幾十年來對於RAS訊號在癌症中的作用的基礎研究終於開始有了回報。Amgen和Mirati Therapeutics最近報告了他們各自的first-in-class小分子AMG-510和MRTX849在一系列帶有KRAS-G12C突變的實體腫瘤中的早期臨床資料。KRAS抑制劑不僅干擾腫瘤細胞的生長，而且似乎促進T細胞向腫瘤微環境的浸潤: 這是腫瘤生物學領域中的重要一步。但是仍然需要付出很大的努力將這些藥物納入持久的聯合療法中。“每個人都在思考這些東西的下一步”， 倫敦克里克研究所(Crick Institute)的Julian Downward說，“我們必須提前考慮”。其他KRAS突變也是重要的致癌因素，解決這些問題仍然是一個開放的領域。一些公司正在努力突破KRAS-G12C，但是還沒有一個進入臨床。
KRAS抑制劑研發歷程
RAS蛋白有3種亞型: KRAS、HRAS和NRAS，但由於它們光滑的表面缺乏明顯的結合口袋，很難被藥物靶向。KRAS是三者中最具臨床意義的，所有的KRAS都透過MAPK途徑或PI3K-AKT-mTOR 途徑將外界生長訊號傳遞到細胞核。當配體與受體酪氨酸激酶結合時，級聯反應啟動，導致RAS啟用，然後招募啟用RAF，隨後透過 MEK或PI3K傳遞訊號。
RAS蛋白起分子開關的作用，在啟用的“on”狀態和失活的“off”狀態之間迴圈。在其啟用狀態下，RAS與GTP分子結合，然後水解為GDP，從而觸發了與GDP結合的非活性構象。當RAS基因發生獲得性突變時，傾向於“始終啟用”的RAS構象，從而導致異常的生長訊號和不受控制的細胞分裂。95％的胰腺癌、45％的大腸癌和35％的肺癌與KRAS突變有關。
RAS的活性調節
KRAS-G12C突變是幾種重要的致癌突變之一，儘管它是成為當前藥物開發的重點，但並不是最普遍的突變。藥物研發人員最初靶向它的原因是因為G12C突變的特殊性。在此之前，由於其對底物GTP的超高親和力，化學家們一直拒絕開發競爭性抑KRAS製劑。但是，加州大學舊金山分校的Kevan Shokat使用基於片段的篩選方法，找到了一個與其活性位點分開的變構結合口袋，可以接觸小分子抑制劑。這一機制是間接的——僅在GDP結合的處於失活狀態的KRAS-G12C，並且依賴於在KRAS啟用和失活狀態之間的迴圈。抑制劑將KRAS-G12C鎖定在非活性GDP構象，從而導致GTP結合的活性KRAS-G12C耗盡。Shokat等人最初報道的KRAS-G12C抑制劑的親和力為毫摩爾級，但從那時起，幾個團隊已經發現了許多高親和力抑制劑，部分正在正在臨床試驗中。
KRAS抑制劑作用機制
這些抑制劑對帶有致癌突變的細胞具有極好的選擇性。Shokat將這種機制與抗生素和細菌靶標的相互作用類比。“對我來說，這是朝著傳染病策略邁出的第一步，在這種策略中，可以靶向想要殺死的細胞而有所專一”，Shokat說，他是Wellspring Biosciences和Revolution Medicines的聯合創始人，Wellspring Biosciences與強生(Johnson & Johnson)的Janssen生物技術部門合作開發臨床階段的KRAS-G12C抑制劑，Revolution Medicines也正在開發一系列靶向KRAS突變的臨床前分子。
KRAS抑制劑似乎是透過雙重機制起作用的，既可以直接殺死KRAS突變的癌細胞，又可以透過針對癌症的免疫反應間接抗腫瘤。目前為止，僅在小鼠的臨床前研究中報道了後者的機制。Amgen和其他科學家報道說，AMG-510在腫瘤微環境中產生了促炎性環境，當與PD-1抑制劑聯合使用時，可以持久治癒並保護其免受隨後的腫瘤復發。如果單獨使用任何一種療法，都沒有這些效應，這表明KRAS-G12C抑制作用可能會改善對抗PD-1藥物的反應。這與一些研究人員的預計是一樣的。Downward說：“有理由認為RAS在區域性抑制免疫系統。” 一項關於人源IgG4單克隆抗體nivolumab在肺癌中的關鍵試驗表明，具有KRAS突變的患者對該藥物的反應比那些沒有KRAS突變的癌症患者反應更差。此外，他的研究小組還報道，RAS透過抑制mRNA結合蛋白tristetraprolin的活性來促進PD-L1的表達，而tristetraprolin通常會抑制PD-L1的表達。考慮到CT-26小鼠模型對PD-1抑制過於敏感，因此需要謹慎解讀小鼠資料。同樣的聯合用藥能否在患者身上真正起效是另一個問題。“顯而易見，這是值得探究的！”
KRAS抑制劑潛在聯合用藥策略
Amgen和Mirati都計劃與PD-1或PD-L1抑制劑以及幾種其他藥物聯合試驗各自的化合物。儘管KRAS-G12C抑制劑可能是潛在的抗腫瘤藥物，但不太可能作為單一療法。Mirati的科學顧問，北卡羅來納大學教堂山分校的Channing Der說：“毫無疑問，它將產生抗藥性。” 他說：“這些抑制劑的美麗和詛咒都在於它們靶向突變型RAS。” “野生型RAS將被這些耐藥機制啟用，而這些抑制劑對野生型無效。” 他說，阻斷KRAS-G12C驅動的MAPK訊號傳導將導致依賴於MAPK的負反饋丟失，這將導致位於RAS訊號級聯上游的訊號節點啟用增加，並透過野生型KRAS產生更多的訊號傳導。
為了防止這種情況，一些公司正在開發所謂的“pan-RAS”抑制劑——抑制訊號級聯的上游分子來阻斷所有RAS訊號，包含SHP-2和SOS1。安進公司已經與Revolution Medicines合作試驗AMG-510和後者的SHP-2抑制劑RMC-4630。Mirati與Novartis也在聯合試驗MRTX849和後者公司的SHP-2抑制劑TNO155。勃林格殷格翰公司正在試驗SOS1抑制劑BI 1701963單用或與MEK抑制劑trametinib聯用。
部分臨床在研KRAS抑制劑
但是，仍然擔憂其可能存在毒性。Downward說，“目前，我仍然不確信治療指數從何而來。因為這些抑制劑靶向所有依賴該通路的細胞。” Revolution Medicines執行長Mark Goldsmith說，他的公司已經確定MEK抑制劑和SHP-2抑制劑在臨床前模型中具有高度協同作用。Goldsmith說：“我們有責任在患者身上證明這種活性”。其他潛在的組合候選藥物包括mTOR抑制劑和IGF-1R抑制劑。“在生長抑制方面，RAS抑制劑可以與mTOR抑制劑很好地聯合”，Downward說，“很明顯，IGF-1訊號一般在癌症中很重要”。
由於KRAS-G12C非常重要，特別是在肺腺癌中，大約有13％的病例發生G12C突變，但它不是最常見的KRAS突變。Der說：“就頻率而言，G12D和G12V排名第一和第二。” Revolution Medicines公司率先突破了KRAS-G12C突變。Revolution Medicines正在採用一種新穎的KRAS靶向技術，該技術可以解決KRAS上三個關鍵的突變位點，分別是12、13和61位，每個突變點都可以被六個不同的氨基酸取代。
人類癌症中RAS突變的頻率和分佈
“引起人類癌症的大多數致癌性KRAS突變都發生在這些突變熱點之一”，Goldsmith說，“碰巧彼此非常接近”。該方法最初是由Warp Drive Bio開發的，於2018年10月被Revolution Medicines收購。它利用免疫抑制性天然產物sanglifehrin A和親環蛋白A（一種參與蛋白質摺疊的伴侶蛋白）之間的結合相互作用。Revolution Medicines透過將不同的化學基團連線至sanglifehrin A的親環素A結合部分，生成複合表面，該表面可以阻止不同的RAS突變與RAF的相互作用。該公司的抑制劑可以與GTP結合的RAS活性構象結合，據說不容易受到上游途徑啟用驅動的耐藥性的影響。Revolution尚未透露何時將其“ KRAS(ON)”抑制劑推向臨床，但是Moderna及其合作伙伴默克公司已經在臨床試驗針對幾種KRAS突變的治療性疫苗，Mirati也將開始KRAS-G12D抑制劑的研究。