文獻(xiàn)解讀
KRAS一直被認(rèn)為是“不可成藥”的靶點(diǎn)，主要是因?yàn)樗饣谋砻孀柚沽斯矁r(jià)結(jié)合，并且對(duì)三磷酸鳥(niǎo)苷（GTP）具有高親和力，這使得直接抑制變得困難。
隨著KRASG12C蛋白中新口袋的發(fā)現(xiàn)，半胱氨酸12特異性殘基允許抑制劑與這種突變共價(jià)結(jié)合，從而產(chǎn)生了革命性的KRASG12C特異性藥物。Sotorasib是第一個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的選擇性靶向KRASG12C的KRAS抑制劑，為治療KRAS驅(qū)動(dòng)的癌癥開(kāi)辟了道路。
KRAS蛋白
KRAS蛋白由兩個(gè)關(guān)鍵功能域組成：N端催化結(jié)構(gòu)域（G結(jié)構(gòu)域）和C端高變區(qū)（HVR）。
G結(jié)構(gòu)域 負(fù)責(zé)結(jié)合GTP，在激活下游信號(hào)通路中起著核心作用，其包括磷酸結(jié)合環(huán)（P-loop）、Switch I和Switch II區(qū)。大多數(shù)與癌癥相關(guān)的KRAS突變位于P環(huán)和Switch II區(qū)域。
C端HVR 包含一個(gè)CAAX基序，主要與膜定位相關(guān)。該區(qū)域有助于KRAS 正確錨定到質(zhì)膜的內(nèi)表面。
圖1 KRAS蛋白結(jié)構(gòu)
KRAS突變
KRAS突變最常見(jiàn)于胰腺癌（PDAC）、結(jié)直腸癌（CRC）和非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）。
目前KRAS抑制劑主要被批準(zhǔn)用于NSCLC，其中針對(duì)大部分針對(duì)于KRASG12C突變。KRASG12C占所有KRAS突變的39%，在肺腺癌（LUAD）中的患病率約為13%，其次是KRASG12V和KRASG12D;
致癌KRAS突變是胰腺癌(PDAC)中最常見(jiàn)的基因突變，存在于90%以上的病例中。KRASG12D和KRASG12V占主導(dǎo)地位，分別約占KRAS突變的42%和32%；大約30-44%的CRC（結(jié)直腸癌）病例中出現(xiàn)KRAS突變。
KRAS突變的頻率也因地域而異，全球中位發(fā)病率為38%。據(jù)報(bào)道，北美的區(qū)域突變率為37.4%，南美為41.4%，歐洲為38.0%，日本和亞太地區(qū)為40.7%，中東為37.3%。
“不可成藥性”及其挑戰(zhàn)
自KRAS基因于1982年被確定為人類腫瘤中的致癌基因，近四十年后，第一個(gè)針對(duì)特定KRAS突變的抗癌藥物才成功開(kāi)發(fā)出來(lái)。
靶向KRAS的挑戰(zhàn)源于其生物學(xué)特性，例如缺乏深結(jié)合口袋的光滑表面及高親和力GTP結(jié)合活性，使得小分子抑制劑的開(kāi)發(fā)變得特別困難。因此，KRAS長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是“不可成藥”的靶點(diǎn)。
直到2013年，報(bào)道了KRASG12C突變體的革命性抑制劑。在KRASG12C蛋白的Switch-II區(qū)下新發(fā)現(xiàn)的口袋可以和潛在的抑制劑特異性結(jié)合，但不與野生型KRAS結(jié)合，這個(gè)發(fā)現(xiàn)為KRAS抑制劑藥物的開(kāi)發(fā)鋪墊了道路。
KRAS突變影響細(xì)胞代謝
KRAS突變和糖酵解
致癌KRAS促進(jìn)糖酵解的主要機(jī)制之一是通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT，特別是GLUT1）的上調(diào)，GLUT1可以促進(jìn)葡萄糖攝取;
除此之外，KRAS突變還上調(diào)糖酵解途徑中的關(guān)鍵酶，例如己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶-1（PFK1）和乳酸脫氫酶A（LDHA），這些酶可以驅(qū)動(dòng)葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸并最終轉(zhuǎn)化為乳酸。
HK1和HK2是糖酵解途徑中的第一批酶，它們通過(guò)磷酸化葡萄糖并將其留在細(xì)胞內(nèi)，防止外排。由于KRAS驅(qū)動(dòng)的腫瘤依賴于糖酵解途徑來(lái)產(chǎn)生能量和生物合成，因此在KRAS驅(qū)動(dòng)的腫瘤中靶向糖酵解已成為一種很有前途的策略。
KRAS突變和谷氨酰胺代謝
谷氨酰胺是循環(huán)中最豐富的氨基酸，是合成必需細(xì)胞成分（包括線粒體代謝物、非必需氨基酸、核苷酸和脂肪酸）的關(guān)鍵碳和氮來(lái)源。這個(gè)過(guò)程對(duì)于細(xì)胞復(fù)制、氧化還原平衡和關(guān)鍵信號(hào)通路的激活至關(guān)重要。
致癌KRAS突變對(duì)癌細(xì)胞代謝進(jìn)行重編程，增強(qiáng)谷氨酰胺的攝取，谷氨酰胺通過(guò)谷氨酰胺酶（GLS）轉(zhuǎn)化為谷氨酸，谷氨酸可直接進(jìn)入TCA循環(huán)，這使得KRAS突變癌細(xì)胞能夠維持生長(zhǎng)所需的ATP和中間體的生物合成。除了谷氨酰胺代謝之外，線粒體氧化還原穩(wěn)態(tài)是KRAS驅(qū)動(dòng)腫瘤的一個(gè)關(guān)鍵特征。
線粒體是ROS的主要來(lái)源，KRAS突變導(dǎo)致的ROS水平升高并誘導(dǎo)氧化損傷和細(xì)胞死亡。為了抵消這一點(diǎn)，KRAS 驅(qū)動(dòng)的腫瘤依靠谷氨酰胺分解維持氧化還原平衡。KRAS突變癌癥的代謝依賴性也產(chǎn)生了針對(duì)線粒體功能的新型治療方法。比如通過(guò)使用干擾線粒體蛋白質(zhì)合成的替加環(huán)素等藥物抑制線粒體生物發(fā)生和功能；靶向維持TCA循環(huán)的線粒體酶等。預(yù)測(cè)未來(lái)的治療策略，KRAS驅(qū)動(dòng)的腫瘤的治療前景可能會(huì)將線粒體靶向治療作為聯(lián)合治療方法的一部分。
KRAS突變和脂質(zhì)代謝
腫瘤細(xì)胞通過(guò)代謝重編程以滿足其增加的能量需求，而脂質(zhì)代謝是關(guān)鍵組成部分。在癌細(xì)胞中常見(jiàn)的脂質(zhì)代謝特征改變是脂質(zhì)合成、攝取、儲(chǔ)存和降解過(guò)程增強(qiáng)，這導(dǎo)致了它們的侵襲性表型。
脂肪酸合成（FAS）在癌細(xì)胞中被激活。一些涉及FAS的關(guān)鍵酶已成為靶向脂質(zhì)代謝的有吸引力的癌癥管理療法，例如乙酰輔酶A羧化酶（ACC）或脂肪酸合酶（FASN）;了靶向脂質(zhì)合成外，專注于脂肪酸攝取（特別是通過(guò)CD36）是另一種很有前途的方法。
CD36是一種跨膜蛋白，可結(jié)合細(xì)胞外脂質(zhì)并通過(guò)內(nèi)吞作用促進(jìn)脂肪酸攝取。針對(duì)CD36的中和抗體幾乎完全抑制了免疫缺陷或免疫功能正常的原位人口腔癌小鼠模型的轉(zhuǎn)移。
圖2 受致癌KRAS影響的葡萄糖、谷氨酰胺和脂質(zhì)代謝途徑
KRAS突變和自噬
在KRAS驅(qū)動(dòng)的腫瘤中，自噬已成為一種關(guān)鍵的生存機(jī)制。KRAS突變通過(guò)誘導(dǎo)對(duì)營(yíng)養(yǎng)和能量的高需求來(lái)支持其快速增殖，從而在癌細(xì)胞中造成代謝脆弱性。這種代謝應(yīng)激，再加上TME中缺氧和營(yíng)養(yǎng)匱乏等環(huán)境因素，增加了KRAS突變癌細(xì)胞對(duì)自噬的依賴，從而維持其代謝需求并維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。
KRAS突變和腫瘤微環(huán)境
在KRAS驅(qū)動(dòng)的癌癥中，代謝變化包括增強(qiáng)糖酵解、谷氨酰胺成癮和脂質(zhì)合成，從而產(chǎn)生一種不僅可以滿足癌細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)需求，還可以促進(jìn)免疫逃避的TME。因此，KRAS突變癌癥通常對(duì)常規(guī)療法和免疫療法具有耐藥性，這凸顯了解決這些代謝依賴性靶向策略的必要性。
圖3 靶向致癌KRAS驅(qū)動(dòng)腫瘤中的代謝途徑。
圓圈代表積極影響，三角形代表積極或消極影響
靶向KRAS的治療策略
Sotorasib
sotorasib是第一個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的KRASG12C抑制劑，其問(wèn)世代表了靶向KRAS突變的重大突破。
Sotorasib不可逆地結(jié)合KRASG12C的突變半胱氨酸，改變Switch-I/II區(qū)的構(gòu)象。與GTP相比，這種結(jié)合增加了KRAS對(duì)GDP的親和力，有效地將KRAS鎖定在非活性狀態(tài)并損害下游信號(hào)通路。
Sotorasib（AMG510）首次在NSCLC中顯示出療效，其中約13%的病例存在KRASG12C突變。臨床研究表明，既往接受過(guò)治療的NSCLC患者的反應(yīng)率相當(dāng)高，疾病控制率高達(dá)80%，中位無(wú)進(jìn)展生存期（PFS）約為6.8個(gè)月。通過(guò)類似的機(jī)制，adagrasib（MRTX849）將KRASG12C維持在非活性狀態(tài)，從而阻斷癌細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的下游信號(hào)傳導(dǎo)。盡管取得了這些進(jìn)步，但由于獲得性耐藥的快速發(fā)展，基于sotorasib和adagrasib的療法面臨重大挑戰(zhàn)。臨床數(shù)據(jù)表明，耐藥性是通過(guò)KRAS的繼發(fā)突變或替代信號(hào)通路的激活出現(xiàn)的。
sotorasib和其他KRASG12C特異性抑制劑的成功依賴于Cysine-12口袋，而其他類型的KRASG12突變蛋白中不存在。因此，KRASG12D、KRASG12V、KRASG13D和KRASQ61H等KRAS突變體的變異使KRAS抑制劑的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。目前針對(duì)pan-KRAS的抑制劑也在緊急研制中，比如RMC-6236、BI-2865、BI-3706674 、ADT-007 等。
“KRAS-on”抑制劑
“KRAS-on”抑制劑的開(kāi)發(fā)提供了一種新的治療策略。與靶向非活性GDP結(jié)合形式的“KRAS-off”抑制劑不同，“KRAS-on”抑制劑靶向KRAS的活性GTP結(jié)合狀態(tài)。例如，RMC-6291通過(guò)與KRASG12C（ON）和親環(huán)蛋白A（CypA）形成三復(fù)合物來(lái)阻斷與RAS效應(yīng)子結(jié)合，從而阻止下游通路的激活，從而靶向活性KRAS。
臨床前數(shù)據(jù)表明，RMC-6291表現(xiàn)出比“KRAS-off”藥物更好的療效，可能為獲得性耐藥提供替代療法。另一種“KRAS-on”抑制劑RM-018通過(guò)與KRASG12C/Y96D結(jié)合來(lái)克服KRAS繼發(fā)突變（如KRASY96D）引起的耐藥性。
其他治療策略
靶向KRAS-PDEδ相互作用也已成為KRAS驅(qū)動(dòng)癌癥中一種很有前途的治療策略。抑制這種相互作用會(huì)破壞KRAS定位，從而降低其致癌潛力。 Deltarasin是首批開(kāi)發(fā)用于靶向PDEδ的小分子抑制劑之一，在KRAS依賴性細(xì)胞系中表現(xiàn)出抗腫瘤作用;然而，其特異性和細(xì)胞毒性限制促使進(jìn)一步改進(jìn)。雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了更具選擇性的抑制劑，提高了PDEδ口袋特異性以減少脫靶毒性，但由于細(xì)胞效力不足和代謝穩(wěn)定性差，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)受到限制。 最近的進(jìn)展，如PROTACs（蛋白水解靶向嵌合體），使影響脂質(zhì)代謝的PDEδ能夠選擇性降解，這可能導(dǎo)致抑制KRAS-PDEδ相互作用的創(chuàng)新方法。 挑戰(zhàn)與機(jī)遇 由于致癌KRAS突變?cè)谡{(diào)節(jié)代謝途徑以支持癌細(xì)胞生長(zhǎng)和存活中的關(guān)鍵作用，它長(zhǎng)期以來(lái)一直是癌癥治療的理想靶點(diǎn)。 開(kāi)創(chuàng)性的KRASG12C抑制劑，如sotorasib和adagrasib，已顯示出前景，但目前僅使一小部分患者受益。遺憾的是，目前尚無(wú)批準(zhǔn)用于治療KRASG12D或其他突變的藥物。對(duì)這些KRAS抑制劑的獲得性耐藥的快速發(fā)展是致癌KRAS突變患者治療的另一個(gè)障礙。 為了克服這些問(wèn)題，正在研究將治療與靶向下游途徑中分子的其他抑制劑或免疫療法相結(jié)合，這對(duì)KRAS驅(qū)動(dòng)的癌癥患者具有巨大潛力。同時(shí)，確定針對(duì)更多不同KRAS相關(guān)通路和分子的潛在治療方法也至關(guān)重要。 吉滿生物 吉滿生物可提供與KRAS等靶點(diǎn)的Ba/F3細(xì)胞系，支持KRAS抑制劑的篩選、活性驗(yàn)證及體外功效研究。 歡迎訪問(wèn)吉滿生物官網(wǎng)：www.zxpdf.cn 免費(fèi)咨詢電話：400-627-9288 文章來(lái)源：DOI: 10.1186/s12943-024-02216-3
