近40年前，人类原癌基因首次揭开了神秘的面纱：RAS基因作为第一个被确认的人类癌症元凶，最早在两种鼠肉瘤病毒中被发现，并于上世纪80年代初被确认与导致人类膀胱癌的基因相同。这一发现为人类肿瘤机制研究带来了革命性影响。该基因进化保守且机制、结构特殊，超过30%癌症患者体内都会表达该基因突变。数十年来，科学家已就EGFR、BCL等常见原癌基因，开发了数代抑制剂类靶向药物；但上市新药中， RAS靶向抑制剂的身影却依然缺位。
就在2019开年之际，生物新锐Mirati Therapeutics传来好消息，其原创新药MRTX849正是靶向RAS家族特定突变体KRAS G12C蛋白，目前该项目管线已进入1/2期临床试验，治疗携带相关基因突变的晚期实体瘤患者。
▲Mirati药物研发副总裁Matthew Marx博士
探秘史上最难成药的原癌基因堡垒
美国科学院院士、细胞疗法教父Carl June教授曾在《新英格兰医学杂志》撰文，他将突变的RAS基因描述为一种神奇的药物靶标，因为该突变广泛表现于多种肿瘤组织，且多发生于癌症早期；但长期以来，相关小分子靶向药、抗体药、疫苗的研发却挑战重重，因此他认为在过去很长的时间内，RAS家族是一种“不可成药的蛋白（The Undruggable RAS）”。
RAS（Rat Sarcoma）家族蛋白广泛表达于各类真核生物，有两种表现形式：非激活状态下GDP（二磷酸鸟苷）结合形式和激活状态下的GTP（三磷酸鸟苷）结合形式。RAS蛋白正是通过两种表现形式之间的切换，来调控包括RAF-MEK-ERK、PI3K/Akt/mTOR在内的多个下游通路，从而影响细胞的生长和分化，以及肿瘤的发生和发展。RAS基因在胰腺癌、结直肠癌、非小细胞肺癌等多种癌细胞中突变率极高，还会使患者对其他靶向药物产生耐药性。
对于RAS蛋白的突变形式和信号通路研究，近年来分子生物学已取得重大进展，然而开发相关的靶向药物却依然挑战重重。在化学药开发方向，由于RAS蛋白结构平滑，其表面结合小分子的疏水性口袋并不明显；在生物药开发方向，抗体药穿透细胞膜靶向RAS蛋白，药物递送效率也有很大的提升空间。所以不少研究者曾试图另辟蹊径，希望研究药物抑制RAS蛋白与SOS1或RAF等下游信号蛋白的结合等，然而相关研究合成的先导化合物与RAS蛋白亲和性却不尽人意。
目前人们发现RAS家族蛋白主要分为三大类：KRAS、HRAS、NRAS，其中的KRAS突变比例超过80%，多数KRAS基因突变发生于12号密码子。Mirati药物研发副总裁Matthew Marx博士表示：“MRTX849的靶标正是KRAS G12C突变蛋白，该突变在肺癌、尤其是非小细胞肺癌中比例较大（14%）；此外还在一些结直肠癌（4%）、胰腺癌（2%）患者体内表达。在美国癌症人群中，该基因突变发生率甚至大于ALK、RET、TRK基因突变总和，因此相关病患人群中存在重大未满足的医学需求。”
千里挑一：超级小分子共价结合“不可成药蛋白”
面对KRAS蛋白成药性的难点，Mirati从基础科学的最新进展中找到了突破口。Matthew Marx博士回忆起最初找到新发现的惊喜：“加州大学旧金山分校Kevan Shokat教授，曾带领其团队在知名刊物发表论文，验证特殊化合物可通过共价键绑定KRAS G12C突变蛋白。由此启发，我们通过进一步研究证实Kevan Shokat团队的发现，可通过共价化合物靶向KRAS突变基因12号密码子编码的半胱氨酸，并填满II号分子开关区域一个可扩张的疏水结合口袋，被绑定的KRAS G12C突变体会被不可逆地锁定在失活状态，从而阻断依赖该蛋白的信号通路和癌细胞生存能力。”
▲KRAS G12C抑制剂成药机制（图片来源：Mirati官网）
从学术成果到可验证的实验模型，再到最终实现转化医学的成果，是一个漫长又充满挑战的过程。Matthew Marx博士表示要对靶蛋白实现高效、特异性的结合效果，必须要寻找分子量较大的化合物，同时还要保证优秀的成药性：“我们要在与靶蛋白结合的亲和力、反应性、选择性和药代动力学属性等各个方面达到平衡，还要保证该化合物的高特异性，不会绑定其他蛋白从而避免脱靶毒性。而从学术研究到临床转化的道路上，Matthew Marx博士肯定了药明康德研究服务部药物研发国际服务部（IDSU）和化学服务部（CSU）团队为MRTX849化学合成做出的努力与贡献。
2017年底，Mirati鉴定出两个临床前候选药物（Preclinical candidate），药明康德IDSU武汉FTE-Mirati团队协助合作伙伴，为关键的动物毒理实验各合成80克化合物，其中一款被成功选中推入临床。“从提名临床前候选药物到该项目最终进入临床试验仅历时1年左右，”Matthew Marx博士说道：“这也得益于药明康德测试事业部旗下，专门针对新药临床前研究项目成立，整合了临床前一体化分析测试服务的WIND（WuXi IND）平台。”
▲非小细胞肺癌、结直肠癌患者体内KRAS和KRAS G12C蛋白突变比例分析（图片来源：Mirati官网）
RAS蛋白研究复兴，前沿疗法蓄势待发
MRTX849的1/2期临床试验中，首位患者已于今年1月入组。谈到临床进展，Matthew Marx博士预计今年下半年可公布第一阶段研究的初步数据：“此次启动的1/2期临床试验，在KRAS G12C阳性的晚期实体瘤患者中展开，评估MRTX849作为单药疗法的效果，包括安全性、耐受性、药代动力学、和初步抗肿瘤活性。我们希望首先确认单药疗效，然后再在未来考虑与其他药物和疗法联用。”
在小分子靶向药物之外，还有不少研究者将目光瞄准了针对RAS蛋白的其他前沿疗法，包括开发合成致死抑制剂、RNA干扰疗法、T细胞过继疗法等。《自然》杂志曾刊登丹娜-法伯癌症研究所William C. Hahn教授团队的基础研究，证明TBK1蛋白可能通过NF-κB通路产生促生存信号，在动物实验中显示出与KRAS蛋白对肿瘤细胞的合成致死作用。关于RNA干扰疗法，美国MD安德森癌症中心利用人体内CD47外泌体蛋白作为递送载体，特异性靶向胰腺癌KRAS突变蛋白，改善了小鼠模型的总生存期。肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte）疗法的进展，则主要来自癌症免疫泰斗Steven Rosenberg博士团队，从肺部肿瘤中分离靶向KRAS G12突变的肿瘤浸润淋巴细胞，修饰、扩增、筛选后回输到患者体内，显示该细胞过继疗法可使肿瘤消退维持数月之久。
谈到这些不同方向的前沿疗法，Matthew Marx博士觉得整个团队有幸处于一个新发现蓬勃喷涌的时代：“经过医学界30余年的不懈努力，我相信未来会有KRAS抑制剂问世，这不仅包括更多选择性绑定KRAS G12C突变的共价化合物，也会看到针对其他KRAS G12突变亚型的靶向药物或尖端疗法。希望更多优秀的疗法能取得坚实的临床前验证数据，并最终进入临床管线，成为广谱抗癌疗法上市，并为病患造福！”
参考资料：
1. Drugging the Undruggable Ras – Immunotherapy to the Rescue?/, Retrieved December 8, 2016, from https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMe1612215
本文仅供医学药学专业人士阅读
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