RAS癌癥靶向治療的現在和未來

前言

(資料圖)

RAS信號在驅動正常生理細胞增殖中起著重要作用，該信號通路的失調通常發生在腫瘤發生過程中。事實上，該通路的改變，特別是RAS蛋白本身的改變，對許多癌癥具有深遠的影響。因此，在過去幾十年中，人們做出了大量的努力來開發靶向RAS的藥物，然而其突變亞型缺乏藥理學上可靶向的結構，因此，KRAS一直被認為是“不可成藥的”。

然而，藥物設計的改進最終成功地開發出對處于活性或非活性狀態的突變KRAS具有選擇性的抑制劑。2021年5月28日，美國FDA宣布加速批準安進（Amgen）公司開發的Lumakras（sotorasib，AMG510）上市，用于治療腫瘤攜帶KRAS G12C突變的非小細胞肺癌（NSCLC）患者。目前，我們對癌細胞和腫瘤微環境中RAS信號的理解正在不斷深入，靶向RAS的新藥物以及新的聯合療法也正在臨床試驗中探索，靶向RAS的治療策略正展現出改善惡性腫瘤患者預后的巨大潛力。

RAS通路

正常細胞中，細胞膜上的EGFR、HER2、ErbB3和ErbB4等受體單體與細胞膜外配體結合形成二聚體，二聚體自身磷酸化，再磷酸化下游的信號蛋白。其中一條信號通路可激活Grb2-Shc，再激活SOS蛋白，進而可激活RAS蛋白。

在細胞內，RAS家族GTPase、KRAS、NRAS和HRAS在GTP加載的“開啟”狀態和GDP加載的“關閉”狀態之間循環。當RAS與鳥嘌呤核苷二磷酸（GDP）結合時，它處于失活狀態，當它與鳥嘌呤核苷三磷酸（GTP）結合時，它處于激活狀態，并且可以激活多種下游信號通路。其中包括MAPK信號通路，PI3K信號通路，和Ral-GEFs信號通路。這些信號通路在促進細胞生存、增殖和細胞因子釋放方面具有重要作用。

RAS通路成分的異常，包括激活RAS突變，在多種惡性腫瘤中是很常見的。異常的RAS信號最終導致幾個關鍵轉錄因子的激活，這些轉錄因子反過來驅動癌癥的幾個特征，包括細胞增殖、代謝重編程、細胞生長和存活以及血管生成。

癌癥中的RAS突變

影響RAS–RAF–MEK–ERK通路組分的突變，包括各種RTK、SHP2、NF1、RAS蛋白、RAF家族成員或MEK1/MEK2，可導致該通路異常激活并致癌。RAS突變或擴增是人類癌癥中最常見的突變：KRAS最常發生改變，尤其是在實體腫瘤中；NRAS突變存在于黑色素瘤和許多血液惡性腫瘤中；HRAS突變主要發生在膀胱癌、甲狀腺癌、宮頸癌和頭頸癌。

約17%的實體瘤具有KRAS突變，包括約90%的胰腺癌、約50%的結腸癌和約25%的肺腺癌。事實上，KRAS突變在NSCLC中占主導地位，占此類腫瘤中發現的所有RAS突變的約78%。

幾乎所有與癌癥相關的RAS突變（~95%）都會影響密碼子，并導致基礎RAS-GTP:RAS-GDP比率顯著增加以及RAS效應器的組成性激活。KRAS的甘氨酸殘基12（G12）的突變最常見，甘氨酸13（G13）是KRAS第二個最常受影響的殘基。KRAS密碼子突變最常見的是G12C，G12V或G12D替代，分別占NSCLC中KRAS突變的40%、19%和15%。結構學研究表明，這些基因突變大多干擾KRAS水解GTP的能力。

靶向KRAS“成藥“的難點

KRAS蛋白是一種無特征、近乎球形的結構，無明顯結合位點，很難合成一種能靶向結合并抑制其活性的化合物。長期以來無法攻克，RAS已成為腫瘤藥研發領域"不可成藥"靶標的代名詞。

其“成藥”困難點在于：

1) KRAS的作用泛圍很廣，KRAS的正常活性也是許多正常細胞功能所需要的活性，如選取直接抑制KRAS的藥物，則該藥物毒性可能會很大，副作用也可能會很強。且KRAS與NRAS、HRAS有很高的同源性，能抑制KRAS活性的藥物，就很可能會抑制NRAS、HRAS的活性。那么，這個藥物的毒性就可能很大。

2) 目前已知的KRAS的活性功能域，主要是KRAS與GDP、或GTP結合的口袋狀的功能域。與蛋白激酶與ATP的親和力較弱不同， KRAS與GTP、或GDP的結合非常強，親合系數達到PicoMolar(皮摩爾濃度，10^-12)級。而正常細胞里面的GDP與GTP的濃度，達到了MicroMolar（微摩爾濃度，10^-6）級。所以，細胞內正常的GDP與GTP的濃度，比與KRAS結合所需的濃度，高了10的6次方倍。而RAS缺乏足夠大的能夠結合小分子的口袋；故要做出一種小分子化合物，其與KRAS的結合能力，要能與GDP、或者GTP相匹敵，非常難。

3) 設計一種只針對性抑制突變KRAS蛋白的活性藥物，而盡量少影響正常KRAS蛋白的活性，需要此種化合物對突變的KRAS有很好的選擇性。這是藥物設計的又一個難題。

4) 然而，間接靶向KRAS的策略也是困難重重，包括阻斷KRAS細胞膜定位和靶向KRAS下游的信號分子，如RAF、MEK、ERK和PI3K等家族成員。具體而言，間接途徑的困難包括：（1）RAS是正常細胞生長和存活相關的必需途徑，靶向必需途徑首先面臨嚴重的毒副作用，導致療效指數非常狹窄甚至沒有；（2）補償逃逸機制，以及（3）由于嚴格調節導致的信號反饋和冗余。

臨床上的KRASG12C抑制劑

近年來，針對KRAS突變體的共價抑制劑研究的突破讓通過異構位點（allosteric）靶向KRAS突變體成為可能。在KRASG12C突變體中，與突變生成的胱氨酸共價結合的小分子更傾向與和GDP結合的KRAS蛋白相結合。而這一結合降低GTP與KRAS的親和力，同時阻礙GEF催化GTP替換GDP，將KRASG12C突變體鎖死在失活狀態。KRASG12C突變體上這一結合“口袋“的發現催生了多款靶向KRASG12C突變體的小分子共價抑制劑。

在I/II期的CodeBreaK100研究中，接受Sotorasib治療的22名晚期KRASG12C突變型實體瘤患者的首次人類數據表明，在6名NSCLC患者中有一例部分響應（PR）。隨后來自本試驗I期部分129名患者的數據顯示，客觀應答率（ORR）為32.2%，59例晚期非小細胞肺癌患者的疾病控制率（DCR）為88.1%，PFS中位數為6.3個月，42例CRC患者的ORR為7.1%，DCR為73.8%，PFS的中位數為4.0個月。黑色素瘤、胰腺癌、子宮內膜癌患者也出現響應應。這些令人印象深刻的結果導致2021 FDA加速批準Sotorasib用于NSCLC。

Adagrasib是第二個進入臨床試驗的KRASG12C抑制劑，根據I/II期KRYSTAL-1試驗的數據，FDA授予其對晚期KRASG12 C突變非小細胞肺癌的突破性療法認定。該試驗的數據于2021在歐洲醫學腫瘤學會（ESMO）上發表，結果顯示：DCR達到96%，在51名可評估患者中有23例（45%）PR，另有26例SD。此外，在KRYSTAL-1的II期更新數據中，116例既往接受過治療的NSCLC患者adagrasib治療后的ORR為42.9%，DCR為79.5%，DoR中位數為8.5個月，PFS中位數為6.5個月，OS中位數為12.6個月，1年OS率為50.8%。Sotorasib對其它適應癥的大量試驗正在進行中。

此外，其他幾種KRASG12C抑制劑也已進入臨床開發階段。GDC-6036（RG6330）在涉及各種晚期KRASG12C突變實體腫瘤（NCT04449874）患者的I期試驗正在進行中。JDQ443是另一種共價不可逆KRASG12C抑制劑，一項I/II期試驗正在評估JDQ443作為單一療法，或與TNO155（另一種SHP2抑制劑）和/或tislelizumab（抗PD-1抗體）聯合治療KRASG12C突變型NSCLC、CRC或其他晚期實體瘤患者（KontRASt-01；NCT04699188）。

LY3537982是一種選擇性KRASG12C抑制劑，也處于KRASG12C突變實體瘤的I期臨床開發中（NCT04956640）。I/II期試驗中的其他KRASG12C靶向化合物包括D-1553、JNJ-74699157、BI 1823911、JAB-21822和MK-1084。

KRAS的耐藥性

雖然KRAS不再是不可成藥的，但KRAS抑制劑單藥療效還遠遠不夠。事實上，可塑性和遺傳不穩定性使腫瘤對所有單藥靶向治療產生耐藥性，KRAS靶向治療也不例外。

原發耐藥性

從理論上講，對KRAS抑制劑的主要耐藥性可能來自腫瘤中的突變異質性或特異性共突變的存在。了解這些耐藥機制對于制定治療策略至關重要。CRC患者不同疾病部位之間的KRAS突變異質性已有描述，可能至少部分解釋了此類患者對EGFR靶向治療的可變反應。

Zhao等人評估了8750例治療前KRAS突變體腫瘤標本，僅在304例樣本中發現了一種以上的RAS突變（3.5%）；在KRASG12C突變腫瘤中，發現3%存在繼發性RAS突變。目前，對KRASG12C抑制劑原發耐藥機制的了解仍然極其有限，需要進行大規模隊列多組學分析，以確定與這些藥物無反應相關的治療前因素。

突變逃逸引起的獲得性耐藥

突變逃逸是指在治療時產生的耐藥性突變，在治療前無法檢測到。常用KRAS抑制劑sotorasib和adagrasib的結合位點由KRASG12C的12、68、95和96位的氨基酸殘基形成；因此，影響這些殘基的突變與耐藥性特別相關。

例如，KRASG12C中獲得的第二位點Y96D突變通過改變開關口袋，使抑制劑不再結合，賦予adagrasib臨床耐藥性。Koga等人在體外實驗用sotorasib或adagrasib處理KRASG12C突變Ba/F3細胞后鑒定出了12種不同的次級KRAS突變。

適應性耐藥

適應性耐藥是指RAS–MAPK通路在某種水平上的快速再激活，通常是由于MYC靶基因的去表達，抑制ERK活性。一些研究表明，在KRASG12C抑制劑處理時會發生類似的途徑再激活。事實上，適應性耐藥是由突變KRAS的重新激活還是剩余野生型KRAS、HRAS和/或NRAS的激活介導的，目前尚不清楚。

EMT

上皮間質轉化（EMT）是對KRASG12C抑制劑固有和獲得性耐藥的另一種潛在機制。EMT期間，細胞下調上皮基因表達，上調間充質基因表達，從而增加遷移率和侵襲性。Adachi等人使用基因集富集分析來證明EMT是對sotorasib產生內在和獲得性耐藥的機制。發現在EMT誘導的KRASG12C突變細胞系中，PI3K通路通過旁路IGFR–IRS1信號通路被激活，sotorasib與PI3K抑制劑GDC-0941結合可阻斷AKT活化并抑制細胞增殖。這些臨床前觀察和組合策略值得進一步臨床研究。

克服KRASG12C抑制劑耐藥性

目前正在探索幾種限制適應性耐藥性和延長對KRASG12C抑制劑反應的策略。適應性抗性通常涉及幾種RTK和RTK配體的上調，在NSCLC和CRC中，KRASG12C抑制導致激活的上游EGFR和/或其他ERBB家族成員的積累，這可能導致從KRASG12C抑制劑單一療法中逃逸。因此，目前多個臨床試驗正在研究KRASG1C和EGFR聯合抑制。

在CodeBreaK 101臨床試驗中（NCT04185883）中，sotorasib與EGFR/HER2酪氨酸激酶抑制劑afatinib或抗EGFR單克隆抗體panitumumab聯合。初步結果顯示了可控的安全性，最常見的治療相關不良反應（TRAE）是腹瀉和惡心。在兩個劑量隊列中，觀察到有效性信號，ORR分別為20.0%和34.8%，DCR分別為70.0%與73.9%。此外，adagrasib與另一種抗EGFR單克隆抗體cetuximab在KRYSTAL-1和KRYSTAL-10中聯合測試（NCT03785249和NCT04793958）。GDC-6036也正在與cetuximab以及EGFR酪氨酸激酶抑制劑erlotinib聯合測試（NCT04449874）。

自1992年發現以來，SHP2已成為RAS–MAPK通路的關鍵“陽性”上游調節器，因此是多種致癌驅動激酶信號傳導的重要組成部分。SHP2在KRAS突變NSCLC的幾種模型中是腫瘤發生所必需的，表明SHP2抑制可能在KRAS突變癌癥的治療中起作用。基于臨床前研究中SHP2和KRAS聯合抑制的有效性提高，目前正在KRYSTAL-2試驗（NCT04330664）中測試SHP2抑制劑TNO155與adagrasib的聯合應用。此外，其他幾個臨床試驗正在評估各種SHP2抑制劑和KRASG12C抑制劑的組合。

除了RAS信號通路垂直方向上的聯合抑制，在水平方向，人們已開始測試不同的組合策略。例如，抑制mTOR作為克服對KRAS抑制劑的適應性抗性的替代策略。在CodeBreak 101臨床試驗中，mTOR抑制劑everolimus正在與sotorasib聯合評估（NCT04185883）。

細胞周期抑制提供了另一種與KRAS抑制劑協同作用的潛在水平組合策略。此外，包括Aurora激酶（AURKA、AURKB和AURKC）抑制劑、有絲分裂檢查點激酶WEE1抑制劑都在臨床前試驗中和KRASG12C抑制劑聯合進行測試。

此外，KRAS具有多種免疫調節作用，通過多種機制介導。KRAS的活化增加了中性粒細胞趨化因子CXCL1、CXCL2和CXCL5的產生；通過上調細胞間粘附分子1（ICAM1）表達促進促炎性M1巨噬細胞的募集；通過分泌TGF-β和IL-10誘導免疫抑制調節性T（Treg）細胞分化。

基于這些發現，將KRAS抑制劑與ICIs結合是一種合理的策略。目前，將KRASG12C抑制劑與ICI結合的方法正在KRASG12C突變實體腫瘤的多個臨床試驗中進行評估（NCT03600883、NCT04185883、NCT03785249、NCT04613596、NCT04449874和NCT04699188）。

RAS抑制劑的未來開發

靶向KRAS其它亞型

鑒于KRASG12D的內在GTP酶活性低于KRASG12C，大多數KRASG12D蛋白將與GTP結合。因此，靶向KRASG12D-GTP以及其他RAS亞型一直是藥物開發的焦點。

2020年，Zhang等人鑒定了三種獨特的環肽配體，它們優先結合在KRASG12D-GTP的開關2凹槽內，并抑制其與RAF蛋白的相互作用。值得注意的是，這些化合物對野生型KRAS沒有明顯的影響，這體現了KRAS突變體GTP結合態的不同特征。

另一種新的靶向突變KRAS和/或其他突變RAS亞型的策略，使用了類似于免疫抑制劑環孢菌素、FK506和雷帕霉素的機制。已經開發了與親環蛋白A結合并隨后與各種RAS蛋白形成抑制性三聚體復合物的各種化合物。最近，關于新一代“三聚體復合物”KRAS-on抑制劑RMC-6291的臨床前數據，表明其優于KRAS-off抑制劑adagrasib，支持了這種靶向方法的可行性。

靶向RAS降解

RAS降解是靶向RAS突變惡性腫瘤的另一種新方法。蛋白質水解靶向嵌合體（PROTACs）通過結合目標蛋白和E3泛素連接酶促進疾病相關蛋白的蛋白酶體降解。LC-2是針對KRASG12C設計的PROTAC，類似設計的pan-KRAS和其他突變特異性KRAS降解劑正在臨床前開發中。

使用嵌合毒素是RAS靶向的另一種替代方法。RRSP–DTB是一種此類毒素，由源自創傷弧菌的RAS/RAP1特異性內肽酶（RRSP）和白喉毒素（DTB）的易位B片段組成。該毒素通過肝素結合EGF樣生長因子（HB-EGF）介導的內吞作用進入細胞，隨后在開關1區切割RAS。

靶向KRAS的免疫療法

2016年，Tran等人首次描述了針對KRAS突變癌細胞的內源性免疫應答，他們鑒定了CD8+TIL與識別MHC I（HLA-C*08:02）呈遞的肽新表位的T細胞受體（TCR），這些新表位來源于KRASG12D。使用這些特異性TIL的ACT使分離出KRASG12D突變CRC的患者的所有七個肺轉移消退。靶向KRASG12V突變體細胞的TCR-T細胞已進入臨床試驗。

治療性癌癥疫苗構成了靶向KRAS突變腫瘤的另一種基于免疫的方法。已經開發了一種以KRAS的G12D、G12V、G13D和G12C變體為靶點的mRNA新抗原疫苗mRNA-5671/V941。mRNA-5671/V941已進入I期臨床試驗。此外，目前正在一項I期試驗（NCT04117087）中聯合ICIs評估具有抗KRAS G12C、G12V、G12D、G12A、G13D和G12R變體活性的長肽疫苗。

基于siRNA的方法

人們已經開發了基于納米顆粒的平臺，以遞送KRAS特異性小干擾RNA（siRNA）。該技術已被證明可充分輸送至癌細胞，并有效降低其KRAS水平，從而產生抗癌活性。臨床前研究表明，基于siRNA的方法對抗KRAS驅動的癌癥可能是可行的治療策略。

小結

自三十多年前在肺癌中發現KRAS突變以來，KRAS靶向藥物的發現已經取得了很大進展，目前有大量抑制劑、聯合方法和新的替代靶向方法正在臨床研究中。然而，關于KRASG12C抑制劑的數據表明，這些藥物遠未達到治愈效果。至少部分原因在于單藥治療幾乎總是產生耐藥性。

目前，人們正試圖通過垂直抑制RAS通路的多個節點來克服耐藥性機制。此外，治療策略還包抑制平行通路的組合策略，聯合免疫治療策略誘導持久的抗腫瘤記憶免疫反應。最后，人們也在不斷開發新方法以及新的治療策略來靶向RAS，我們期待著這些新的方法能夠在KRAS突變惡性腫瘤患者群體中實現長期尋求的治愈目標。

參考文獻：

1. The current state of the art and futuretrends in RAS-targeted cancer therapies. Nat Rev Clin Oncol.2022 Aug 26 :1–19.

原文標題 : RAS癌癥靶向治療的現在和未來