KRAS基因突变及靶向药物的研究进展

2021年2月18日发(作者：石韦胶囊)

KRAS
基因突变及靶向药物的研究进展


Kirsten
大鼠肉瘤病毒癌基因（
Kirsten rat sarcoma viral
oncogene
，
KRAS
）突变是多种肿瘤中最常见的致癌 因素之一，会
导致
KRAS
的持续活化，进而促使细胞增殖癌变。多年来针对
KRAS
基因突变的靶向药物一直是研究的热点，
但至今仍未能研发出有效针
对
KRAS
基因突变的临床药物。
目前靶向
KRAS
的研究主要通过直接抑制突变的
KRAS
基因、
改变膜定位、
靶向
KRAS
效应信号通路及抑
制
KRAS
突变协同致死基因等机制。
本文即对
K RAS
基因突变肿瘤靶
向治疗药物的研究进展进行简要综述。

RAS
蛋白是一类鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，具有
GTP
水解酶活性，当
其与
GDP
结合时，
处于非激活状态
(
关
)
，
而与
G TP
结合时被活化
(
开
)
。
鸟嘌呤核苷酸转换因子
(guanine nucleotide exchange factors,
GEFs)
促进
GTP
与
RAS
结合，继而激活多条信号通路，如
RAF- MEK-ERK, PI3K-AKT-mTOR
和
Ral-GDS
等，
调节 肿瘤的生长、
增殖、
分化、
和凋亡等生命过程。
Kirsten
大鼠 肉瘤病毒癌基因
(Kirsten
rat sarcoma viral oncogene, KRAS)
是
RAS
家族中最重要的基因，
且
KRAS
突变是多种肿瘤中最常见的致癌因素之一。
KRAS
一旦发生
突变， 就会丧失
GTP
水解酶活性，进而持续活化，促使细胞持续增
殖而癌变。
KR AS
在胰腺导管腺癌
(pancreatic ductal
adenocarcinoma, PDAC)
中的突变率最高，达
97%
，其次为结直肠


癌、多发性骨髓瘤和肺癌，分别为
52%
、
42%
和
32%[1]< br>。
KRAS
基
因突变的最常见方式是点突变，常见的突变形式有
KRA S-G12D
突
变
(41%)
、
KRAS-G12V(28%)和
KRAS-G12C(14%)
突变
[2]
。在非小
细胞肺癌
(non-small cell lung cancer, NSCLC)
中，最常见的是
G12C
点突变
[3]
。研究人员一直在寻找能够干扰
KRAS与
GTP
结合
的药物，
以阻断突变型
KRAS
基因的致 癌作用，
但由于
KRAS
蛋白结
构的特殊性，
至今为止，
临 床上尚无有效治疗
KRAS
突变肿瘤的药物。
目前靶向
KRAS
基因 突变的机制主要有直接抑制突变的
KRAS
、
靶向
KRAS
下游信号 通路中的各种效应因子、
抑制
KRAS
突变协同致死基
因等。
本文对 近年来靶向
KRAS
基因突变肿瘤的药物治疗研究进展作
一简要综述。

直接抑制突变的
KRAS
KRAS G12C
抑制剂对于直接的
K RAS
抑制剂，最初的研究尝试通过
竞争性抑制
GTP
与
KRAS< br>结合来抑制
KRAS
活性，但相较于
GDP
，
GTP
在细胞内浓度更高，
GTP
与
KRAS
的结合能力更强，且
KRAS
蛋白的结构相对平滑，缺少能够与小分子抑制剂结合的深“口袋”，使
得直接抑制
KR AS
基因在临床上有困难。
近年来，
随着新结合位点的
发现及抑制剂的优化，
直接的
KRAS
抑制剂得到发展。
Ostrem
等
[4]< br>发现了
KRAS G12C
的不可逆变构抑制剂，
该化合物直接与
KR AS
上
的变构口袋
S-
Ⅱ
P(switch-
Ⅱ

pocket)
结合，逆转
KRAS G12C
对
GDP
和
GTP
的亲和性，使得
KRAS G12C
更易与
GDP
结合，促使


KRAS
失 活。
Lim
等
[5]
报道了另一种
KRAS G12C
抑制 剂
SML-10-70-1
，它是一种具有细胞渗透性的前药，能够在不影响正
常KRAS
的情况下，
与
KRAS
基因的鸟苷酸结合位点结合，
使
KRAS
基因处于失活状态。等位基因特异性靶向化合物
ARS-853
是一 种新
型强效抑制剂，能够特异性靶向
KRAS-G12C
的结合口袋及交换口
袋，与
GEFs
竞争结合
KRAS G12C-GDP
，使
KRAS G12C
一直处于
与
GDP
结合状态，显著减少
KRAS-GTP< br>，抑制
KRAS
与下游信号分
子的相互作用
[6-7]
。虽然 这些化合物能够在体外抑制突变的
KRAS
肿瘤，但其在体内能否发挥作用仍然未知。
Janes
等
[8]
的研究表明，
化合物
ARS-1620
在体内也可靶向抑制
KRAS G12C
，
且具有高效能
和高选择性，表现出新一代
KRAS G12C特异性抑制剂的治疗潜力。
进一步研究显示，
KRAS
直接抑制剂的效能可能受内 源性耐药的影响
[9]
，与其他药物联合应用可提高其效能。
ARS-1620
的耐药机制包
括有丝分裂原活化蛋白激酶
(mitogen-activated protein kinase,
MAPK)
通路的激活及诱导
PI3K-AKT< br>通路失活的功能丧失，故在
ARS-1620
耐药的体内和体外模型中，联用
A RS1620
与
PI3K
抑制
剂可有效预防耐药
[10]
。

AMG510
是首个进入临床试验
(NCT03600883)
的
KRAS G12C
口服
抑制剂，
其与
KRAS- GDP
结合的效能为
ARS 1620
的
10
倍。
Cano n
等
[11]
的体外研究表明，
AMG510
可缩小
KRA S G12C
突变肿瘤的
体积。该药物的Ⅰ期临床研究
[12]
招募了接受≥
2
线治疗的
KRAS


G12C
突变晚期实体 瘤患者
35
例，
在
10
例可评估的
NSCLC
患者 中，
5
例患者肿瘤缩小
(PR)
，
4
例患者病情停止进展< br>(SD)
，
表明
AMG510
在
NSCLC
患者中的 客观缓解率
(objective response rate, ORR)
达
50%
，
疾病控制率
(disease control rate, DCR)
达
90%
。
入组
NSCLS
患者扩增 至
23
人后
ORR
为
48%
，
DCR
达< br>96%
，与治疗相关的不
良事件发生率为
35.3%
，
表明人 数增加后
AMG510
仍然表现出与之
前一致的安全性、耐受性和疗效
[13 ]
。也有学者报道多例患者接受
AMG 510
治疗超过
6
个月且疗 效稳定
[14]
。该药物的治疗缓解持续
时间仍值得继续研究。
目前Ⅰ期试验 着眼于
AMG 510
单一疗法，
对
于肿瘤产生治疗耐药的问题，还需要更多 联合疗法的临床研究。

口服小分子抑制剂
MRTX849
的临床前研究显示，
在
KRAS G12C
阳
性细胞系和患者来源的异种移植模型中，
应用
MRTX849使肿瘤明显
消退
[15]
。其Ⅰ期临床研究同样取得了令人欣喜的结果
[ 16]
，在
NSCLC
患者中
ORR
为
50%
，< br>DCR
达
100%
。
KRAS G12C
抑制剂
JN J-74699157/ARS3248
已进入临床研究阶段。

泛
KRAS
抑制剂

除
KRAS-G12C
外，其 他
KRAS
突变亚型如
KRAS-G12D
、
KRAS-G12V< br>等在肿瘤的发展中也起重要作用。

RAS-GDP
与
RAS- GTP
的转换需要
GEFs
的参与，如
SOS(son of
se venless)
蛋白等。
特异性
SOS1
抑制剂可与
SOS1蛋白结合来抑制
所有
KRAS
突变亚型的活性，属于泛
KRAS
抑制剂。
Leshchiner
等


[17]
发现，
SAH-SOS1(stabilized alpha helices of son of
sevenless 1)
肽是具有高亲和性的
KRAS
结合配体，可以靶向作用于
KRAS
上的
SOS1
结合口 袋，
破坏
SOS1
与
KRAS
的相互作用，
在野
生 型和多种
KRAS
突变类型中均起作用。
Hillig
等
[18]< br>研究证明，小
分子抑制剂
BAY-293
能有效下调肿瘤细胞中的活性
RAS
，
在具有野
生型
KRAS
的细胞中，可完全抑制
RA S-RAF-MEK-ERK
通路。另一
种泛
KRAS
抑制剂
BI1 701963
，
在临床前研究中与
MEK
抑制剂联用，
能够显著影响
KRAS
信号传导，
并通过互补作用机制提高抗肿瘤活性
[19]
。 其单药应用及与
MEK
抑制剂曲美替尼联合应用已进入临床研
究，有望进一步提高疗效 。

KRAS
蛋白的激活还需要效应因子的参与，
Welsch
等< br>[20]
发现了一
种小分子配体，
能够与
KRAS
结合，破坏
KRAS
蛋白与其效应因子的
相互作用，
从而抑制突变的
K RAS
基因，
这种小分子配体有待进一步
研究。

对外泌体进行修饰 ，可能为
KRAS
突变胰腺癌的治疗带来新的思路。
外泌体为细胞分泌的细胞外囊泡， 其可递送
RNA
干扰
(RNA
interference, RNAi)< br>，
在体内迁移并进入癌细胞。
用经过基因修饰的
外泌体作为载体，针对
KRAS G12D
突变体的小干扰
RNA(siRNA)
或短发夹
RNA( shRNA)
进行包裹与递送，使其在体内靶向
KRAS
G12D
，可有效抑制肿瘤细胞生长
[21]
。



改变膜定位

KRAS
作为一种分子开关，
定位于细胞膜 ，
调节细胞内下游信号网络。
KRAS
的膜定位由多种酶调节，如法尼基转移酶
(farnesyltransferase)
、香叶基转移酶、
RAS
转换酶1(RAS
converting enzyme 1
，
RCE1)
、 异戊烯半胱氨酸羧基甲基转移酶抗
体
(isoprenylcystein carboxyl methyltransferase
，
ICMT)
等。与
KRAS
蛋白相比，法尼基转移酶更适合成为药物靶点。在法尼基蛋白
转移酶抑制剂
(farnesyl transferase inhibitor, FTI)
中，一代的
Tipifarnib (R115777)
和二代的
Salirasib
虽然在体内与体外模型中均
可抑制法尼基转移酶的活性
[22]
，
但在Ⅱ期临床实验中未能表现出临
床效 应。
进一步研究发现，
这种无效性可能是由于
KRAS
蛋白被香叶
基 转移酶选择性修饰，
出现
KRAS
基因扩增或脱靶效应
[23]
。已 在小
鼠模型中证明
CAAX
加工酶
RCE1
和
ICMT的抑制剂有效，但仍需
进一步研究。两种法尼基化结合伴侣，即磷酸二酯酶
-6
δ
(phosphodiesterase-6
δ
, PDE6
δ
)< br>和半乳糖凝集素
-3
，被发现参与
KRAS
法尼基化过程，
已 成为
KRAS
基因突变治疗的新靶点。
PDE6
δ
抑制剂，即苯并咪 唑衍生物
Deltarasin1
，可破坏
KRAS
与
PDE6δ
的相互作用，使得
KRAS
无法定位于细胞膜
[24]
。第二 代的
PDE6
δ
抑制剂具有更低的毒性和更高的选择性，
能够更有效地抑制< br>KRAS
突
变肿瘤
[25]
。
但
PDE6
δ 会与多少种法尼基化蛋白相互作用目前并不明
确，
这可能会使
PDE6
δ抑制 剂对目标
KRAS
蛋白缺乏足够的选择性。



靶向
KRAS
效应信号通路

抑制
RAF-MEK-ERK BRAF
是一种丝氨酸
/
苏氨酸激酶，
是
MAPK
途
径中的第
1
个激酶，被与
GTP
结合的
KRAS
基因募集 到质膜并激活
后，活化下游效应因子。
BRAF
抑制剂达拉非尼
(Dabra fenib)
和危罗
非尼
(Vemurafenib)
已被批准用于
BARF
突变的转移性黑色素瘤的治
疗
[26]
。
有证据表明单用达 拉非尼对
BARFV600
突变型
NSCLC
有效
[27]
，
但单用
RAF
激酶抑制剂在
KRAS
突变的细胞系中表现不佳[28]
。
因为根据
MAPK
悖论
(
反向激活
)
，抑制
BRAF
会诱导
ERK
磷酸化，
导致
KR AS
突变患者耐药
[29-30]
。
Sanclemente
等[31]
研究发现，
CRAF
在
KRAS
突变的肺癌中起关键作 用，
在
KRAS/Trp53
突变的晚
期肺腺癌中，消融
CRAF< br>使肿瘤消退，且不会抑制
MAPK
通路，能
够减少毒性，
而消融
BRAF
则无明显作用，
说明
CRAF
是具有潜力的
治疗靶点。< br>
MEK
是
KRAS
和
BRAF
的下游信号，
是
MAPK
信号级联的下游效应
因子。
活化的
RAF
将磷 酸化双特异性激酶
MEK1
和
MEK2
的丝氨酸
/
苏氨酸残 基，激活
MEK
，进而激活丝氨酸
/
苏氨酸激酶
ERK
，从 而
激活转录因子，
促进细胞增殖。
由于
BARF
抑制剂未能达到良好 的临
床效果，故靶向
MEK
成为新的治疗选择。
MEK1/MEK2
抑制剂司美
替尼
(Selumetinib, AZD6244)
和曲美替尼
(Trametinib,
GSK1120212)< br>正处于
KRAS
突变的
NSCLC
的治疗研究中。临床前
期研 究和动物实验表明司美替尼可抑制
BRAF
和
KRAS
突变的肿瘤生


长。司美替尼
/
多西紫杉醇Ⅱ期研究亚组分析表明，
KRAS G 12C
和
G12V
突变的肿瘤可能对司美替尼更敏感
[32]
。2017
年报道的针对
KRAS
突变
NSCLC
患者的随机Ⅲ期 临床试验显示，司美替尼和多西
紫杉醇联用与多西紫杉醇单一疗法相比，
联用组在
OR R
方面有优势，
但未改善无进展生存期
(progression free sur vival
，
PFS)(3.9
个月
vs.2.8
个月
, P=0.44)
和总生存期
(overall survival
，
OS)( 8.7
个月
vs.7.9
个月
, P=0.64)[33]
。也有试 验显示，司美替尼与厄洛替尼
(Erlotinib)
联用治疗
KRAS
突变 型或野生型
NSCLC
，与厄洛替尼单
用相比，预后无明显改善
[34]。

MEK
抑制剂曲美替尼是一种口服的选择性
MEK1/MEK2抑制剂，
能
够有效抑制
MEK1
和
MEK2
，从而抑制
ERK1/2
磷酸化，起到抑制
肿瘤生长的作用。在针对
KRAS
突 变
NSCLC
的Ⅱ期临床试验
(NCT01362296)
中，曲美替尼和多 西紫杉醇组的
ORR
与
PFS
结果
相似
(ORR:12% vs.12%, P=1.00;PFS:12
周
vs.11
周
, P=0. 52)[35]
。
在
NSCLC
患者中进行的Ⅰ
b
期临床试 验结果，曲美替尼联合培美曲
塞的总
ORR
达
14%
，
而在
KRAS
突变的
NSCLC
患者中达
17%
；
曲< br>美替尼联合多西紫杉醇的总
ORR
达
21%
，
KRAS
突变的
NSCLC
患
者中达
24%
，
曲美替尼联合用药的
ORR
较之前的研究更高
[36-37]
，
但仍需要进一步研究确认 结果。
MEK
抑制剂同样存在耐药的问题。
非受体蛋白酪氨酸激酶
2 (Src homology phosphortyrosyl
phosphatase 2
，
SHP2)
编码
PTEN 11
，对
KRAS
突变肿瘤在体内