癌症即将成为人类预期寿命增长的最大阻碍：2040年，全球癌症负担将达到2840万例，比2020年的数据高出47%。
KRAS基因是人类恶性肿瘤中最常发生突变的癌症基因之一，大约在1/7的人类癌症中可以检测到这一突变。从历史上来看，靶向KRAS突变一直十分富有挑战性，一度被认为是“不可成药靶点”，然而随着临床前实验进展以及第一个KRAS G12C抑制剂Sotorasib的快速开发，开启了KRAS药物治疗的新时代。
今天我们就一起回顾KRAS靶点的成药之旅，并探寻未来发展路径。
01、首次发现KRAS
1964年，JenniferHarvey博士观察到：感染莫洛尼氏白血病病毒(MLV)的大鼠会被快速诱导产生肉瘤；1967年，Werner Kirsten教授发现大鼠接种成红细胞增多症病毒后也会出现类似转化。因此，这些逆转录病毒转化基因被分别命名为Ha-ras和Ki-ras——其中“ras”是大鼠肉瘤的首字母缩写。
尽管早在1969年人们就已经创造了“癌基因”这一术语，但是直到1982年，人们在人类膀胱癌和肺癌细胞中首次发现了和Ha-ras和Ki-ras基因同源的DNA序列，才正式确认其为人类癌基因HRAS和KRAS。
1983年，人们在人类神经母细胞瘤中发现了ras的第三个家族成员：NRAS；1984年，人们在一位66岁的鳞状细胞肺癌男性患者肿瘤组织中首次发现了明确激活的KRAS突变G12R突变位点。这些最早期的研究都证实：KRAS致癌基因的激活和人类的癌症发生有着特殊且复杂的联系。
KRAS之所以被称为“癌症靶向药的圣杯”。
第一，在癌症患者群体中KRAS基因突变比例高，大约在1/7的人类癌症中可以检测到这一突变；
第二，肿瘤生长强烈依赖KRAS基因突变路径但是正常细胞并不依赖这一途径，这就使其成为靶向药物治疗的一个完美选择。
KRAS药物发展历史大事件
02、KRAS介导信号通路
KRAS激活导致三个主要下游通路信号传导，分别为：MAPK激酶通路、PI3K-AKT-mTOR通路以及肿瘤侵袭和转移诱导蛋白1(TIAM1-RAC)和RAS相关蛋白(RAL)通路。
MAPK激酶通路：由RAS、RAF、MEK和ERK磷酸化组成，调节细胞周期和细胞增殖，在相关突变机制的作用下，可以促进细胞增殖和分化；
PI3K-AKT-mTOR通路：PI3K通路在RAS突变中经常上调，从而促进细胞存活并增加其抗凋亡的能力；
TIAM1-RAC和RAL通路：TIAM1-RAC通路参与细胞骨架重排和细胞迁移，RAL可促进细胞迁移以及RAS依赖性肿瘤生长。
靶向KRAS信号通路的药物设计
因此，在正常情况下，KRAS介导了细胞周期中几个关键环节。但是，当KRAS基因突变则可能通过多种激活路径促进癌症发生。
03、多种癌症中的KRAS突变
尽管有1/7的人类癌种中有KRAS突变，但是不同癌症中KRAS突变的频率并不相同。
其中，胰腺癌中KRAS突变频率最高，超过85%；其次是结直肠癌，大约40%，非小细胞肺癌和胆管癌，分别约为30%和20%。
呼吸消化系统癌症中KRAS突变率
肺腺癌：最常见的KRAS突变为KRAS G12C，占肺腺癌的14%，其次是G12V；值得注意的是在吸烟的肺癌中最常见的KRAS突变为G12C（44%），但是在不吸烟患者中G12D却是最常见的突变（56%）；
胰腺癌：KRAS G12D和G12V是主要突变，分别占所有KRAS突变的40%和32%；
结直肠癌：右侧结直肠癌易发生KRAS突变，G12突变约占所有KRAS突变的65%，和胰腺癌一样，G12D和G12V是最常见的突变。
正是因为KRAS突变在多种恶性肿瘤中都存在，因此针对KRAS突变有望对多种癌症进行治疗。
另外，后续研究证实KRAS突变也会影响肿瘤微环境，KRAS突变被认为是导致胰腺癌普遍免疫抑制肿瘤微环境的关键因素。KRAS突变会促进免疫抑制细胞因子如CSF-1、IL-4、IL-6的释放，促进肿瘤免疫抑制环境的形成；KRAS突变也会诱导肿瘤炎症反应，从而诱导和增加癌细胞的突变频率。这些都证实KRAS突变可以独立或者和其他突变一起影响肿瘤生长、肿瘤微环境形成和肿瘤免疫治疗反应。
04、靶向KRAS治疗
既然KRAS在肿瘤发展中有着如此重要的作用，那么针对其相关通路进行治疗应该可以取得不错的效果，但历史并非如此一帆风顺：在相当长的时间内，靶向KRAS突变药物都未取得成功。这主要有以下3个原因：
首先，RAS分子和其他大量可用的细胞质GTP结合蛋白具有亲和力，这使得竞争性抑制剂的开发有着相当大的挑战性；
其次，RAS蛋白表面光滑，没有可药物表达或结合的位点；
最后，RAS有着多个上游和下游调节机制，这使得肿瘤可以绕过相关的信号通路从而产生耐药性。
选择性抑制突变型KRAS
2013年，人们终于迎来了KRAS突变的开创性研究进展，来自KevanShokat博士的实验室的研究人员确认了KRAS G12C突变蛋白中开关II区域后面的变构结合位点，这种开关II变构结合位点仅见于G12C突变蛋白，从而使得其成为药物开发的目标。随之而来就是Ibrutinib和Dacomitinib等药物的开发。这些研究在取得进展的同时，也推动了相关临床试验活性药物的开发。
由sSotorasib(AMG510)和Adagrasib(MRTX849)领导的选择性KRAS G12C抑制剂的开发产生了直接而深远的临床影响。Sotorasib和Adagrasib都是口服生物小分子，它们在GDP结合状态下选择性且不可逆地结合KRAS G12C，将其锁定在其非活性构象中。
2种相关药物的结构
这两种药物尽管在跨肿瘤治疗中都观察到一定的反应，但是单一的疗法被证实在非小细胞肺癌中最有效。
目前，Sotorasib被批准用于KRAS G12C突变的非小细胞肺癌患者，但是仍旧缺乏靶向其他KRAS突变的药物。目前正在进行临床试验的药物包括靶向KRAS G12D的非共价抑制剂MRTX-1133以及阻断多个路径的RMC-6236，期待这些研究可以为KRAS其他突变通路的肿瘤患者带来新的治疗选择。
抑制KRAS下游信号通路
除了直接针对KRAS药物开发相关药物外，目前也有几项研究针对KRAS突变下游信号通路进行研究。
MAPK通路中关键的一种酶——细胞周期蛋白D激酶，针对该治疗靶点的药物有Palbociclib、Ribociclib和Abemaciclib等。在一项1期研究中，Abemaciclib在KRAS突变NSCLC中显示出55%的疾病控制率和2.8个月的中位无进展生存期；除此之外，其余涉及KRAS通路的其他抑制剂，比如ERK抑制剂Ulixertinib(BVD-523)、Temuterkib(LY3214996)、Rineterkib(LTT462)和JSI-1187等药物，也在进行胰腺癌、结直肠癌和非小细胞肺癌等肿瘤的临床试验。
抑制上游信号通路
在KRAS突变的上游信号中，EGFR抑制剂、SOS1抑制剂、SHP2抑制剂等均取得了一定的进展。
EGFR抑制剂，一个较为直接的例子就是EGFR抗体西妥昔单抗和帕尼单抗仅适用于KRAS野生型结直肠癌患者。随着KRAS突变抑制剂的出现，多药物联合展现出了一些希望，在一项研究中，32名KRASG12C结直肠癌患者接受阿达格拉西与西妥昔单抗（一种EGFR导向的单克隆抗体）联合治疗后疾病控制率达到了100%。
RAS的“开”和“关”的状态很容易受到其上游信号SOS1的影响，目前已经有多款SOS1抑制剂正在开发中，BAY-293是第一个在KRAS野生型和G12C突变细胞系中显示出RAS介导的信号传导减少的SOS1抑制剂；另一种靶向SOS1的化合物BI-3406在KRAS G12X突变细胞系中具有体外活性。
RTK激活SHP2可以促进GEF介导的RAS-GTP相互作用并激活RAS-RAF-ERK通路。SHP099是第一个口服生物可利用的变构SHP2抑制剂，在RTK驱动的异种移植模型中表现出体内抑制活性；随后多项研究表明，在多种临床前KRAS突变癌症模型中，SHP2抑制可预防适应性耐药并与MEK抑制剂协同作用。
除了上面这些通路之外，KRAS突变也可以改变免疫微环境，因此通过使用KRAS抑制剂或许可以打破肿瘤免疫微环境的束缚。在免疫原性小鼠肺癌模型中，KRAS G12C抑制被证明可上调干扰素信号传导、增强CD8+T细胞浸润和与免疫检查点抑制的协同作用。目前有更多的临床研究正在招募患者，以确认靶向KRAS突变的相关药物是否可以促进免疫疗法的治疗效果。
自从FDA批准了第一个KRAS G12C抑制剂上市以来，KRAS抑制剂的开发就引起了人们极大的关注，未来我们仍然需要进一步了解药物耐药机制和脱靶效应，并开发更多的KRAS突变药物。
同时随着其他疗法尤其是免疫药物的崛起，KRAS抑制剂的联合疗法也提上日程。相信随着时间的推移，我们将看到更多针对KRAS突变恶性肿瘤的多种广泛且个性化的疗法出现。
参考资料：
Parikh,K.,Banna,G.,Liu,S.V.etal.Drugging KRAS: current perspectives and state-of-art review. JHematolOncol15,152(2022).
https://doi.org/10.1186/s13045-022-01375-4
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