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Summary
RAS突变癌症的靶向治疗一直是肿瘤学领域的核心难题。三复合物抑制剂(TCIs)作为一类新兴的RAS分子胶药物,通过招募细胞内伴侣蛋白亲环素A(CYPA)与活化RAS形成合成复合物以阻断癌症信号,已在RAS突变癌症患者中展现出令人鼓舞的临床活性。然而,患者在接受RAS(ON)多选择性抑制剂daraxonrasib治疗后产生获得性耐药的分子机制仍不清楚,这些耐药变异如何从机制层面趋同性地破坏分子胶功能尚待阐明,针对不同耐药类型的干预策略也有待开发。
2026年5月5日,纪念斯隆·凯特琳癌症中心的Piro Lito在《Cell》发表题为"Disrupted molecular glue complex drives RAS inhibitor resistance"(分子胶复合物破坏驱动RAS抑制剂耐药)的研究论文。研究团队通过分析40例接受daraxonrasib治疗患者的配对样本,发现了多种临床获得性耐药变异,这些变异在机制上趋同性地破坏了抑制剂的分子胶功能——KRAS Y64突变削弱抑制剂与RAS的结合,KRAS Y71及低活性BRAF突变通过增强RAS-RAF相互作用阻碍CYPA向RAS的招募;研究团队进一步鉴定出可靶向Y64突变KRAS的新型TCI(RMC-4791)以及针对低活性BRAF突变耐药的联合治疗策略,为克服RAS驱动肿瘤的耐药提供了机制蓝图。
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01
|INTRODUCTION
RAS GTPase家族(KRAS、NRAS、HRAS)通过在活性(GTP结合,ON状态)和非活性(GDP结合,OFF状态)之间循环来调控细胞增殖与存活。癌基因突变——尤其是G12位点的替换,常见于肺癌、结直肠癌和胰腺癌——会妨碍RAS水解GTP的能力,导致下游信号过度激活,进而引发不受控制的细胞增殖。RAF激酶(ARAF、BRAF和CRAF)是RAS信号的关键效应子,通过RAS与其保守RAS结合域(RBD)和富半胱氨酸域(CRD)的结合,以及激酶结构域的二聚化,经多步骤过程被激活。尽管RAS驱动RAF二聚化的机制已较为清楚,但RAF二聚化是否及如何反向影响RAS结合,目前仍知之甚少。
鉴于RAS癌蛋白在肿瘤中的核心地位,直接靶向RAS的努力从未停歇。KRAS G12C选择性小分子抑制剂sotorasib和adagrasib以共价方式靶向该突变体的非活性构象,已获FDA批准用于治疗肺癌或结直肠癌患者(单药或联合治疗)。尽管这类抑制剂在G12C突变癌症中显示出疗效,但其局限性在于无法靶向非G12C突变体,也无法靶向RAS的活性形式。
三复合物抑制剂(TCIs)正是为了克服上述局限而开发的新一类治疗手段。与前述OFF态选择性小分子不同,TCIs作为分子胶,以不同程度的突变选择性将细胞内伴侣蛋白亲环素A(CYPA)招募至RAS的ON态。抑制剂elironrasib(RMC-6291)和zoldonrasib(RMC-9805)分别以共价方式靶向RAS G12C或G12D,而daraxonrasib(RMC-6236)则以可逆方式靶向多种RAS变体。无论RAS参与方式是共价还是可逆,由此形成的RAS-抑制剂-CYPA三元复合物(即三复合物)均通过阻止RAF和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)等天然效应蛋白与活化RAS的结合来抑制癌基因信号。在生理条件下(无抑制剂处理时),RAS不与CYPA相互作用。
在接受RAS(ON)TCIs治疗的RAS突变非小细胞肺癌(NSCLC)和胰腺癌患者中,已有新兴数据显示出临床活性,包括肿瘤退缩。结直肠癌患者中也报道了临床活性,尽管这些数据尚不成熟。至少有10种依赖CYPA的RAS分子胶正处于或即将进入临床试验,凸显了这一治疗类别的快速扩张。尽管如此,接受RAS(ON)多选择性抑制剂(如daraxonrasib)治疗的患者出现耐药的机制仍有待阐明。研究团队现报道了40例接受daraxonrasib治疗的RAS突变癌症患者的获得性耐药变异。与此同时,研究团队运用碱基编辑筛选和常规方法在临床前模型中研究了耐药机制。通过结构、生化和细胞实验,研究团队证明临床观察到的耐药变异从机制上趋同地直接损害抑制剂的分子胶功能。这包括KRAS Y64突变(削弱daraxonrasib与RAS的结合),以及KRAS Y71突变和低活性BRAF突变(使RAF更难从活化RAS上被CYPA置换)。Y71H突变增强了RAS对RAF RBD的亲和力,而低活性突变则促进RAF二聚化,进而将RAF的CRD重新定位至可增强RAS结合的构象。研究团队进一步鉴定出一种能靶向Y64突变KRAS的RAS(ON)多选择性TCI,以及针对二聚化依赖性低活性BRAF突变所驱动耐药的联合治疗方案。
02
|RESULTS
研究团队对40例接受daraxonrasib治疗的RAS突变癌症患者(NSCLC 17例、CRC 15例、黑色素瘤4例等)的配对基线与治疗结束样本进行了基因组测序,在18例患者(45%)中发现了RAS信号通路的获得性耐药变异,涵盖KRAS Y64C/D突变(2例)、BRAF激酶死亡突变D594A/G/N及低活性III类突变(5例)、MAP2K1/2突变(5例)等,并通过典型病例的CT影像和变异等位基因频率(VAF)动态变化,直观呈现了耐药变异的克隆演化过程。
图1. 接受RAS(ON)抑制剂daraxonrasib治疗患者的耐药变异
研究团队利用高通量CRISPR碱基编辑筛选系统,对KRAS和PPIA(编码CYPA)基因中大量位点进行单碱基替换,发现switch II区域的Y64和Y71位点替换对daraxonrasib的抗增殖效应具有最大的拯救效应(对数倍数变化最高);CYPA的H54R、F112L、W121R、N149D等界面突变在活细胞荧光素酶互补实验中均显著削弱了三复合物的形成(KRAS-CYPA结合降低3–6倍),并在IC₅₀曲线上引起明显右移,系统性揭示了潜在耐药突变图谱。
图2. 破坏KRAS-CYPA三元复合物的碱基编辑筛选
研究团队通过KRAS-RMC-7977-CYPA三元复合物晶体结构确认Y64通过π-π堆叠与抑制剂吲哚环相互作用,随后利用生化重构实验(AlphaScreen及HTR-FRET)发现G12V/Y64D双突变使KRAS-CYPA复合物形成的EC₅₀较单突变升高约20倍,CRAF RBD置换的EC₅₀则升高数个数量级;活细胞荧光素酶报告实验进一步证实Y64D/C/H突变显著减弱daraxonrasib刺激KRAS-CYPA复合物形成的能力,并导致ERK磷酸化抑制减弱,确立Y64完整性是形成强效三元复合物的必要条件。
图3. KRAS Y64突变对daraxonrasib结合的正构性削弱
研究团队以1.76 Å分辨率解析了KRAS Y71H与CRAF RBD的三级结构,发现H71与CRAF RBD中R67残基形成氢键和π-阳离子新生相互作用,活细胞实验显示G13D/Y71H双突变与BRAF及CRAF的RBD结合能力显著高于G13D单突变(约2–3倍);引入R67A突变可增强daraxonrasib对RAS-RAF相互作用的抑制能力,表明Y71H主要通过增强RAS对RAF RBD的亲和力与CYPA竞争结合RAS,而非直接干扰抑制剂结合界面。
图4. KRAS Y71H通过新生接触增强RAF亲和力
研究团队在KRAS G12V突变肺癌(H727)和结直肠癌(SW620)细胞中构建了可诱导表达各类BRAF突变体的模型,发现激酶死亡BRAF(D594A)而非WT BRAF使daraxonrasib对ERK信号的抑制显著减弱,且此效应依赖于完整的RAF二聚化(引入R509H可逆转耐药)和RAS-RAF结合能力(引入R188L可逆转耐药);活细胞实验进一步证实激酶死亡BRAF使daraxonrasib从KRAS上置换BRAF的EC₅₀平均升高约8倍,CYPA向KRAS的招募也以二聚化依赖性方式被削弱,揭示了III类BRAF突变是通过破坏分子胶功能而非绕过KRAS来驱动耐药。
图5. 激酶死亡BRAF突变损害CYPA向活化KRAS的招募
研究团队利用化学配体诱导RAF二聚化系统,证明A/C配体诱导的BRAF:CRAF、BRAF:BRAF和CRAF:CRAF二聚体均削弱了daraxonrasib将CYPA招募至突变KRAS的能力;进一步将BRAF/CRAF的CRD关键残基(BRAF: L232A/F237A/E275A;CRAF: L136A/F141A/K179A)突变为丙氨酸后,配体诱导二聚化对KRAS-CYPA复合物形成、RAF从KRAS上的置换及细胞增殖的影响均被逆转,AlphaFold建模与生化重构实验共同支持"RAF二聚化将CRD重新定位至增强RAS结合的构象,从而使TCIs更难以置换"的机制模型。
图6. RAF二聚化通过CRD削弱分子胶功能
研究团队鉴定出RMC-4791(一种RAS(ON)多选择性TCI),并以1.57 Å分辨率解析了KRAS-GNP:RMC-4791:CYPA三元复合物晶体结构,发现RMC-4791在switch II区域的结合位置较daraxonrasib发生偏移,Y64与RMC-4791的吡啶环形成π-π堆叠(而非与daraxonrasib的吲哚环),使其对Y64的依赖程度大幅降低;生化和活细胞实验均证实RMC-4791对G12V/Y64D双突变KRAS的CYPA招募能力和CRAF RBD置换效果与单突变G12V相当,且能近乎完全抑制双突变细胞的ERK信号和增殖,确立了RMC-4791作为克服Y64突变耐药的先导化合物价值。
图7. 可将CYPA招募至Y64突变KRAS的抑制剂
03
|DISCUSSION
这项研究为理解daraxonrasib及其他新兴TCIs在RAS突变癌症中的获得性耐药提供了系统性的机制框架。研究团队通过临床样本分析与多维度临床前实验相结合,揭示了三类趋同性破坏分子胶功能的耐药机制:第一,KRAS Y64突变通过破坏与抑制剂的π-π堆叠直接削弱三元复合物形成;第二,KRAS Y71H突变通过与CRAF RBD中R67形成新生相互作用,变构性增强RAS对RAF的亲和力,从而使CYPA竞争性结合处于劣势;第三,激酶死亡及III类低活性BRAF突变依赖二聚化驱动RAF的CRD重新定位,使整个RBD-CRD模块与KRAS形成更牢固的相互作用,令TCIs更难置换。值得注意的是,这些耐药机制对所有现有类型的RAS抑制剂(包括OFF态共价抑制剂、G12C和G12D选择性以及pan-KRAS抑制剂)均具有广泛影响,凸显了RAF二聚化作为共同耐药节点的临床相关性。局限性方面,临床样本多来自液体活检,可能低估了获得性变异的真实发生率;研究所用靶向测序面板未涵盖PPIA基因,CYPA突变的临床流行率尚待大样本全外显子测序进一步验证;此外,高分辨率的KRAS-RAF二聚体三元结构尚未获得,RAF CRD介导二聚化效应的精确机制仍有待阐明;RMC-4791作为先导化合物也需进一步优化方可进入临床开发。在应对策略上,研究团队鉴定出RMC-4791可有效克服Y64突变驱动的耐药,RAF二聚体破坏剂联合RAS抑制剂的方案可在临床前模型中逆转低活性BRAF突变所驱动的耐药。整体而言,本研究不仅为分子胶抑制剂耐药提供了统一的机制诠释——天然蛋白-蛋白相互作用与合成复合物的竞争——也为下一代RAS靶向药物设计和合理联合治疗策略的开发指明了方向,对RAS驱动恶性肿瘤的精准治疗具有重要的临床转化价值。
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