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「不可成藥」的KRAS突變曙光再現(xiàn)! 全新機(jī)制帶來(lái)靶向藥突破方向, 更好的KRAS抗癌藥物正在到來(lái)!...

2021年,全球首個(gè)KRAS靶向藥sotorasib獲批上市,讓發(fā)現(xiàn)于50多年前,一度被認(rèn)為“不可成藥”的RAS蛋白有了靶向藥。

不過(guò)sotorasib距離完全征服RAS還有很長(zhǎng)一段距離,它僅針對(duì)KRASG12C突變,不光對(duì)HRAS和NRAS無(wú)效,對(duì)KRAS的其它突變類型也無(wú)能為力。

近日,紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Shohei Koide和南開(kāi)羅萊納醫(yī)科大學(xué)的John P. O'Bryan等人開(kāi)發(fā)出了一種通用的RAS抑制劑R15[1]。R15對(duì)三種RAS蛋白的G12D、G12R、Q61L、A146T等多種突變體都有效,在小鼠中可以抑制相應(yīng)腫瘤的生長(zhǎng),僅對(duì)G12V突變體效果不佳。


RAS是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)癌基因,也是最常見(jiàn)的癌基因之一。“癌王”胰腺癌中90%具有KRAS突變,肺癌和結(jié)直腸癌中的KRAS突變率也很高,而黑色素瘤和尿路上皮癌中常見(jiàn)NRAS和HRAS的突變[2]。

RAS蛋白具有GTP酶活性,可以在結(jié)合GTP和結(jié)合GDP兩種不同的狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。結(jié)合GTP時(shí)RAS處于激活狀態(tài),可以進(jìn)一步激活下游的ERK-MAPK通路等,促進(jìn)細(xì)胞增殖。致癌的RAS突變通常就是持久的處于激活狀態(tài)。當(dāng)RAS結(jié)合的GTP被水解成GDP后,RAS就進(jìn)入失活狀態(tài)。

2013年,加州大學(xué)的Kevan Shokat在失活狀態(tài)的KRAS上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可供藥物結(jié)合的“口袋”,找到了KRAS的第一個(gè)弱點(diǎn)[3]。而首個(gè)KRAS靶向藥sotorasib正是結(jié)合在這個(gè)“口袋”上,將KRAS鎖死在失活狀態(tài),從而產(chǎn)生抗癌效果的[4]。

RAS蛋白的循環(huán)

KoideO'Bryan等人選擇了一條不同的路線。在RAS蛋白從失活狀態(tài)變回激活狀態(tài)的過(guò)程中,要先脫去GDP成為游離狀態(tài),再去結(jié)合GTP。這中間短暫存在的游離態(tài)RAS就成為了他們的目標(biāo)。

研究人員以游離狀態(tài)HRAS蛋白為模板,先后開(kāi)發(fā)了兩代靶向游離狀態(tài)RAS的RAS抑制蛋白。第一代的NS1可以有效抑制HRAS和KRAS,但不能與NRAS結(jié)合[5],而第二代的R15對(duì)三種RAS蛋白都有效。

R15將RAS蛋白鎖死在游離狀態(tài)

研究顯示,R15可以有效結(jié)合三種RAS蛋白的G12D、G13D、Q61x和A146T等多種致癌突變,將他們鎖死在游離狀態(tài),阻止其對(duì)下游ERK-MAPK通路的激活。不過(guò)R15與G12C和G12V突變結(jié)合較差,不能抑制這兩種RAS突變。

為了檢測(cè)R15在體內(nèi)抑制RAS突變腫瘤的能力,研究人員向4種具有不同RAS突變的癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)入了控制基因和R15基因,以便在腫瘤植入小鼠體內(nèi)后使用多西環(huán)素誘導(dǎo)腫瘤中R15的表達(dá)。

研究顯示,使用多西環(huán)素誘導(dǎo)R15表達(dá)顯著抑制了KRASG12D突變的胰腺癌細(xì)胞、HRASQ61L的肺癌細(xì)胞和KRASG13D的結(jié)腸癌細(xì)胞在小鼠體內(nèi)的生長(zhǎng),但對(duì)KRASG12V的胰腺癌細(xì)胞抑制作用較弱。

R15顯著抑制KRASG12D突變的胰腺癌細(xì)胞(左)在小鼠體內(nèi)的生長(zhǎng),但對(duì)KRASG12V的胰腺癌細(xì)胞(右)抑制作用較弱

論文作者O’Bryan表示:“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)許多RAS突變體可以釋放核苷酸游離出來(lái),從而被R15抑制。這是一個(gè)好兆頭,超過(guò)50%的致癌RAS突變可能對(duì)結(jié)合游離狀態(tài)RAS蛋白的抑制劑敏感,這使得靶向游離RAS蛋白成為抑制多種RAS突變驅(qū)動(dòng)的腫瘤的可行方法?!?/span>

不過(guò)目前而言,R15距離臨床應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離。特別是作為一個(gè)蛋白質(zhì),R15具有較大的分子量,難以穿透細(xì)胞膜,限制了它成為藥物的可能。在接下來(lái)的研究中,研究人員計(jì)劃根據(jù)R15的結(jié)構(gòu),去尋找可以以相同方式抑制致癌RAS突變的小分子抑制劑,來(lái)解決這一問(wèn)題。



參考文獻(xiàn):
[1]. Khan I, Koide A, Zuberi M, et al. Identification of the nucleotide-free state as a therapeutic vulnerability for inhibition of selected oncogenic RAS mutants[J]. Cell Reports, 2022, 38(6): 110322.
[2]. Liu P, Wang Y, Li X. Targeting the untargetable KRAS in cancer therapy[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2019, 9(5): 871-879.
[3]. Ostrem J M, Peters U, Sos M L, et al. K-Ras (G12C) inhibitors allosterically control GTP affinity and effector interactions[J]. Nature, 2013, 503(7477): 548-551.
[4]. Canon J, Rex K, Saiki A Y, et al. The clinical KRAS (G12C) inhibitor AMG 510 drives anti-tumour immunity[J]. Nature, 2019, 575(7781): 217-223.
[5]. Spencer-Smith R, Koide A, Zhou Y, et al. Inhibition of RAS function through targeting an allosteric regulatory site[J]. Nature chemical biology, 2017, 13(1): 62-68.

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