D）。将 Q100 引入 Rac1(G12C) 中产生双突变体 Rac1 (G12C，E100Q)，显著加速共价修饰。将 H96 引入 Rac1(G12C， K96H)，有更显著的效果，修饰活性与 Ras 家族 GTP 酶 RalA(G23C)、Rap1A(G12C， L96F) 和 M-Ras（G22C） 相似。这一发现加强了这种残基作为选择性过滤器在 SII 口袋抑制剂设计中的重要性和潜力。最后，测试癌症激活突变之一的 Rac1 （G12C， P29S），发现这种突变对 SII 口袋标记影响很小（图 5D）。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 通过差示扫描荧光实验，发现了 Rac1(G12C)⋅GDP⋅divarasib与 Rac1(G12C)⋅GDP 相比没有表现出更高的温度稳定性(图 S3 A-E）。进一步发现载有 GTP 类似物 GTPγS 的 GTP 酶可以与 divarasib 进行共价标记，尽管它是不完整的。在无核苷酸状态下，divarasib 不能有效地标记 GTP 酶。 图 S3.Rac1 靶向的进一步表征 与测试的 Rho GTP 酶类似，MRTX1257 和 divarasib 也是 Rab GTP 酶 Rab1A（S20C） 和 Rab5C（S30C） 最有效的共价配体（图 5E -G）。最后,测试了 Rab1A（S20C，E108Q） 以研究在 SII 口袋中引入第二个突变是否可以像 Rho GTP 酶一样增强结合。事实上，Rab1A （S20C，E108Q） 表现出比 Rab1A （S20C） 更快的标记动力学，并且 Rab1A （WT） 没有进行标记（图 5H）。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 通过 HDX LC-MS （HDX-MS） 分析了 Rab1A（S20C、E108Q）⋅GDP⋅MRTX1257 加合物，发现该化合物在 SII 口袋附近的残基 48 和 112 处诱导的交换增加（图 5I）。此外，可以引入二级突变以divarasib加速结合(图5J-K）。 总之,结果表明，与 Ras 家族成员相比，现有的 K-Ras（G12C） 抑制剂与靶向测试的 Rho 和 Rab GTP 酶的 SII 口袋的匹配性较差，需要进一步通过药物化学进行优化。。 图 5靶向 Rho 家族和 Rab 家族 GTP 酶 6. 优化抑制剂支架的开发 作者试图探索 Rac1 (G12C) 、Rab1A (S20C) 和 Rab5C(S30C 的新化学空间。为了解释 SII 口袋的高度动态性质，使用了分子动力学 （MD） 模拟来预测 MRTX1257 和 divarasib 的新型类似物的最佳结合姿势，并应用量子力学 （QM） 计算化学弹头的反应性（图 S5A-S5D）。作者设计了12个新的配体以最大限度地提高结合口袋内的相互作用，并预测了每个配体的最低能量构象（图 6A-C）。对所有的22个化合物进行共价标记的配体活性筛选（图 6D-F）。化合物 11 对 Rac1 （G12C） 和 Rab1A （S20C） 的标记速度更快，化合物 14 对 Rab5C （S30C） 的标记速度更快。 图 6Rab 和 Rho GTP 酶的配体优化 结合计算建模和新类似物的测试，对 SII 口袋配体的结构-活性关系 （SAR） 有了更好的理解，这可以指导进一步优化:在Rac1(G12C)筛选中，化合物 8 和 11 表现出最快的标记速率（图 6D）。化合物 11 能够标记 Rac1 (G12C) 的速度比 divarasib 快约 2 倍（8)。对于 Rac 5C(S30 C)，甲基萘是最佳的 C7 取代基 （4 和 14），导致最快的标记速率，可能是通过建模建议的更好的可逆结合亲和力（图 6F）。同时，观察到这三种 GTP 酶之间的 C2 位置存在非常不同的 SAR。首先，一个相对灵活的 C2 取代基 （21） 优于两个相对刚性的 C2 取代基（20 和 22）。其次，C2 位（ 6 和 19）位置的氢在 Rac1 （G12C） 中相对耐受性良好，但在 Rac1A （G20C） 和 Rac5C （S30C） 中降低标记率。综上所述，这些结果表明 K-Ras（G12C） 优化配体 divarasib 和 MRTX1257 的初始优化以靶向 Rab 和 Rho GTP 酶，并为选择性靶向这些蛋白的下一代优化配体提供了设计考虑。 7. 结束语 本研究仍然偏向于针对 K-Ras（G12C） 优化的化学空间。新的化学空间和发现其他 GTP 酶的新型可逆高亲和力骨架需要协调一致的药物化学运动。 参考：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00908-5 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓