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1982年，三家实验室发现了首个确认的人类致癌基因RAS，并且克隆了三种变体：KRAS，HRAS和NRAS。KRAS是最常突变的致癌基因，出现在大约四分之一的人类肿瘤中。虽然它是治疗癌症最具吸引力的靶点之一，但是科学家们也经过了三十多年的研究，才将它变成可以靶向的蛋白。去年5月，安进（Amgen）公司的KRAS G12C抑制剂Lumakras获得美国FDA的加速批准，标志着打破KRAS“不可成药”性的重大突破。
在发现KRAS G12C抑制剂之后，科学家们已经将目标转向其它KRAS突变体，以及开发能够靶向多种、甚至全部KRAS突变体的泛KRAS（pan-KRAS）靶向疗法。泛KRAS靶向疗法具有治疗广泛患者群体的潜力，包括携带KRASG12D，G12V，G13D，G12R，G12A突变，以及KRAS野生型扩增的癌症，以及对KRAS G12C抑制剂产生耐药性的癌症。近日在Cancer Discovery上发表的一篇综述对开发突变体特异性和广谱KRAS抑制剂的策略和它们的应用前景进行了盘点。今天这篇文章里，药明康德内容团队将与读者分享这一综述的精彩内容，点击文末“阅读全文/Read more”，即可阅读综述全文。
靶向KRAS的广阔前景
KRAS突变和野生型KRAS扩增在结直肠癌（美国~45%，中国~49%）、胰腺癌（美国~90%，中国~87%）、非小细胞肺癌（NSCLC，美国~35%，中国~13%）患者中经常出现。其中，KRASG12C是NSCLC患者中最常见的KRAS突变，而KRASG12D和KRASG12V是结直肠癌和胰腺癌中最常见的突变。
虽然KRAS突变在多种癌症类型中代表着最常见的基因突变，在其它癌症中野生型KRAS扩增为主要类型（比如乳腺侵袭性导管癌、胃腺癌、食管和胃食管结合部癌）。一小部分患者会携带多种KRAS变异。
▲美国新确诊癌症患者中不同KRAS突变的比例（图片来源：参考资料[1]）
综述作者的分析指出，2020年美国新确诊癌症患者中，约11.6%的患者可能从KRAS靶向疗法中获益。这一患者群体接近能够从所有其它FDA批准的靶向疗法中获益的患者总和，显示了靶向KRAS对改善患者结局的重大影响。值得一提的是，从KRAS G12C抑制剂中获益的患者群体只占携带KRAS变异群体的一小部分。患者仍然需要靶向其它KRAS变异的疗法。综述作者认为，靶向其它KRAS变异存在两种策略，一种是开发突变体特异性KRAS抑制剂，另一种是开发泛KRAS抑制剂或蛋白降解疗法。
突变体特异性KRAS抑制剂
KRAS G12C抑制剂的成功已经给开发突变体特异性KRAS抑制剂做出了概念验证。安进的sotorasib和Mirati公司的adagrasib通过与处于失活状态的KRAS相结合并将它锁定在失活状态，已经在临床试验中表现出可喜的抗癌活性。目前，大多数KRAS G12C抑制剂靶向KRAS的失活状态。
▲部分在研突变体特异性KRAS抑制剂（图片来源：参考资料[1]）
与众不同的是Revolution Medicines公司开发的RMC-6291。这款大环分子的作用方式像一款分子胶，将KRAS G12C和cyclophilin A粘合在一起，形成的三元复合体阻断处于激活状态的KRAS G12C与RAS效应蛋白结合，从而抑制下游信号传导。在今年AACR发表的临床前研究显示，这款KRAS G12C抑制剂在小鼠NSCLC模型中表现出比靶向失活状态KRAS G12C突变体的抑制剂更强的抗癌活性。
▲Revolution Medicines公司的三元复合体平台可以选择性靶向激活状态的KRAS G12C（图片来源：Revolution Medicines公司官网）
靶向KRAS G12C之外，下一个研究前沿是开发靶向所有其它KRAS突变体的有效疗法。由于其它KRAS突变体中不存在KRAS G12C突变中与药物共价结合的半胱氨酸，开发共价KRAS G12C抑制剂的策略并不见得可以用于靶向其它KRAS突变体。非共价抑制剂可能在这方面具有更好的前景。Mirati和勃林格殷格翰公司在科学会议上报告了可以与KRAS G12D可逆性结合的抑制剂。Mirati的MRTX1133，和勃林格殷格翰的BI-KRASG12D2和BI-KRASG12D3在KRAS G12D驱动的肿瘤移植模型中已经显示出活性。
Revolution Medicines公司利用其三元复合体平台开发出一款靶向处于激活状态的共价KRAS G12D抑制剂。它能选择性与KRAS G12D突变体的天冬氨酸结合，有效抑制信号通路传导，并且不影响野生型的KRAS。在胰腺癌移植模型中，它驱动携带KRASG12D突变的肿瘤缩小并且表现出良好的耐受性。
图片来源：Revolution Medicines官网
该公司靶向处于激活状态的KRAS G13C突变体的共价抑制剂也在临床前实验中显示出抗癌活性。
泛KRAS靶向疗法的开发策略
开发能够抑制所有KRAS突变体活性的泛KRAS抑制剂具有治疗广泛携带KRAS突变癌症患者的潜力，在这方面，开发策略可细分为间接抑制和直接抑制两个方面。
间接抑制策略
间接抑制KRAS活性的主要靶点包括SHP2和SOS1。针对这些靶点的理论基础是科学研究发现，多个致癌的KRAS突变蛋白（包括KRAS G12C）仍然在失活和激活状态之间转换，并且依赖上游的激活来发挥全部致癌能力。
SHP2抑制剂能够扰乱SOS1介导GTP取代与KRAS结合的GDP，从而抑制KRAS的激活。而且，SHP2抑制剂还可能调节T细胞和巨噬细胞，激发抗肿瘤免疫反应。目前已经有至少9款SHP2抑制剂在临床试验中接受检验。其中，Revolution Medicines的RMC-4630，诺华的TNO155和艾伯维的JAB-3068已经进入2期临床开发阶段。
▲部分在研SHP2抑制剂（图片来源：参考资料[1]）
SOS1抑制剂阻断鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）SOS1蛋白与处于失活状态的KRAS结合，防止GTP替换GDP，从而抑制KRAS的活性。勃林格殷格翰的BI 1701963是首先进入临床试验的SOS1抑制剂。初步临床试验结果显示，BI 1701963作为单药疗法表现出良好的耐受性，在携带KRAS突变的31名患者中，7名患者疾病稳定。这一试验的主要目的是衡量BI 1701963的耐受性，以及确认在组合疗法2期临床试验中的推荐剂量。Revolution Medicines（RMC-5845），Schr dinger（SDGR5）、Genhouse Bio（GH52）、Erasca（ERAS-9）、和Mirati Therapeutics的SOS1抑制剂均处于临床前阶段。
▲部分在研SOS1抑制剂（图片来源：参考资料[1]）
由于SOS1抑制剂和SHP2抑制剂都让KRAS更多时间处于与GDP结合的失活状态，因此它们与和失活KRAS结合的突变体特异性抑制剂（比如KRAS G12C抑制剂）联用具有很好的科学基础。临床前研究也已经显示SHP2抑制剂/KRAS G12C抑制剂组合，以及SOS1抑制剂/KRAS G12C抑制剂组合表现出协同效应和增强的抗癌效果。目前，这些组合正在临床试验中接受检验。
直接抑制策略
使用KRAS片段筛选和基于结构的药物设计，勃林格殷格翰公司报告发现了直接作用于KRAS的泛KRAS抑制剂，和泛KRAS蛋白降解剂。在多种KRAS驱动细胞系中，泛KRAS抑制剂表现出活性，携带HRAS和NRAS突变的细胞系对它并不敏感。重要的是，该泛KRAS抑制剂对一系列携带KRAS扩增的细胞系也表现出活性，而不影响KRAS拷贝数正常的细胞。
以PROTAC为代表的蛋白降解剂能够利用细胞的蛋白降解机制，靶向降解特定蛋白。这种新兴的治疗模式可能提供降解所有KRAS突变体的手段。
目前，科学家已经成功将靶向KRAS G12C的共价抑制剂转变为PROTAC分子，不过与靶点共价结合的PROTAC分子在降解KRAS的过程中也被消耗了，因此与共价KRAS G12C抑制剂相比，优势并不明确。
勃林格殷格翰公司已经报告生成了选择性降解KRAS的PROTAC蛋白降解剂，它能够降解所有常见的KRAS突变体，同时并不影响NRAS和HRAS。理论上讲，PROTAC蛋白降解剂具有更快速和更持久阻断KRAS信号通路的潜力。而且，通过选择合适的E3连接酶，PROTAC分子可能获得组织选择性。不过，这种作用方式是否能够更好地预防耐药性的产生仍然需要实验检验，因为PROTAC分子需要面对与蛋白降解过程相关的不同耐药性产生机制。
▲部分在研泛KRAS抑制剂（图片来源：参考资料[1]）
泛KRAS靶向疗法和KRAS突变体特异性靶向疗法的比较
文章作者表示，KRAS突变体特异性药物和泛KRAS药物具有不同的优点和缺陷。
KRAS突变体特异性药物具有多种优势，首先这类药物预计会对明确限定的患者群体产生深度和持久的靶点抑制，而且它因为抑制野生型KRAS而产生毒副作用的风险较低，与其它药物联用的可能性较高。在未来的临床研究和实践中，这类药物是早期治疗环境下显而易见的选择，不论作为单药还是与其它靶向和免疫疗法联用。然而，能否在靶向KRAS G12C和KRAS G12D之外，发现靶向其它KRAS突变体的抑制剂仍然需要实验验证。近日在AACR大会上，加州大学旧金山分校的Kevan M. Shokat博士团队揭示了能够靶向KRAS G12S突变的化合物，显示了靶向其它KRAS突变体的前景。
泛KRAS药物则需要面对因为抑制野生型KRAS功能而产生的耐受性问题。小鼠的实验显示，敲除KRAS虽然不会立即产生毒性，但是在动物达到8个月大时会降低它们的存活率。在人类的正常组织中抑制或降解野生型KRAS的后果仍然需要澄清。
泛KRAS药物的优势在于可以治疗广泛患者群体，尤其是不能从已有KRAS突变体特异性抑制剂获益的患者。泛KRAS药物是治疗野生型KRAS驱动癌症的首选，这包括野生型KRAS基因扩增，以及由于抑癌基因NF1丢失而驱动的癌症，以及1型神经纤维瘤病和相关癌症。
泛KRAS药物可能更利于治疗携带多种KRAS突变体的患者，或者克服患者通过KRAS蛋白突变产生的获得性耐药性。
▲突变体特异性KRAS药物和泛KRAS药物的特征（图片来源：参考资料[1]）
展望未来
作者表示，无论在突变体特异性KRAS抑制剂，还是在泛KRAS抑制剂和降解剂方面，令人兴奋的科学进展已经不断涌现。靶向KRAS G12C以外突变体的篇章正在被书写。他们认为这两类KRAS药物具有高度互补的治疗理念，综合使用有望克服所有携带KRAS突变的癌症。
参考资料：
[1] Hofmann et al., (2022). Expanding the Reach of Precision Oncology by Drugging All KRAS Mutants. Cancer Discovery, doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-1331
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[3] RMC-9805 (RM-036), a First-in-Class, Orally-Bioavailable, Tri- Complex Covalent KRASG12D(ON) Inhibitor, Drives Profound Anti- Tumor Activity in KRASG12D Mutant Tumor Models. Retrieved April 21, 2022, from https://s3.us-west-2.amazonaws.com/rvmdpubs.revmed.com/2022/AACR_2022_Knox.pdf
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[5] Herdeis et al., (2021). Stopping the beating heart of Cancer: KRAS reviewed. Current Opinion in Structural Biology, https://doi.org/10.1016/j.sbi.2021.06.013
[6] Liu et al., (2019). Targeting the untargetable KRAS in cancer therapy. Acta Pharmaceutica Sinica B, https://doi.org/10.1016/j.apsb.2019.03.002
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