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Nature 重磅丨“不可成藥”標靶新突破!泛 KRAS 抑制劑震撼登場! 關閉致癌訊號、抑制腫瘤生長! 泛 KRAS 抑制劑成功抑制 98% KRAS 驅動的癌症!

Updated: May 23


KRAS 是癌症中最常見的突變蛋白之一,據估計, 7 個癌症病人中就有 1 個存在 KRAS 突變。 目前,僅  14% 的癌症存在上市標靶藥。其中, KRAS 作為驅動了  11.6%的癌症的 「罪魁禍首」,在過去長達幾十年的研究中由於 蛋白表面沒有適於小分子抑制劑結合的口袋,一度被認為是不可成藥靶點,直到 2021 年首款 KRAS G12C 標靶抑制劑 Sotorasib( AMG 510) 的獲批。

 

然而該抑制劑的作用依賴於 G12C 突變體特有的 半胱氨酸殘基,對於其他在癌症中占到更大比重的 KRAS 突變類型並不適用, KRAS 標靶藥仍有巨大的開發空間。

 

2023 年 5 月 31 日,來自美國紀念斯隆-凱特琳癌症中心 ( MSKCC ) 的研究團隊

Nature 發文 Pan-KRAS inhibitor disables oncogenic signalling and tumour growth ,報導了一種 泛 KRAS9 ( Pan-KRAS )抑制劑 ,可抑制多種常見的 KRAS 突變體,為癌症的治療開闢了更為廣闊的新方向。




▲ 點擊圖片查看原文



泛 KRAS 抑制劑的設計與 KRAS G12C 抑制劑相似,旨在能夠 與更多種類的 KRAS 突變蛋白結合,並將其鎖定在非啟動狀態,起到失活的作用。

 

研究基於 G12C 選擇性抑制劑 BI-0474 進行改造,去除共價彈頭 ( covalent warhead ) ,得到具有非共價抑制活性的 前體藥物 1 ( precursor 1 ) 。經過改造的分子抑制 G12C 的效力有所降低,但對其他 KRAS 突變體( G12D 和 G12V )的抑制作用顯著增加 ( IC50 ≥ 1 µM )

 

為進一步加強效價,研究團隊分析了 precursor 1 與野生型 KRAS 蛋白的結合的晶體結構,發現哌嗪環 ( Piperazine ) 在 E62 和 D92 位點的結合欠佳,因此嘗試在 C5 處引入受體功能 ( acceptor functionality ) 以增強 precursor 1 與 E62 位點的結合,改造得到 BI-2865

 

相較 precursor 1, BI-2865 對 G12C 、 G12D 和 G12V 突變 KRAS 蛋白的增殖具有更好的抑制效果,平均 IC50 約為 140 nM

 

 





 

▲ 可使常見致癌 KRAS 突變體失活的非共價抑制劑



基於 BI-2865 在多種 KRAS 突變體中的良好抑制作用,作者將 BI-2865 及其相關的化合物稱為 泛 KRAS( pan- KRAS ) 抑制劑或 KRASi

 

晶體解析結果顯示 KRASi 通過與 結合了 GDP 的 KRAS (非活性狀態)結合,阻止 GDP- GTP 交換實現抑制作用。並且對野生型細胞增殖影響很小,也不影響影 HRAS 和 NRAS 這兩個與 KRAS 結構相近的蛋白的正常功能,對人體的副作用較小,是一種優秀的 泛 KRAS 非活性狀態選擇性抑制劑

 




▲ 泛 KRAS 抑制劑選擇性抑制 KRAS

 


細胞實驗顯示, KRASi 在 39 種細胞系(包括肺癌、結直腸癌或胰腺癌)中,對 18 種 KRAS 突變類型顯示出抑制作用,並且同時也能抑制下游信號的傳導。 針對體內給藥進行優化,作者又改造得到 BI-2493,對 KRAS 具有更高的選擇性,成功抑制了 KRAS G12C 、 G12D  、 G12V 和 A146V 突變小鼠腫瘤的生長,且未檢測出明顯的生物毒性。




▲ 選擇性抑制致癌信號與 KRAS 驅動的腫瘤生長

 

 


總結

 

綜上,本研究報導了了一種 泛 KRAS 抑制劑,通過阻止 GDP-GTP 交換,使常見的致癌 KRAS突變蛋白(包括 G12A/C/D/F/V/S、G13C/D、V14I、L19F、Q22K、D33E、Q61H、K117N 和 A146V/T 等多個位點)失活,約占 KRAS 突變誘發的癌症中的 98% 。這種泛 KRAS 抑制劑具有良好的選擇性和低生物毒性,有望在未來的癌症治療中大顯身手,也為開發更多 KRAS 定向療法提供了藍圖,如 GTP 結合 KRAS 的小分子抑制劑和標靶嵌合體的蛋白水解,讓我們拭目以待吧!



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RAS 蛋白是一種單體 GTP 結合蛋白,具有 GTPase 活性,分佈於胞質中,結合 GTP 時未活化狀態,結合 GDP 時為失活狀態。30% 的人類惡性腫瘤與 Ras 基因突變有關,突變的 RAS蛋白與 GTP 永久結合,導致細胞持續增殖

 

PROTAC

 

PROTAC 是一種異雙功能小分子化合物,由兩個配體(泛素連接酶 E3 配體和與細胞中標靶蛋白結合的配體)通過 linker 相連,將目標靶蛋白和細胞內的 E3 泛素連接酶的距離拉近,利用 “泛素-蛋白酶體”途徑特異性的降解標靶蛋白。

PROTAC  是“不可成藥”靶點靶向藥物開發的一大利器。

 

 

KRAS是一種位於細胞膜上的蛋白質,對細胞訊號傳遞扮演著重要角色。它通過RTK-KRAS- MAPK訊號通路參與細胞生長的調控,當KRAS蛋白質的功能異常可能導致細胞異常增生,甚至癌化。科學家發現KRAS通過GAP水解GTP為GDP,並在GEF的幫助下轉換為GTP,從而在活化和非活化狀態間切換。但KRAS突變可能導致其持續活化,引起細胞不受控制地增生。抑制KRAS活性一直是科學家的研究重點。由於KRAS與GTP的高親和力和細胞內高濃度GTP,開發競爭性抑制劑極具挑戰。加之KRAS蛋白質表面缺乏明顯的藥物結合口袋,開發針對性藥物更是困難。

 

然而,近期研究帶來希望。即使KRAS突變持續活化,科學家發現其仍保有水解能力。特別 是在非活化狀態下的KRAS    G12C突變位置存在Switch II口袋,為藥物提供進入點。基於此,sotorasib和adagrasib等新型抑制劑被開發,其中sotorasib成為首個治療KRAS突變相關癌症的FDA上市藥物,adagrasib也取得FDA突破性治療認證,最新的Opnurasib   (JDQ-443)   的相關研究也正如火如荼的進行中。這些進展展示了對KRAS結構和功能深入理解的成果,也開啟了 針對以往不可成藥標靶(Undruggable)的新篇章。  

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