KRAS作为癌症中最常见的基因突变之一，自四十多年前被发现以来一直是药物研发领域关注的热点之一。发生变异的KRAS基因可导致细胞不受控制地增殖，从而驱使细胞步入恶性肿瘤的发展途径。然而，在过去的数十年里，科学家们对KRAS蛋白的干预尝试屡屡以失败告终，这导致很多研究人员认为这个蛋白质是“不可成药”的。
2013年，针对KRAS蛋白的药物研发开始迎来转机。加州大学旧金山分校的生物学家Kevan Shokat发现在KRAS突变引发的癌症中存在着一个关键的化学突破口，这为设计与该蛋白质相互作用的小分子药物提供了可能性。这一发现引发了围绕KRAS抑制剂的药物研发热潮，最终在近几年诞生了首批获批的KRAS靶向疗法，例如Lumakras（sotorasib）和Krazati（adagrasib）。这些成功案例正推动着关于这一靶点的新一轮早期创新浪潮，包括针对其他KRAS突变子集的新型小分子药物，以及针对该癌基因的免疫疗法和细胞疗法等。这些疗法有望治疗多种不同类型的KRAS突变相关癌症，包括肺癌、胰腺癌以及结直肠癌等。
在今天的这篇文章中，药明康德内容团队将结合公开资料为大家回顾几十年来，科学家们如何打破KRAS的“不可成药”魔咒，并盘点该领域的最新研发进展。
KRAS是RAS基因家族的一员，最早在20世纪70年代中期被发现。当时，Michael Bishop博士和Harold Varmus博士两位科学家通过研究鸡体内的Rous肉瘤病毒时发现RAS等癌基因的存在，并证明了这些基因与肿瘤的发展有关。这项成就也使得他们获得1989年诺贝尔生理学或医学奖的殊荣。1978年，另一位生物学家Edward Scolnick博士发现，大鼠体内的某种肉瘤病毒也能导致肿瘤形成，由于他研究的病毒是Kirsten肉瘤病毒，于是这些能够导致肿瘤形成的基因被命名为“KRAS”。不久后，他又发现了第二个“RAS”基因。除了KRAS外，RAS基因家族还包括HRAS和NRAS，它们都在调控细胞生长、分化和存活相关的信号通路中发挥着关键作用。这些早期的发现引起了一些科学家们的兴趣，他们开始研究这些RAS基因在人类癌症的形成中扮演着什么样的角色。1980年代，研究人员发现，突变的RAS基因能够将健康细胞转化为癌细胞，并且未变异的RAS基因和致癌形式的RAS的基因序列之间只相差一个点突变。这项工作最终证明了癌症是一种遗传疾病。随着对RAS家族蛋白的深入研究，科学家们发现KRAS是一种理想的癌症治疗靶点，其原因包括以下几点。首先是该突变广泛表现于多种肿瘤组织——大约有三分之一的癌症携带KRAS突变，且多发生于癌症早期。其次是携带RAS突变的癌细胞需要致癌形式的RAS蛋白一直处于“开启”生长的状态下才能存活并继续生长，因此这类癌细胞与健康的细胞可以被完美地区分开来。从理论上来说，如果开发出能够靶向KRAS的疗法，这类疗法可以在消灭癌细胞的同时不会对健康细胞造成严重的毒性，将是“完美”的抗癌疗法。这些研究成果为开发针对KRAS的疗法提供了动力。然而，在此后的近20年里，所有试图开发出KRAS抑制剂的科学家们都失败了。这是因为这种蛋白质的表面太过“光滑”，没有任何明显的可以供药物结合的“缝隙”或“口袋”。当几乎所有研究人员都认为根本不可能有方法可以靶向KRAS时，一个偶然的发现彻底改变了KRAS药物研发的进程。大约在本世纪初期，加州大学旧金山分校的Kevan Shokat教授刚刚组建起他的实验室。由于KRAS“不可成药”的声名远播，他最开始研究的并不是KRAS。不过，一个偶然的机会让他注意到了KRAS的一种突变版本——KRAS G12C突变蛋白。这种突变使KRAS蛋白序列中的一个甘氨酸被替换为了半胱氨酸，这使得原本毫无“破绽”的KRAS突变蛋白有了供科学家靶向的第一个突破口。随后，Shokat教授与同事从他们的化学库中发现了可以与KRAS G12C突变蛋白上的半胱氨酸结合的分子，并将这一成果进行了发表。该基础研究成果无疑是往KRAS靶向抑制剂研发领域投入了一枚重磅炸弹，在受到Shokat教授及其团队的成果的启发后，围绕KRAS的药物研发开启了新的狂潮。在KRAS突变中，多数KRAS基因突变发生于12号密码子，而KRAS G12C是其中一种主要的突变形式。KRAS G12C突变在肺癌、尤其是非小细胞肺癌中比例较大（14%）；此外还在一些结直肠癌（4%）、胰腺癌（2%）患者体内表达。在特定国家和地区的癌症人群中，该基因突变的发生率甚至大于ALK、RET、TRK等基因突变的总和，因此相关病患人群中存在重大未满足的医学需求。加上Shokat教授团队提供的启发，生物医药公司首先就把研发重点放在了KRAS G12C上。新药研发人员们通过进一步的研究证实了Shokat教授团队的发现——通过共价化合物靶向KRAS突变基因12号密码子编码的半胱氨酸，并填满II号分子开关区域一个可扩张的疏水结合口袋，被绑定的KRAS G12C突变体会被不可逆地锁定在失活状态，从而阻断依赖该蛋白的信号通路和癌细胞生存能力。在该领域最先取得进展的是安进（Amgen）公司和Mirati公司。2021年5月，美国FDA加速批准了Lumakras上市，用于治疗肿瘤携带KRAS G12C突变的非小细胞肺癌患者。这是首款靶向特定KRAS基因突变的抗癌疗法。2022年12月，Mirati公司的KRAS G12C抑制剂Krazati获批上市了。▲KRAS G12C抑制剂成药机制（图片来源：Mirati官网）相关阅读：告别“不可成药”，重磅KRAS靶向疗法诞生记这些KRAS抑制剂的上市体现了昔日“不可成药”的靶点已被攻破的事实，在人类药物开发史上铸就了一座座里程碑。但这并不意味着结束，而仅仅是攀登KRAS靶向治疗山峰的开始。靶向治疗不可避免的问题之一就是耐药问题，靶向KRAS的药物也同样无法避免会出现耐药性。针对KRAS G12C抑制剂的获得性耐药性的机制研究已在开展中，肿瘤学家们目前总结出的可能机制包括：①KRAS本身可能会发生突变，从而阻止Lumakras和Krazati这样的KRAS G12C抑制剂与之结合；②肿瘤可能会增加细胞中KRAS G12C的含量，使原本有效的药物剂量不足以抑制更多的突变蛋白；③传递KRAS信号的其他蛋白质可能在治疗开始时就已经存在于肿瘤中，或者随着治疗的继续而出现突变，从而使KRAS信号无法被阻断。由于初代药物存在着明显的可供改进的空间，包括安进和Mirati在内的许多公司正在寻求开发新一代KRAS靶向疗法，不仅仅是针对KRAS G12C，针对KRAS其它突变体的抑制剂也在如火如荼地研发中。在针对其他KRAS突变体的新药研发领域中，靶向KRAS G12D的药物疗法已取得了一些成果。Mirati开发的KRAS G12D的抑制剂MRTX1133正处于1期临床试验中，目前正在招募病患。在临床前模型中，MRTX1133与免疫检查点抑制剂联合疗法可造成持久的肿瘤消除并显著改善小鼠生存结局。安斯泰来（Astellas Pharma）开发的ASP-3082是一款具有高效选择性的新型KRAS G12D降解剂，目前也正处在1期临床试验阶段。临床前研究表明，ASP3082能够有效降解KRAS G12D蛋白，并在异种移植小鼠模型中表现出显著的抗肿瘤作用。RMC-9805是Revolution Medicine开发的潜在“first-in-class”的口服KRAS G12D突变选择性共价抑制剂，目前尚处于临床前研究阶段。RMC-9805通过和KRAS G12D以及与伴侣蛋白cyclophilin A蛋白之间形成稳定的高亲和力三复合物，能够破坏KRAS G12D（ON）与RAF激酶等下游效应物的相互作用，抑制KRAS G12D（ON）的下游信号传导。在KRAS G12D异种移植小鼠模型中，RMC-9805能够诱导肿瘤细胞凋亡并促进肿瘤消退。除了靶向KRAS G12D的药物疗法，靶向多种、甚至全部KRAS突变体的泛KRAS（pan-KRAS）靶向疗法为携带KRAS突变的诸多癌症类型提供了新的治疗选择。美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）的研究人员发布了一种新抑制剂分子BI-2865的积极结果，该抑制剂分子能够使癌症中发现的24种最常见的KRAS突变蛋白中的18种失活。Revolution公司也开发了一种泛RAS抑制剂RMC-6236，可针对不包括KRAS G12C在内的KRAS G12突变的晚期实体肿瘤，目前正处于1期临床试验中。在携带不同类型KRAS基因突变的肿瘤移植非小细胞肺癌和胰腺癌动物模型中，RMC-6236均表现出良好的抗癌活性。OMass Therapeutics首席执行官Ros Deegan女士在今年的药明康德全球论坛对攻克诸如KRAS这样的“不可成药”靶点表示乐观，她指出，不可成药靶点并非不可成药，而是尚未成药。目前业界拥有多种技术可以靶向这些靶点。▲Ros Deegan女士在药明康德全球论坛上发表见解如Ros Deegan女士所说，除传统小分子药物外，更多新兴的疗法正试图征服KRAS这个靶点，针对KRAS的疫苗是其中的一种。这些疫苗通过向免疫系统呈递KRAS突变体的肽部分，能够使我们的免疫系统自己制造靶向KRAS的抗体。Elicio Therapeutics公司基于这一策略开发的抗肿瘤疫苗ELI-002目前正作为KRAS/NRAS突变实体肿瘤的辅助治疗，在一项1/2期临床试验中接受安全性和有效性的评估。此外，还有一些生物医药公司正在试图开发靶向KRAS的TCR-T细胞疗法。虽然距离完全攻克KRAS靶点还有很长一段路要走，但在KRAS G12C突变领域迎来突破之后，针对KRAS突变的药物研发正处于黄金时代。相信在不久的将来我们将迎来更多的好消息，让我们拭目以待！
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