Cystine

引言 细胞死亡是生命体在生长发育以及组织清除多余或受损细胞的一个基本生理过程，作为新陈代谢的环节之一，其对维持机体正常稳态有重要意义【1】。肿瘤的特征性细胞死亡抵抗主要体现在肿瘤细胞进化出各种策略限制或避免死亡，进而赋予肿瘤细胞优于正常细胞的特异性增殖能力。铁死亡是新近发现的一种新型程序性死亡形式，通过特定化合物或调控相关基因的表达诱导铁死亡，可以抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移；同时，通过诱导铁死亡，可以增加如抗肿瘤放化疗及免疫治疗的功效【2】，因此，铁死亡是近年来肿瘤治疗方法的热点研究方向。揭示铁死亡的调控机制，将为肿瘤发病机理的认识提供全新的突破口，并为其临床靶向治疗提供新的策略与手段。 2024年7月3日，浙江大学医学院附属第二医院肿瘤研究所/浙江大学转化医学研究院孙毅教授团队在PNAS发表题为The CRL3KCTD10 ubiquitin ligase-USP18 axis coordinately regulates cystine uptake and ferroptosis by modulating SLC7A11的研究论文，报道了E3泛素连接酶CRL3KCTD10和去泛素化酶USP18协同调控胱氨酸转运蛋白SLC7A11的稳定性，从而调控肿瘤细胞的胱氨酸吸收和铁死亡。 拟素化 (neddylation) 是一种调节蛋白活性或功能但不介导其被26S蛋白酶体降解的蛋白质翻译后修饰，其过程与泛素化过程类似，通过三联酶促反应将拟素NEDD8与目标蛋白共价结合。拟素化修饰的生理性底物为Cullin家族蛋白， Cullin的拟素化激活Cullin-RING ligase (CRL) E3泛素连接酶，负责细胞内经泛素-蛋白酶体信号通路降解蛋白的泛素化。因此，拟素化修饰与蛋白泛素化降解紧密关联【3】。孙毅课题组前期通过非靶向代谢组学研究，发现拟素化修饰在整体上显著调控细胞代谢【4】，细胞代谢通路通过分析显示谷氨酰胺代谢变化最为显著。阻断拟素化修饰后，肿瘤细胞谷氨酰胺吸收及其代谢显著增加【5】。在一些肿瘤中，为维持谷氨酰胺代谢的有序进行，谷氨酰胺代谢产物谷氨酸需外排至细胞外并将胞外胱氨酸运送至细胞内，而催化此反应的是谷氨酸与胱氨酸交换的关键转运蛋白SLC7A11【6, 7】。基于此，课题组发现拟素化修饰抑制后，培养基上清中胱氨酸含量显著降低，且SLC7A11水平增加；同时，细胞中敲减SLC7A11，可逆转抑制拟素化修饰所诱导的胱氨酸吸收，提示：抑制拟素化修饰，使CRL E3泛素连接酶功能失活，导致SLC7A11累积，促进细胞胱氨酸摄取及其代谢。 为明确拟素化修饰抑制后SLC7A11累积的机制，课题组通过一系列遗传学筛选和生物化学实验发现：CRL3KCTD10E3连接酶促进SLC7A11的K48连接的多聚泛素化降解，进而降低其稳定性。而去泛素化酶USP18去除SLC7A11泛素化修饰，从而增加SLC7A11蛋白的稳定性。在胱氨酸胁迫环境中，SLC7A11和KCTD10相互作用减弱并抑制KCTD10对其泛素化作用，而SLC7A11和USP18相互作用增加并增强USP18对其去泛素化作用，进而促进SLC7A11的累积。鉴于SLC7A11在胱氨酸吸收和细胞铁死亡中的重要作用，作者验证了KCTD10和USP18通过靶向SLC7A11，分别负向和正向调控胱氨酸的摄取和细胞铁死亡。 由于抑制拟素化导致的细胞胱氨酸吸收对肿瘤细胞存活有保护作用，研究者使用拟素化抑制剂小分子MLN4924联合SLC7A11抑制剂Erastin（或IKE），体外细胞实验及体内肿瘤模型实验结果均显示同时靶向拟素化通路和胱氨酸吸收可显著抑制肿瘤细胞增殖。研究结果为MLN4924联合用药提出了可行的方案。 为探究此发现的临床意义，课题组分析了人体乳腺癌肿瘤组织样本，发现KCTD10呈低表达而USP18和SLC7A11高表达状态，KCTD10和SLC7A11呈负相关性，而USP18与SLC7A11呈正相关性。从癌旁到癌组织，KCTD10表达逐渐降低，而USP18和SLC7A11表达逐渐增高。最后，课题组发现乳腺癌组织中胱氨酸含量低于癌旁组织，说明乳腺癌对胱氨酸有高吸收和代谢，而肿瘤微环境中胱氨酸含量的降低，会重塑肿瘤细胞中KCTD10和USP18的水平来调控SLC7A11的稳定性，从而进一步调控肿瘤细胞对胱氨酸的吸收和代谢。 CRL3KCTD10负向而USP18正向调控SLC7A11，从而调控胱氨酸的摄取和细胞铁死亡（Credit: PNAS） 参考文献 1. A. Strasser, D. L. Vaux, Cell Death in the Origin and Treatment of Cancer. Molecular cell 78, 1045-1054 (2020). 2. B. R. Stockwell, Ferroptosis turns 10: Emerging mechanisms, physiological functions, and therapeutic applications. Cell 185, 2401-2421 (2022). 3. S. Zhang, Q. Yu, Z. Li, Y. Zhao, Y. Sun, Protein neddylation and its role in health and diseases. Signal Transduct Target Ther 9, 85 (2024). 4. Q. Zhou et al., Inhibiting neddylation modification alters mitochondrial morphology and reprograms energy metabolism in cancer cells. JCI insight 4 (2019). 5. Q. Zhou et al., Neddylation inhibition induces glutamine uptake and metabolism by targeting CRL3(SPOP) E3 ligase in cancer cells. Nature communications 13, 3034 (2022). 6. L. A. Timmerman et al., Glutamine sensitivity analysis identifies the xCT antiporter as a common triple-negative breast tumor therapeutic target. Cancer cell 24, 450-465 (2013). 7. A. Muir et al., Environmental cystine drives glutamine anaplerosis and sensitizes cancer cells to glutaminase inhibition. eLife 6 (2017). https://doi.org/10.1073/pnas.2320655121 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

关注并星标CPHI制药在线随着医学研究的不断深入，癌症治疗领域取得了令人瞩目的成就。作为全球知名的癌症研究盛会，AACR（美国癌症研究协会年会）一直致力于推动癌症治疗的创新与发展。美国癌症研究协会（AACR）年会是全球历史悠久、肿瘤领域最具影响力的学术盛会之一。会议关注高质量肿瘤研究及创新研究，聚焦肿瘤领域热点，汇集前沿进展和科研成果。第115届AACR年会于美国东部时间2024年4月5~10日在美国举行。会议共收录353篇摘要，KRAS靶点热度十足，首次跻身2024 AACR摘要数量 TOP15 靶点前列。       一、关于KRAS       自被发现以来，KRAS基因作为人类癌症的元凶已有四十年历史，其在膀胱癌中的首次突变表明了其潜在的复杂性。这个基因在哺乳动物中表现为三个成员：HRAS、KRAS和NRAS，其中KRAS是最为突出的成员。       在人类肿瘤中，KRAS突变是最为常见的致癌突变之一，占据了RAS突变的大部分，约85%左右。KRAS突变具有多种类型，如G12C、G12D、G12V以及pan-KRAS等，这些突变与多种人类疾病息息相关。在众多癌症中，KRAS突变的存在非常普遍。以美国和中国为例，结直肠癌（CRC）病例中，美国约有45%的病例涉及KRAS突变，而中国则有约49%的病例出现KRAS突变。在胰腺导管腺癌（PDAC）方面，美国的病例中有约90%携带KRAS突变，而中国约为89%。此外，肺腺癌（LUAD，即非小细胞肺癌的一种亚型）在美国约有35%的病例出现KRAS突变，而在中国这一比例约为13%。值得注意的是， KRAS（G12C）突变在41%的LUAD病例中被发现，而KRAS（G12D）和KRAS（G12V）则是CRC和PDAC中最常见的两个等位基因。       二、从无到有：探究KRAS G12C共价抑制剂的发展历程       尽管KRAS具有关键的重要性，其致癌突变的特性也已被深入了解，但针对该靶点的药物研发却历经考验，长时间被视为是一个"难以成药"的目标。背后的原因主要有如下几点。首先，KRAS蛋白的空间结构缺乏足够的疏水口袋，这限制了高亲和力抑制剂的有效识别。其次，由于KRAS作为GTP酶的工作方式，其与底物之间的皮摩尔级别结合亲和力远超过一般激酶（Kinase）的纳摩尔级别。同时，考虑到细胞内GTP的高浓度，这进一步加大了开发直接针对GTP口袋的核苷酸竞争抑制剂的难度。最后，KRAS蛋白表面的平滑性质使得除GTP结合位点外，几乎难以找寻适合小分子结合的其他口袋。这些因素共同构成了KRAS药物研发的重大挑战。       好在科学家们发现了一种KRAS的特殊突变--G12C突变，该突变指的是第12位的甘氨酸（Glycine）转变为半胱氨酸（Cystine）。这一发现为药物研发提供了新的契机。这一特殊的突变在蛋白表面上创造了一个可以与小分子共价抑制剂结合的半胱氨酸位点。       据相关统计，KRAS突变约影响了13%的非小细胞肺癌患者和3%的结直肠癌患者，其中大约一半的患者具有G12C突变。因此，针对KRAS G12C突变的研究，如果能够取得成功，就有望为治疗这些癌症提供重大进展。这为医药领域带来了新的希望和机会，让科学家们能够更加深入地研究并开发出针对这种突变的创新药物，以更好地服务于患者的治疗需求。图1 KRAS药物开发里程碑图片来源：参考资料1       经过临床前期的研究验证，一种专门针对KRAS G12C突变位点的小分子抑制剂能够抑制KRAS下游的信号传导途径。鉴于此，多家制药公司推出了一系列KRAS G12C抑制剂进入临床试验阶段，并且取得了令人瞩目的突破。       AMG 510，即sotorasib，是首个正式进入临床试验的KRAS G12C抑制剂。根据I期临床试验的结果，该药物在治疗部分KRAS G12C突变型肺癌患者时，展现出了明显的肿瘤缩小效果。       另一款KRAS G12C小分子抑制剂，名为MRTX849或adagrasib。在其I期临床试验中，也观察到了部分肺癌和结直肠癌患者的肿瘤局部缓解现象。除了单独使用的疗效外，将MRTX849与其他治疗方式相结合，例如免疫检查点抑制剂、靶向受体酪氨酸激酶、mTOR或细胞周期分子等，已在多种肿瘤模型中揭示了其增强的抗癌活性，尤其是在那些单药治疗难以奏效的肿瘤类型中。       尽管AMG 510和MRTX849等靶向KRAS（OFF）状态的药物为癌症治疗开辟了新的天地，但它们仍面临着复杂的耐药机制所带来的挑战。近年来，AACR大会上陆续报道了国内外多个新一代KRAS广谱抑制剂和针对KRAS G12D的小分子药物，这些新兴药物有望突破现有KRAS抑制剂的局限性，从而进一步优化癌症治疗的效果。       三、AACR 2024上的KRAS药物       多家生物技术和医药公司，包括BMS、Lilly、Boehringer Ingelheim、Verastem Oncology、Frontier Medicines、Revolution Medicines、劲方医药和益方生物，纷纷发布了针对KRAS靶点抑制剂的临床或前期数据。这些公司均致力于开发针对KRAS的新型药物，期望通过抑制KRAS靶点来改善癌症患者的治疗效果。       这些发布的临床（前）数据为医药界对KRAS靶点抑制剂的研究提供了宝贵的信息。尽管这些数据只是初步结果，但它们已经引起了广泛的关注。各大公司都在竞相展示他们的研究成果，并通过不断优化和改进药物来提高其疗效和安全性。       BMS       Bristol Myers Squibb在会议上展示了Adagrasib（MRTX849）与西妥昔单抗（cetuximab）联合疗法在既往治疗过且具有KRAS（G12C）突变的局部晚期或转移性结直肠癌（CRC）患者中的疗效与安全性数据。经过评估的28名KRAS G12突变CRC患者的客观应答率（ORR）为46%，对应的95%置信区间为28%-66%。同时，这些患者的中位无进展生存期（PFS）和总生存期（OS）分别为6.9个月（95%置信区间为5.4-8.1）和13.4个月（95%置信区间为9.5-20.1）       Lilly       Lilly发布的LY3962673临床前研究结果显示，该药物在突变细胞系和体内模型中具有针对野生型 (WT) KRAS的独特抑制作用。无论是具备KRAS G12D突变、非G12D突变，还是KRAS WT的癌细胞系，LY3962673均能有效抑制MAPK信号传导，并对KRAS G12D突变癌细胞生长产生选择性抑制，而对KRAS (WT)和非G12D突变细胞则相对宽容。值得一提的是，在多种代表不同肿瘤类型的KRAS G12D突变PDX模型中，LY3962673显示出了显著的抗肿瘤活性，其效果从抑制肿瘤生长到显著抑制肿瘤生长不等。更重要的是，当与其他抗癌药物联合使用时，LY3962673的疗效更为显著。       BoehringerIngelheim       Boehringer Ingelheim所研发的新型KRAS小分子抑制剂BI 3706674，凭借其强效的抑制作用以及高度的口服生物利用度，正成为携带KRAS（G12V）突变和KRAS野生型扩增肿瘤患者的新希望。此种药物能够通过与GDP结合，与各类KRAS突变等位基因形成非共价键连接，有效阻断致癌信号的传导路径。目前，针对那些携带KRASG12V突变及KRAS wt扩增的晚期实体癌患者，BI 3706674正在进行I期临床试验。这一阶段的试验旨在全面评估BI 3706674的安全性、患者的耐受程度、药物在体内的代谢及动力学特性，以及更关键的治疗效果。这一研发成果为肿瘤患者提供了新的治疗选择，并为药物研发的进一步推进奠定了坚实的基础。       Verastem Oncology       Verasstem Oncology近期与合作伙伴GenFleet Therapeutics发布了其共同开发的口服、具有高度选择性的KRAS（G12D）抑制剂GFH375/VS-7375在胰腺癌和结直肠癌小鼠模型中的临床前研究数据。这款新型药物GFH375/VS-7375凭借其独特的ON/OFF结合机制，能够有效抑制活化/失活状态下的KRASG12D突变蛋白。       GFH375/VS-7375通过与KRASG12D突变蛋白的非共价结合，直接抑制与GTP结合的活化状态KRAS蛋白，并阻断其与RAF等效应蛋白的结合。此外，它还能抑制KRAS蛋白上的GDP-GTP交换过程，从而阻止靶蛋白的活化。       在临床前研究中，GFH375/VS-7375单药治疗展现出强大的抗肿瘤活性以及对肿瘤脑转移的治疗潜力同时，当与avutometinib联合使用时，其抗肿瘤活性得到进一步提升，并且在动物实验中表现出良好的安全性。       Frontier Medicines       Frontier Medicines公开了关于KRAS（G12C）抑制剂FMC-376的临床前研究数据。研究表明，FMC-376能够显著减小非小细胞肺癌和结直肠癌小鼠模型中肿瘤的大小。当FMC-376与PD-1抑制剂联合使用时，能够使PD-1抑制剂在肺癌小鼠模型中的疗效得到进一步增强。这一研究为癌症治疗提供了新的潜在武器，有望为患者带来更好的治疗效果。       Revolution Medicines       Revolution Medicines发布了其KRAS（G12D）抑制剂RMC-9805的临床前研究数据。这款药物通过阻断活化状态的KRAS蛋白来发挥其效用。根据实验结果，在胰腺导管腺癌（PDAC）和非小细胞肺癌（NSCLC）的动物模型中，RMC-9805作为单一疗法能够有效抑制肿瘤生长。目前，这款药物正处于1期临床试验阶段，正在对非小细胞肺癌、胰腺导管腺癌、结直肠癌以及其它类型的实体瘤患者进行研究评估。这一系列探索将使治疗胰腺癌等非小细胞类恶性肺炎各类患的的目标有望进一步推向实用层面，推动着更多人期待有效率且治疗方法推动重要的实现突破性癌症治疗措施的实施可能性。       Quanta Therapeutics       Quanta Therapeutics近期公布了关于KRAS（G12V）抑制剂QTX3544的临床前研究结果。这些数据显示，QTX3544在胃癌、胰腺癌、肺癌和卵巢癌的小鼠模型中展现出了显著的肿瘤生长抑制作用。此次公布的成果展示了该药物在治疗上述癌症方面的潜在应用价值，为该领域的临床试验和研究提供了重要参考。       Incyte       作为Incyte公司研发的一种杰出药物，INCB161734展现出了其强大的治疗潜力。这款药物以其高度的选择性、优秀的口服生物利用度及对多种KRAS G12D突变的高效抑制作用了凸显的价值，具有很高的实用价值。INCB161734不仅能够被机体良好吸收，而且在体内代谢过程中的清除率及代谢周转率较低，表现出相当稳定的治疗效果。多项实验结果证实，INCB161734对多种G12D突变肿瘤及异种移植瘤有显著的治疗效果，它可显著抑制肿瘤的生长，甚至在某种程度上可以促进肿瘤消退，这对于患者来说是无比振奋的好消息。它的这些卓越表现预示了其广阔的未来应用前景，我们有理由相信它会在癌症治疗中扮演重要角色。       劲方医药       劲方医药披露了其口服泛RAS（ON）抑制剂GFH547的临床前研究数据，这项研究成果亦荣登了本次年会的Late-Breaking Research（突破性研究）榜单。       GFH547是一款口服小分子泛RAS（ON）抑制剂，其独特之处在于采用了三复合物作用机制（GFH547-CypA-RAS），能够有效抑制多种肿瘤中常见的KRAS突变型（G12C、G12D、G12V等）以及NRAS、HRAS亚型蛋白。与那些仅针对RAS蛋白或RAS-RAF复合物的治疗药物相比，GFH547通过捕获并重构亲环素（CypA）蛋白，能够更加高效地抑制RAS蛋白及其与下游效应物如RAF激酶的相互作用。       在针对NSCLC和PDAC等荷瘤小鼠模型的研究中，GFH547单次口服给药后即显现了对KRAS通路的深度抑制此外，GFH547在多种KRAS突变型肿瘤模型中呈现出剂量依赖式的抗肿瘤活性，并能够促进肿瘤消退。       益方生物       益方生物发布了关于其创新药物garsorasib（D-1553）在非小细胞肺癌（NSCLC）治疗领域的最新突破。这款药物特别针对那些携带KRAS（G12C）突变的非小细胞肺癌患者。据报告，在非小细胞肺癌患者中，D-1553表现出令人赞叹的疗效，显著提升了患者的肿瘤缓解率和延长了缓解时间，同时显示出良好的安全性。       这项研究共涉及了123名非小细胞肺癌患者，结果显示，有1名患者实现了完全缓解，60名患者实现了部分缓解，而另有48名患者的病情保持稳定。这些数字反映出了D-1553的强大疗效，其客观缓解率达到了50%，疾病控制率高达89%。此外，中位缓解持续时间为12.8个月，中位无进展生存期也达到了7.6个月。这两项数据均验证了D-1553在治疗非小细胞肺癌方面的卓越表现。       泰励生物       泰励生物公布了TSN1611的临床前研究成果，数据将表明 TSN1611在抑制 KRAS G12D 靶点方面所呈现的良好成药性，以及动物体内疗效和安全性。       贝达药业       贝达药业公布了其研发的BPI-585359临床前研究成果。这款药物是专门针对KRAS蛋白设计的PROTAC分子，经实验验证，在多种带有KRAS G12位点突变的细胞内，它能够高效地降解KRAS蛋白并抑制肿瘤细胞的增殖。在G12D突变的肿瘤模型中，通过每周一次的静脉注射，BPI-585359完全抑制了肿瘤的生长。同时，这款药物在肿瘤内部有效地降解了KRAS，阻断了KRAS下游通路的激活。此外，BPI-585359在动物模型中也表现出出色的药物代谢动力学（ADME）特性和安全性。       豪森药业       豪森药业公布了HS-10370 I 期剂量递增研究，结果表明在晚期实体瘤患者中表现出良好的安全性和耐受性；同时，该研究药物在治疗 KRAS （G12C）突变的晚期实体瘤（尤其是 NSCLC）方面也被证明具有良好的疗效       德昇济       德昇济公司推出的D3S-001药物，作为新一代KRAS（G12C）抑制剂，其设计理念在于通过优化KRAS G12C靶点的结合度，以期在临床治疗中取得更好的效果。在前期临床研究中，D3S-001展现出了卓越的共价活性、中枢神经系统的渗透能力以及在临床相关剂量下迅速、全面结合KRAS G12C靶点的能力。       作为口服剂型的D3S-001，已经完成全球一期临床试验的开发，并成功应用于治疗携带KRAS G12C突变基因的晚期实体瘤患者，这其中包括非小细胞肺癌(NSCLC)和结直肠癌(CRC)。目前，该药物正处于全球II期临床试验的开发阶段。       四、展望未来的挑战与希望       在医药的战场上，KRAS致癌基因扮演着一位狡诈的指挥官，类似于小说《魔戒》中的索隆，其千变万化的致癌策略使众多英勇的斗士们深感无解。KRAS以其特有的方式，利用癌细胞的异常突变，展现出令人惊叹的适应性和灵活性，不断塑造自身，让众多原本具有潜力的靶向药物黯然失色。       然而，在医药的广阔天地中，新的思路和策略如同春风吹拂，带来了新的曙光。例如，新型的广谱KRAS抑制剂以及新一代的非共价抑制剂，它们就像是江湖中的新武器，为对抗KRAS的恶势力带来了新的希望和可能。经过猎药人的不懈探索和研发，这些新的治疗策略已逐步进入临床试验阶段，预示着它们在未来的战场上将会大放光彩，为众多受到病痛困扰的人们带来真正的福音。       图2 Pan-KRAS非共价抑制剂结合WT、G12C、G12D、G12V和G13D突变KRAS的共晶结构及活性数据。       图片来源：参考资料5       参考文献：       1.2022综述KRAS 药物：当前视角和最新进展 DOI:10.1186/s13045-022-01375-4   2.Revolution Medicines公司发现口服共价三复合 KRASG12D(ON) 抑制剂RMC-9805       www.abstractsonline.com/pp8/#!/20272/presentation/9826    3.癌症研究所RAS专题pdf资料       https://deainfo.nci.nih.gov/advisory/joint/0623/McCormick.pdf       4.Nature论文 Pan-KRAS inhibitor disables oncogenic signalling and tumour growth       DOI：10.1038/s41586-023-06123-3       5.共价抑制剂综述Recent advances in targeting the "undruggable" proteins: from drug discovery to clinical trials       DOI:10.1038/s41392-023-01589-z       【智药研习社近期线下课程预告】来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~