KRAS G12D x KRAS G13C x KRAS G12C x KRAS G12V x SOS1

文丨陈燚 KRAS是最常见的致癌突变基因，大约1/7的癌症中会发生KRAS突变。KRAS-G12C特异性抑制剂正在改变KRAS-G12C突变的非小细胞肺癌（NSCLC）和结直肠癌（CRC）患者的治疗范式。在KRAS-G12C等位基因上取得的成功推动了靶向所有KRAS突变的药物研发。Pan-KRAS药物有潜力解决更广泛的患者群体，包括KRAS-G12D、G12V、G13D、G12R、G12A突变或WT扩增、以及KRAS-G12C抑制剂的获得性耐药。 1月19日，勃林格殷格翰（BI）公司的Marco H. Hofmann （SOS1::KRAS项目研究负责人）等人在Cancer Discovery杂志以“Expanding the Reach of Precision Oncology by Drugging All KRAS Mutants”为题综述了KRAS等位基因特异性和pan-KRAS抑制剂的研究现状和未来发展，通讯作者是BI公司的全球癌症研究负责人Norbert Kraut博士。 KRAS蛋白是一种小的膜结合的GTPase（GTP水解酶），在多种细胞信号和功能中扮演“分子开关”的角色。核苷酸的水解和交换决定了胞内KRAS的激活水平。与GDP结合时，KRAS处于“OFF”状态；通常响应生长因子信号并由鸟苷酸交换因子（GEF，如SOS1/SOS2）促进GDP到GTP的交换，KRAS循环到其激活的“ON”状态。在GTP结合的活性状态下，KRAS激活下游效应通路以促进细胞增殖和存活，包括MAPK和PI3K通路。在GTPase激活蛋白（GAP，如NF1）的催化作用下，GTP水解为GDP，KRAS重回到“OFF”状态。 当KRAS发生突变时，KRAS主要处在激活的“ON”状态，因为其内在的GTPase功能以及GAP催化的GTP水解能力受损。在有证据表明，KRAS-G12C不是永久性地与GTP结合，并依赖于上游RTK信号传导引起的GEF介导的GTP装载之后，这颠覆了先前对 KRAS 突变组成性激活的认知。最近在KRAS驱动肿瘤细胞系中使用SHP2和SOS1抑制剂的研究，以及在其他“RAS-less”的小鼠胚胎成纤维细胞中对KRAS突变体的生化研究，已经发现一系列KRAS突变体在其活性和非活性状态之间循环，并且仍然依赖于核苷酸交换激活。 过去40年靶向KRAS一直是癌症研究的一个中心目标，直到过去10年药物研发取得了一些进展，这很大程度上是由J. Ostrem和K. Shokat等人对于KRAS-G12C半胱氨酸共价结合化合物的开创性发现推动的。 KRAS突变与肿瘤 KRAS突变和KRAS扩增在CRC（美国~45%，中国~49%）、PDAC（美国~90%，中国~87%）和NSCLC（美国~35%，中国~13%）中最为常见。当然，KRAS突变频率的统计在种族/国家之间存在一些差异，尤其是在肺癌方面。 就已获批靶向治疗的突变类型来看，约有14.1%的突变类型（主要包括 PIK3CA、BRCA1/2、BRAF、ERBB2 和 FGFR1/2/3）已经有靶向药物可用于精准治疗。然而，KRAS突变/扩增的癌症病例数量几乎与目前基于基因组驱动的精准医学方法可采取行动的所有癌症的数量相当。 开发与GDP结合的KRAS-G12C蛋白中的第12位半胱氨酸共价结合的化合物作为非活性状态选择性KRAS药物，重新激发了人们对“难以成药”的KRAS突变的研究兴趣。 目前所有在临床的KRAS抑制剂都是靶向GDP结合的“OFF”状态的KRAS。 Revolution Medicines公司报道大环分子可以作为分子胶同时结合免疫亲和素cyclophilin A和激活“ON”状态的KRAS-G12C，形成的三元复合物从空间上阻断与效应分子的结合进而抑制RAS (ON)信号。RMC-6291是其中一个进展较快的化合物，在RTK激活后显示出持续的通路抑制，在KRAS-G12C驱动的临床前模型中活性优于KRAS-G12C (OFF)抑制剂。 安进公司开发的KRAS-G12C共价抑制剂AMG510（Sotorasib）已于2021年5月获批用于NSCLC治疗，Mirati Therapeutics公司紧随其后。除此之外，在CRC和PDAC中也存在一定比例的KRAS G12C突变，但Sotorasib在这一领域中的表现不尽如人意。而Mirati公司的MRTX849（Adagrasib）略胜一筹，在2022年初的ASCO胃肠道肿瘤研讨会上公布了 Adagrasib单药治疗和PDAC其他胃肠道（GI）肿瘤的2期临床数据，在27例GI肿瘤患者中PR为41％（11/27，包括3例未经确认的PRs），DCR为100％（27/27）。其中，在12例PDAC患者中（10例可评估），PR为50％（5/10，包括1例未经确认的PR），DCR为100％（10/10）。 安进和Mirati公司还在积极布局KRAS-G12C抑制剂与其他靶向治疗药物的联合用药临床试验，包括EGFR抑制剂、MEK抑制剂、SHP2抑制剂以及免疫检查点抑制剂。 KRAS-G12C之外的等位基因特异性抑制剂 每年KRAS-G12D突变患者数量是KRAS-G12C突变的2.5倍以上，这意味着KRAS-G12D抑制剂有着巨大的未满足的临床需求。 MRTX1133是Mirati Therapeutics公司开发的可逆KRAS-G12D特异性抑制剂，2021年10月的AACR-NCI-EORTC报告以及最近的JMC文章对其化合物结构、分子和细胞活性以及在KRAS-G12D移植瘤模型上的抗肿瘤活性有详尽的报道。 BI-KRASG12D是Boehringer Ingelheim公司报道的KRAS-G12D抑制剂，在KRAS-G12D模型上也有效，但信息不详。 基于三元复合物的策略，Revolution Medicines公司也正在开发KRAS-G12D和KRAS-G13C抑制剂。但在KRAS-G12C突变之外，使用突变选择性抑制剂或降解剂靶向KRAS-G12D和 KRAS-G13C突变的可行性尚未可知。 间接靶向——pan-KRAS抑制剂 制药公司目前正在开发几种间接pan-KRAS药物，这些药物通过抑制SHP2或GEF SOS1来影响KRAS的核苷酸交换和激活。有证据表明，包括KRAS-G12C在内的几种(K)RAS蛋白仍然在非活性和活性状态之间循环，并且依赖上游信号和核苷酸交换来促进完全激活，因此可以将SHP2和SOS1抑制剂作为pan-KRAS抑制剂。 现有研究表明，SHP2抑制剂可以将SHP2磷酸酶稳定在自抑制构象，进而阻断SOS1介导的核苷酸交换过程。此外，抑制SHP2还会影响T细胞和巨噬细胞的免疫调节进而促进抗肿瘤免疫。 目前有近十种SHP2抑制剂单药或与其他靶向药物联合用药进入临床试验，其中3种抑制剂RMC-4630、TNO155和JAB-3068已经进展到II期临床。 SOS1抑制剂可以阻断SOS1蛋白和KRAS-GDP的相互作用，进而抑制KRAS的核苷酸交换和GTP装载。Boehringer Ingelheim公司是在该领域进展最快的药企，代表性化合物BI 1701963在2019年就进入临床。2021年ESMO大会披露其临床最大耐受剂量达到800 mg，在31名携带KRAS突变的实体瘤患者中疾病稳定长达18周。 目前，Revolution Medicines (RMC-5845)、Schrödinger (SDGR5)、勤浩医药(GH52)、Erasca (ERAS-9)以及Mirati Therapeutics等公司已经在其临床前管线中布局SOS1抑制剂。 作为KRAS的上游激活因子，SOS1抑制剂和SHP2抑制剂在联合用药组合中具有广泛前景，正在进行多项临床前和临床联合用药研究，旨在探究垂直通路阻断是否可以加强对KRAS/MAPK通路的控制，从而提高药物治疗响应速度和持续时间。SHP2抑制剂和BI 1701963的临床组合包括MEK抑制剂、ERK抑制剂、EGFR抑制剂以及KRAS-G12C抑制剂等。 然而，由于有效性问题，Revolution Medicines公司在2021年第二季度财报中宣布终止SHP2抑制剂RMC4630和MEK抑制剂cobimetinib的联合临床试验。 Erasca、加科思和诺华等公司正在进行的SHP2/MEK抑制剂联合试验以及 Boehringer Ingelheim 公司正在进行的SOS1/ MEK抑制剂联合试验可能会提供更多关于这种组合在不同患者群体中的疗效和耐受性的数据。 除了SHP2抑制剂的直接抗肿瘤作用外，PD-1/SHP2信号轴还介导T细胞中 PD-1的免疫抑制作用，一系列SHP2抑制剂与PD-1抗体联合的临床试验也在进行中。 直接靶向——pan-KRAS抑制剂 通过KRAS片段筛选和基于结构的药物设计，Boehringer Ingelheim最近报道了直接靶向的 pan-KRAS 抑制剂和pan-KRAS PROTAC，而不抑制NRAS和HRAS蛋白。 其中代表性pan-KRAS化合物BI-panKRAS3剂量依赖地抑制KRAS信号，在KRAS-G12D和G13D突变的结直肠癌模型中表现出抗肿瘤活性。 靶向GDP结合状态的KRAS PROTAC化合物BI-KRASdegrader1可以降解大多数KRAS突变体而不抑制NRAS和HRAS，对G12R和Q61R/K/L突变降解活性较弱，因为这两种突变体的GTP水解能力严重受损。 此外，Boehringer Ingelheim公司在2019年还报道了靶向switch I/II口袋的抑制剂BI-2852具有pan-KRAS抑制活性。 Revolution Medicines公司基于三元复合物（分子胶）的策略开发了RAS-MULTI (ON)抑制剂RMC-6236，在体外实验中抑制RAS驱动的肿瘤细胞生长，在KRAS-G12D和KRAS-G12V突变的移植瘤模型中单药就展示出强的抗肿瘤药效。 KRAS药物的未来 基于KRAS药物的研究现状，综述作者预测未来KRAS药物会分为两大类：靶向特异性KRAS突变的选择性KRAS抑制剂和靶向多种KRAS突变（点突变和扩增）的pan-KRAS抑制剂。基于小分子突变选择性和pan- KRAS抑制剂的可行性，我们可以期待一类稍具选择性的KRAS抑制剂，它们在抑制KRAS突变体的范围和风险之间达到平衡。 突变选择性KRAS抑制剂的前景是多方面的。最重要的是，选择性抑制剂可以在突变明确的患者群体中达到深度和持久的靶点抑制，野生型KRAS介导的毒性风险低，以及与其他药物的组合性良好。正如目前许多KRAS-G12C抑制剂，基于广泛的治疗指数，该类药物似乎是未来临床实践中早期治疗的明显选择，不论是单独或与其他靶向或免疫定向疗法联合使用。但在KRAS-G12C突变之外，开发突变选择性药物的可行性悬而未决，比如靶向KRAS-G12D突变。 但，选择性抑制剂在异质性和耐药性中肿瘤存在严重的局限性。 综述作者还展望了pan-KRAS抑制剂在NSCLC、CRC和PDAC肿瘤中的治疗前景，以及对KRAS共突变驱动肿瘤和KRAS-G12C抑制剂获得性耐药的治疗机会。然而，pan-KRAS 抑制剂可能面临野生型 (K)RAS抑制引发的耐受性问题。 纵观国内KRAS抑制剂研发，当前还集中在KRAS-G12C突变，相关抑制剂也陆续进入临床试验中（璎黎药业、加科思、劲方医药/信达生物、益方生物、贝达药业和勤浩医药等）。而SHP2抑制剂方面，加科思公司紧跟诺华和Revolution Medicines公司，处于全球领跑地位。随着Mirati公司KRAS-G12D抑制剂MRTX1133以及BI公司SOS1抑制剂BI-3406更多临床前数据的披露，在未来，G12D突变选择性抑制剂以及SOS1-KRAS PPI也许会吸引更多人的关注。此外，随着癌症疫苗的兴起，靶向KRAS突变的mRNA疫苗也进入临床早期研究阶段。 参考资料： 1. 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