RAS靶向疗法，Nature深度综述

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RAS靶向疗法，Nature深度综述

来源： 2020-06-20 08:58:08

RAS（KRAS，NRAS和HRAS）是癌症中最常见的突变基因家族，因此，研究者们苦苦寻觅有效的RAS抑制剂超过30年，甚至在10年前，RAS抑制剂仍然难以捉摸，以至于RAS被认为是“不可成药靶点”。

但是最近，随着针对非小细胞肺癌（NSCLC）中最常见突变型RAS的等位基因特异性共价抑制剂的成功应用，开始撼动RAS不可成药的观点。

近日，基因泰克（Genetech）首席科学家Shiva Malek在 Nature Reviews Drug Discovery 杂志发表了题为：RAS-targeted therapies: is the undruggable drugged? 的长篇综述文章。

这篇综述论文回顾了靶向突变RAS蛋白的疗法的最新进展，并讨论了这些疗法的未来挑战，以及组合疗法策略等。

RAS（KRAS，NRAS和HRAS）是癌症中最常见的突变基因家族。KRAS突变是已知的三种最致命的癌症——肺癌、结肠直肠癌和胰腺癌的驱动因素。

三十多年来，抑制RAS驱动的肿瘤发生的有效疗法的发展一直停滞不前，因此RAS一度被认为是“不可成药靶点”。

但是最近FDA授予了安进公司的靶向KRAS-G12C突变非小细胞肺癌患者的抑制剂AMG510快速通道，临床试验已在眼前。这给RAS靶向疗法带来了巨大希望。

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RAS突变和剪接变体

RAS突变是许多癌症类型的遗传驱动因素，包括结直肠癌（CRC）、胰腺导管腺癌（PDAC）、肺腺癌（LUAD，非小细胞肺癌的亚型），以及黑色素瘤和某些血液系统癌症。

尽管这些肿瘤类型是由RAS突变驱动的，但是RAS突变的同工型（KRAS、NRAS、HRAS）、密码子和频率因组织类型而异。

具体说来，32%的肺腺癌（LUAD），86%的胰腺导管腺癌（PDAC）和41％的结直肠癌（CRC）是由KRAS突变驱动的，这些突变主要发生在第12位密码子处。

29％的黑色素瘤是由NRAS突变驱动的，与KRAS不同，这些突变发生在第61位密码子上处。

相比之下，HRAS突变的发生频率比KRAS或NRAS中的突变少，5%的头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）和6%的膀胱癌是由HRAS突变驱动的，这些突变发生在第12或61位密码子处

KRAS基因编码时使用不同4号外显子，从而产生两种剪接变体——KRAS4A和KRAS4B。长期以来，KRAS4B被认为是主要的剪接变体，因为它在人类癌症中普遍存在并且高度表达。

然而，近来的研究显示KRAS4A在癌细胞系中也广泛表达，并且在结直肠癌中以与KRAS4B表达水平相当。越来越多的研究重新关注了KRAS4A在肿瘤发生中的作用，这促使我们改变对抑制KRAS的观点，需要考虑到KRAS4A。

直接靶向RAS

直接靶向抑制RAS是治疗RAS突变肿瘤的理想方法，直接靶向RAS包括switch-II突变体选择性共价抑制剂和pan-RAS抑制剂。

靶向KRAS-G12C的共价抑制剂

KRAS中G12是突变热点，而G12C是该位置的第三大最常见突变，共价靶向活性位点半胱氨酸是药物发现中广泛使用的策略，KRAS-G12C的半胱氨酸可以被用来开发共价小分子抑制剂，重要的是，野生型KRAS在活性位点缺乏半胱氨酸，因此可以通过这种方法特异性抑制KRAS-G12C。

靶向KRAS-G12C的小分子抑制剂

间接靶向RAS的方法

正常的RAS激活需要核苷酸交换，加工，膜定位和效应子结合。改变这些基本步骤中的一个，可用于间接抑制RAS激活。

核苷酸交换循环抑制剂

1、SOS抑制剂

SOS1抑制剂可与结合GDP状态的KRAS-G12C抑制剂结合使用，因为SOS1抑制会增加GDP结合的KRAS-G12C的总量。目前，SOS1抑制剂BI-1701963作为一种单一药物，以及与MEK抑制剂曲美替尼的组合疗法正处于I期临床试验中。

2、SHP2抑制剂

源自临床候选药物的RMC-4550，RMC-4630正在进行单药I期临床试验，以及和与MEK抑制剂考比替尼组合的Ib/II期临床试验。

第二种SHP2变构抑制剂JAB-3068目前正在进行I/II期临床试验，第三种SHP2抑制剂TNO155正在进行I期单药临床试验，以及与MRTX849组合的I/II期与临床试验。目前这些临床试验结果都还未公布。

RAS加工的抑制剂

RAS蛋白仅在定位于细胞膜时才有活性。为了与细胞膜膜结合，RAS需要进行三个酶促反应，因此抑制RAS的加工可以防止其与细胞膜结合及下游RAS信号传转导。

但值得注意的是，抑制这些与RAS加工有关的酶，可能导致脱靶效应。因此，直接抑制RAS最有可能成为主要的治疗选择。

RAS寡聚和效应子结合

最近发现的RAS自动抑制新机制——膜闭塞，为靶向RAS蛋白-蛋白相互作用提供了另一种潜在途径。在膜闭塞中，RAS与脂质膜之间的直接相互作用将RAS的效应子结合界面从细胞质中分离出来。

一个小分子Cmpd2可以结合到RAS和脂质膜之间的界面（Kd=1μM），促进膜阻塞并减少与RAF的RBD结构域的结合。

由于RAS-效应子接口的高度保守性，这种类型的策略为有效抑制RAS驱动的所有下游信号通路提供了机会。

靶向RAS通路

有两种靶向RAS通路的不同方法：鉴定具有RAS突变致死性的基因，靶向酪氨酸激酶受体（EGFR家族）或RAS效应子通路，即MAPK和PI3K。

1、合成致死筛选

在KRAS突变和NRAS突变细胞系中，除了RAS本身外，最重要的必需基因是RAF1（编码CRAF）和SHOC2。RAS突变的人类急性髓细胞白血病细胞株需要RAF1和SHOC2。

CRISPR-Cas9筛选确定曲美替尼治疗会导致SHOC2丧失合成致死。这些发现表明，SHOC2抑制剂不仅可以作为单一药物提供治疗益处，而且还可以与MEK抑制剂联用。

2、EGFR家族疗法

有证据表明RAS与受体酪氨酸激酶的EGFR家族之间存在相互作用。由于EGFR家族位于RAS的上游，因此这些受体酪氨酸激酶的失活可以减少RAS的激活。

3、MAPK途径：RAF抑制剂

活性GTP结合的RAS促进RAF二聚化和磷酸化，从而诱导RAF激酶活性并导致RAF底物MEK1和MEK2磷酸化。磷酸化级联继续与末端激酶ERK1和ERK2的MEK磷酸化。

ERK激酶活性既激活包括ETS家族成员在内的促进生长的转录因子，又参与负反馈回路，此动态过程控制MAPK信号级联的持续时间和幅度。

ERK可以通过磷酸化上游成分SOS或CRAF或改变双特异性磷酸酶（DUSP）家族和Sprouty（SPRY）家族的转录来负面抑制MAPK信号传导。DUSPs通过隔离SOS-GRB2来使ERK和SPRYs磷酸化，从而抑制受体酪氨酸激酶信号传导。

为了有效治疗RAS突变肿瘤，必须几乎完全抑制MAPK途径。实现这一目标的一种策略是使用针对MAPK途径成分的激酶抑制剂，结合针对本综述中讨论的其他机制的疗法。

4、MAPK通路：MEK抑制剂

目前，有三种靶向MEK的变构激酶抑制剂——Cobimetinib、Trametinib和Binimetinib，临床批准用于治疗 BRAF V600 突变型黑色素瘤。但MEK抑制剂作为RAS突变肿瘤的单一疗法的临床试验没有发现任何改善，目前没有一种MEK抑制剂被临床批准用于治疗RAS突变肿瘤。

但是，在具有高水平内在核苷酸交换水平的突变KRAS细胞（例如KRAS-G13D）中观察到了MEK和RAF的最强协同作用，该突变KRAS增强了GTP结合的RAS水平：该观察结果表明，MEK抑制可导致RAF二聚化，可能有助于这种协同作用。

目前，有两项RAF抑制剂和MEK抑制剂联用的I期临床试验正在进行。一个Belvarafenib和Cobimetinib的联用，另一个是曲美替尼和LXH-254的联用。

5、MAPK通路：ERK抑制剂

抑制级联反应中的最终激酶ERK可以直接降低致癌转录产物，并为抗MEK或RAF抑制作用的肿瘤提供有价值的治疗选择。ERK抑制剂的临床开发落后于MEK，BRAF单体和pan-RAF抑制剂的开发。

此外，ERK抑制剂用于治疗RAS突变肿瘤的早期临床试验在很大程度上还没有成功。

总体而言，单药MEK、RAF或ERK抑制剂在治疗RAS突变型肿瘤方面几乎没有疗效。因此，这些抑制剂将必须与MAPK通路的其他抑制剂或本综述中讨论的其他方法结合使用。寻找每种抑制剂的最佳组合将是一个挑战，但是，等位基因特异性RAS抑制剂的出现增加了可用于实现最大途径抑制的潜在组合的数量。

6、PI3K通路抑制剂

在所有RAS效应子中，MAPK通路一直是抑制RAS突变型肿瘤的主要焦点。但是，RAS也激活了第二个效应子通路PI3K。

目前有四种I类PI3K抑制剂获得FDA批准，但这些抑制剂都未被批准用于治疗RAS突变肿瘤。RAS激活PI3K和MAPK通路，并且存在重叠的反馈机制。抑制一个通路可导致另一种通路的代偿性激活。因此，同时抑制MAPK和PI3K是一种值得注意的策略。

临床前研究表明，PI3K和MEK的联合抑制对于RAS突变肿瘤的治疗是有效的，在临床上是可以实现的。

然而，在临床试验中，这些抑制剂的组合是不耐受的，因此几乎没有实际疗效，大概是由于毒性导致剂量减少的结果。

临床中的组合疗法

新兴疗法

小干扰RNA（siRNA）疗法

阿斯利康开发的一款名为AZD4785的siRNA疗法，在小鼠模型中能够有效特异性靶向KRAS突变，但临床试验结果并不显著。

而Silenseed公司进行的名为siG12D- LODER的siRNA疗法，在1期临床试验中显示出对胰腺导管腺癌（PDAC）的希望，而与标准化学疗法联用的2期临床试验正在进行中。

自噬

胰腺导管腺癌（PDAC）癌细胞的细胞自噬水平升高，这些细胞需要自噬才能生长，羟氯喹能够有效抑制自噬水平，尽管用羟氯喹治疗PDAC的疗效有限，但是在NRAS突变型黑色素瘤和PDAC的临床前模型中，羟氯喹和MAPK抑制剂的组合显示出令人鼓舞的结果。

有了这个令人鼓舞的结果，目前正在评估一项1期临床试验，以研究曲美替尼联合羟氯喹治疗胰腺导管腺癌（PDAC）患者的疗效。

免疫疗法

1、免疫检查点抑制剂

有研究表明，KRAS突变的肿瘤中PD-L1水平升高，以提高免疫逃逸。目前已有多项RAS抑制剂、MEK抑制剂、SHP2抑制剂与PD-1/PD-L1抑制剂联用治疗非小细胞肺癌的临床试验。

2、过继细胞疗法

治疗RAS驱动癌症的第二种免疫治疗方法涉及改造免疫系统，以特异性识别突变RAS蛋白。这种方法通过改造T细胞，离体扩增后再回输到患者体内。目前有两项分别靶向RAS-G12D和RAS-G12V的过继细胞疗法临床试验正在进行中。

3、癌症疫苗

治疗RAS突变肿瘤的第三种免疫疗法方法是使用已知的RAS突变肿瘤抗原通过疫苗接种引起T细胞应答。

Targovax公司开发的名为 TG-01的针对RAS突变的PDAC患者的I/II期临床试验显示出患者免疫反应增强，总生存期延长。其第二代疫苗TG-02已用于治疗结直肠癌患者，但尚未公布结果。默沙东针对KRAS突变的mRNA疫苗也已开始临床试验，且该疫苗可与派姆单抗联用。

未来发展方向

KRAS-G12C等位基因特异性抑制剂将改变RAS驱动肿瘤的治疗前景。这些抑制剂有望成为FDA批准的RAS突变型肿瘤的首批治疗剂，并将用于治疗由RAS突变驱动的难治性癌症，例如PDAC，CRC和LUAD。尽管这些抑制剂的开发振奋人心，但新的挑战和问题也将出现。

首先，RAS中的每个变异都有独特的生化特性，这些特性将决定对治疗方法的不同反应。例如，使用RMC-4550抑制SHP2可以有效治疗具有KRAS G12突变的细胞，并且对KRAS G12C比对KRAS G12D或KRAS G12V更有效。该观察结果表明，SHP2和KRAS-G12C抑制剂的组合将是一种有效的治疗策略。在开发联合疗法时，有必要了解特定突变体RAS密码子的要求和抑制剂对这些等位基因的反应。

其次，肿瘤类型会极大地影响缓解率，RAS突变的CRC和PDAC对MAPK抑制剂或免疫检查点封锁的反应很小。AMG 510试验的早期数据表明，CRC比LUAD更难治疗，表明CRC需要使用联合疗法。

第三，第三，从经验来看，联合疗法容易有毒副作用，且安全性较差。然而，AMG 510并未观察到剂量限制性毒性，并且突变体特异性疗法应具有有限的脱靶作用。等位基因特异性抑制剂（毒性低）可以与毒性更大的其他抑制剂组合使用，而不会遇到像PI3K和MEK抑制剂组合那样将两种有毒化合物组合在一起所观察到的问题。

总的来说，FDA对RAS靶向疗法AMG510开放快速通道，这是一个激动人心的时刻，让我们对成功治疗RAS突变癌症重新燃起了希望。

参考链接：

https://www.nature.com/articles/s41573-020-0068-6