談及基因RAS，想必大家一定不會陌生，它是目前尚無上市靶向藥物的腫瘤明星基因。
RAS基因家族具有HRAS、KRAS和NRAS三個成員，分別定位於人類的第11、12和1號染色體上。RAS基因突變在人類不同腫瘤中的發生頻率很高，但是在所有RAS突變驅動的癌症中，85%是由KRAS基因突變引起的。在這些基因中，KRAS作為一種鼠類肉瘤病毒癌基因，對人類的癌症影響最大。
艱難探索
1982年，科學家從人膀胱癌細胞系中克隆到了第一個癌基因，並很快確定這個癌基因是KRAS。後來進一步的研究也發現了KRAS突變致癌的原因。
KRAS突變致癌原理
KRAS基因負責編碼的KRAS蛋白是一種小GTP水解酶（small GTPase）即GTP（鳥嘌呤核苷三磷酸）結合蛋白（G蛋白），該蛋白也是細胞生長所必須的蛋白質。它將受體酪氨酸激酶激活與細胞內信號傳導聯繫起來，在正常情況下KRAS蛋白主要處於失活狀態，但是當其受到一些信號因子刺激後會被激活，從而激活下遊一系列信號通路：
（1）RAS-RAF-MEK-ERK信號通路，負責控制基因轉錄活動和細胞循環周期，促進細胞增殖；
（2）PI3K-AKT-mTOR信號通路，控制細胞生成；
（3）RAL-GEF以及腫瘤侵襲和轉移誘導蛋白1（TIAM1-RAC1）信號通路。
圖1.KRAS介導的信號通路[1]
在細胞內，KRAS與鳥苷二磷酸（GDP）結合時處於失活狀態，與鳥苷三磷酸（GTP）結合時處於激活狀態，而KRAS的異常激活與多種癌症密切相關。
KRAS的失活與激活受兩類因子的調節：
1）鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEF，如SOS蛋白），這類蛋白催化KRAS與GTP的結合，從而促進KRAS的激活；
2）GTP酶激活蛋白（GTPase-activating proteins，GAPs），這類蛋白能夠促進與KRAS結合的GTP水解成為GDP，從而抑制KRAS的激活。
圖2. KRAS的激活和失活狀態[1]
KRAS基因突變，主要集中在第12，13及61號密碼子位置，其中，第12號密碼子位置的突變佔到80%以上，包括 G12A，G12C，G12D，G12R，G12S 及 G12V。其中G12C突變是最常見的KRAS突變之一，佔所有KRAS突變的12%，具體指KRAS 第12位的甘氨酸（glycine）突變為半胱氨酸（cysteine）。這種變化會改變KRAS蛋白質的結構並使其一直處於激活狀態，它就會持續刺激細胞生長，打亂生長規律，從而導致腫瘤的發生。該突變存在於約13%的肺腺癌中，3%的結直腸癌中以及2%的其它實體瘤中。
無藥可用的原因
KRAS蛋白本身存在兩個特殊性：
（1）蛋白表面過度光滑，僅存在一個GTP的結合位點，
（2）GTP與KRAS的結合能力極強，可以達到pmol的水平，而且細胞中GTP的濃度很高，使得直接靶向GTP結合口袋的小分子抑制劑難以與其競爭[2]。
正是因為這兩個特殊性，藥物研發人員很難在其表面找到小分子候選藥物的「立足點」（結合口袋）。使得KRAS雖然身為最早發現的癌基因，但是針對KRAS突變小分子抑制劑的研發可謂是舉步維艱。幾十年來一直困擾著科學家們，成為抗癌小分子抑制劑研發路上一座難以逾越的大山，使得KRAS處於無藥可用的「尷尬境地」。
柳暗花明
2013年，在一篇Nature期刊中[1]，Shokat首次報導了利用小分子共價結合KRAS-G12C突變體的可行性（為了獲得這類分子，其團隊堅持了6年的篩選）。通過晶體學分析，Shokat等發現，共價化合物可與KRAS上先前未被發現的「開關-II口袋」（switch-II pocket）結合。KRAS-G12C突變體的特徵是新引入一個半胱氨酸，而這種親核胺基酸很容易形成共價鍵，如果小分子抑制劑可共價結合KRAS-G12C突變體中的半胱氨酸，並且當KRAS與GTP結合時，KRAS蛋白表面的SwitchⅠ和SwitchⅡ處於閉合狀態，而當KRAS與 GDP結合時，不僅失去活性而且蛋白表面出現一些結合空腔，這些小分子抑制劑可以延伸到這些空腔中，將KRAS鎖定在失活狀態，從而阻斷依賴該蛋白的信號通路和細胞增殖。這一發現代表著直接抑制 KRAS 活性的嘗試獲得了首次突破，那麼，它們就有望用於治療攜帶這類KRAS突變的患者。
01
KRAS-G12C的三大候選藥物
AMG510
2018年8月，Amgen首個KRAS-G12C抑制劑（AMG510）進入臨床研究，2018 年 8 月，該藥物在 ClinicalTrials 註冊了臨床 I 期試驗（NCT03600883），不到一年時間就獲得良好結果，先後在 2019 年的美國癌症研究協會年會（AACR）及美國臨床腫瘤年會（ASCO）上披露了可喜數據，並於 2019 年 5 月 1 日和 2019 年 5 月 23 日分別獲得 FDA 批准治療非小細胞肺癌（NSCLC）和結直腸癌（CRC）的孤兒藥資格。2019年9月Amgen公司在ESMO上公布了AMG 510 I/II期臨床試驗的初步數據。13例接受AMG 510治療的NSCLC患者中，有7例（54%）患者獲得了部分緩解，腫瘤體積變小；其他6例患者接受治療後病情穩定。此外，患者似乎對AMG 510耐受良好，迄今為止未顯示劑量限制毒性。目前，多例患者已經接受AMG 510治療超過6個月。FDA 已授予 AMG 510「快速通道」用於治療經治的具有 KRAS G12C 突變的 NSCLC 患者。
AMG510 是目前唯一獲得臨床結果的藥物，目前在 KRAS G12C 小分子抑制劑中一馬當先。
Adagrasib（MRTX849）
Mirati Therapeutics(MRTX) 公司成功開發了針對 KRAS G12C 突變的小分子抑制劑 MRTX849。MRTX849是一款針對KRAS G12C突變體的特異性優化口服抑制劑。2019年1月，Mirati Therapeutics的KRAS-G12C抑制劑MRTX849也開始人體試驗，在名為MRTX849-001的1/2期臨床試驗中，MRTX849在治療攜帶KRAS G12C基因突變的非小細胞肺癌（NSCLC）、結直腸癌（CRC）和闌尾癌患者時表現出一定的安全性和抗癌活性。
其中6名非小細胞肺癌患者，3名患者腫瘤縮小，3名患者穩定；4名腸癌患者，1名腫瘤縮小，3名患者穩定；2名闌尾癌患者，疾病均穩定；12例療效可評價的患者，抗癌控制率高達100%。
臨床前研究中，MRTX849 在阻斷 KRAS 依賴性信號轉導和癌細胞活力方面具有很高的效力。
2020年10月25日，好消息傳來！由the European Organisation for Research、Treatment of Cancer (EORTC), the National Cancer Institute (NCI) 和the American Association for Cancer Research (AACR) 聯合主辦的第32屆MOLECULAR TARGETS AND CANCER THERAPEUTICS SYMPOSIUM（國際分子靶點與癌症治療學研討會）上，Mirati Therapeutics公布了其Adagrasib（MRTX849）的最新臨床進展。治療晚期非小細胞肺癌（NSCLC）方面的數據喜人！
Adagrasib單藥治療接受過化療和一種PD-1/PD-L1抑制劑治療的攜帶KRAS G12C突變的晚期NSCLC患者：
*客觀緩解率（ORR）達到45%
*疾病控制率（DCR）達到96%
02
靶向其它KRAS突變體
除了KRAS-G12C抑制劑，業界在開發針對其它KRAS突變的藥物方面也取得了重要進展。其中，名為Moderna Therapeutics的公司正在與默沙東合作，開發一種mRNA癌症疫苗mRNA-5671，使其能夠在體內製造抗原，以啟動T細胞尋找和破壞表達四種關鍵KRAS突變體（G12C、G12D、G12V和G13C）的細胞。
在一項I期試驗中，Moderna和默沙東正在攜帶KRAS突變或轉移性的NSCLC、結直腸癌或胰腺癌患者中測試mRNA-5671單藥治療和「mRNA-5671+ pembrolizumab聯合治療」的潛力。
此外，Mirati 計劃於今年開展向FDA遞交G12D抑制劑 IND申請所需的研究。
03
間接抑制KRAS
針對泛KRAS（pan-KRAS）的藥物在近期也取得了令人興奮的進展。2019年10月末，勃林格殷格翰（BI）宣布，其首個泛KRAS抑制劑BI1701963進入臨床開發階段。BI1701963靶向的是SOS1蛋白，該蛋白可促進KRAS的激活。臨床前研究表明，這種高度特異性的SOS1抑制劑可降低細胞和動物模型中KRAS-GTP水平和MAPK信號。所有的早期跡象均表明，BI1701963對KRAS激活突變有廣泛的抑制作用。
總結
最近兩年，直接或間接靶向KRAS的藥物的研發取得了突破進展。目前，至少有5種KRAS調節劑處於臨床開發階段，包括三種KRAS-G12C突變體抑制劑，一種mRNA癌種疫苗以及一種SOS1抑制劑。隨著科研人員的努力，相信在將來會有更多的KRAS抑制劑問世，也相信我們終將撼動這座大山。
參考文獻：
[1] Jonathan M. Ostrem et al. K-Ras(G12C)inhibitors allosterically control GTP affinity and effector interactions. Nature（2013）.
[2] Jay, B. F., John, P. F., Brian, R. B., et al. Identification of the clinical development candidate MRTX849, a covalent KRASG12C inhibitor for the treatment of cancer. Journal of Medicinal Chemistry, 2020, 63(13): 6679–6693.