亮劍大魔王之一：RAS基因突變和藥物

RAS家族蛋白是一類小分子GTP酶，也是第一個在人類腫瘤中被鑒定出來的致癌基因，可廣泛參與細胞的生長、分化及腫瘤的發生和發展。RAS蛋白為膜結合型的GTP／GDP結合蛋白，位於細胞膜內側，與GTP結合時處於活化狀態；反之，與GDP結合時則為非活化狀態。

目前已知的RAS家族共有三個基因：KRAS，NRAS和HRAS。RAS酶的突變與腫瘤發生密切相關，在不同類型的腫瘤中，RAS突變類型也不同。在人類腫瘤中，KRAS突變是最為常見的，約佔85%，NRAS和HRAS分別佔12%和3%。

在美國，死亡率最高的三種癌症（胰腺癌、結直腸癌和肺癌）也恰好是RAS突變最多見的三種癌症，分別占這三種癌症患者數的95%、52%和31%。在胰腺癌、結直腸癌和肺癌中，KRAS突變占絕對多數，而NRAS突變多見於黑色素瘤和急性骨髓性白血病，HRAS突變多見於膀胱癌和頭頸癌。

不過，為什麼KRAS突變最常見，以及為何不同腫瘤中RAS突變發生幾率不一樣，目前還沒有一個很好的解釋。

三種RAS基因的突變均可能導致該酶的過度活化，即便沒有發生RAS突變，腫瘤的生成也可能因RAS上游（如EGFR）的突變而依賴於RAS活性。因此，RAS酶成為了重要的癌症治療靶點。

腫瘤對廣大的病友而言可謂是一頭兇猛野獸，一旦與其相遇，我們唯有拿出「亮劍」精神，全力搏擊，奮勇抗爭。抗腫瘤藥物就好比我們手中的武器，在鬥爭過程中，只有在恰當的時機選對恰當的武器，才有更多的機會戰勝腫瘤。

一部抗腫瘤藥物的研發史，就是一部「道高一尺魔高一丈」的鬥爭史。然而，自RAS蛋白被發現30多年以來，還沒有一個針對RAS的藥物被成功研發出來。迄今為止靶向RAS蛋白的抑製劑都是基於抑制GTP/GDP交換過程，並不能完全抑制RAS酶的活性，使得RAS蛋白一度被認為是「undruggable」的，RAS也因此被冠上了「不可藥用蛋白」的標籤。

不過，研究人員一直沒有放棄開發出RAS靶向抑製劑的努力。2013年美國國家癌症研究院（National Cancer Institute）專門提出一項倡議，對RAS「宣戰」。最近幾年對於RAS本身和RAS靶向藥物研究取得了較大的進展。

本篇跟大家分享RAS靶向藥物的研究進展。

文中將討論RAS藥物五個方向的研究進展。

• 首先關注的是直接抑制RAS活性的藥物前景；
• 其次，討論抑制RAS與細胞膜的結合是否是可行的方向；
• 第三，評估抑制RAS下游信號通路的藥物，這也是目前最有前景的方向；
• 第四，討論RAS突變的合成致死相互作用是否存在希望；
• 最後，描述了RAS介導的細胞代謝變化，評估這些變化是否可以用於新的治療方向。

既往RAS藥物研發歷程

三個RAS基因編碼了4個非常相似的蛋白質：KRAS4A、KRAS4B、HRAS和NRAS，它們都是一類叫「三磷酸鳥苷水解酶（GTP）」的東西。RAS基因的突變會導致GTP處於持續活躍狀態，激活下游信號通路，促進癌細胞生長。

最早的RAS藥物研發思路是尋找GTP的類似物以抑制RAS的活性，不過，由於RAS對於GTP的親和度很高，細胞內的GTP濃度極高，因此這一想法一直沒有取得成功。

此外，由於對RAS與GTP結合的活性位點的結構缺乏足夠了解，尋找能直接抑制活性部位的藥物的努力也失敗了。研究人員也嘗試過減少RAS與細胞膜的結合以抑制其活性。但是，由於當時誤以為4個RAS的功能完全一致，在體外研究中對於HRAS有效的藥物，在針對KRAS佔主導地位的癌症的臨床試驗中也遭到了失敗。

近年來，由於對於這四個RAS蛋白功能和信號調控的進一步認識，在吸取以往失敗經驗的基礎上，藥物研究又重新活躍了起來。

直接抑制RAS的活性

當1989年HRAS的晶體結構首先被報導時，科研人員發現在它的表面沒有一個明顯的結合GTP的「口袋」，這就讓想要直接抑制RAS活性的人感到無從下手。

近年來，通過大規模的化合物篩選，發現了一些有望直接對RAS產生作用的化合物。其中一些能夠抑制RAS與SOS1的結合，這能夠有效減慢RAS獲得GTP的速度，減弱它們的「親熱程度」；另一些能夠抑制RAS與下游信號蛋白如RAF的結合。不過，這些化合物與RAS的親和性都比較低，要在人體內產生效果，還需要找到更具親和性的化合物。

一些研究人員發現了一類能夠抑制KRAS的一個特定突變G12C的化合物。儘管G12C只佔所有KRAS突變的12%，但它在肺癌中的比例卻非常大。這類化合物能纏繞結合帶G12C突變的KRAS，並將其鎖定，「不能說話不能動」，它就不能再出來搗亂。其中一個化合物叫ARS-853，體外實驗中能夠抑制肺癌細胞的生長。

研究還發現，G12C這個突變和其它突變不同，帶G12C的KRAS的激活過程還與EGFR有關。因此，同時抑制EGFR和帶G12C的KRAS在理論上能在肺癌中產生更好的療效。這個思路類似於採用EGFR-Tki聯合ARS-853，共同控制KRAS突變。

發表在Cancer Discovery和Science上的兩篇文章都發現在多個KRAS-G12C表達的肺癌細胞內，使用ARS-853能顯著降低GTP結合的KRAS水平，以及抑制KRAS與下游信號分子的相互作用。這兩項研究都證明了ARS-853誘導癌細胞凋亡，Cancer Discovery還報道了2D和3D培養下ARS-853能抑制腫瘤細胞生長。

另外，這兩篇文章都發現ARS-853能抑制腫瘤細胞增殖，進一步證明了ARS-853對KRAS-G12C的特異性。最後，這兩篇文章都證明了ARS-853是一個特異靶向KRAS-G12C具有一定開發潛力的抑製劑。

還有一些研究人員報道了治療胰腺癌的新思路，通過靶向KRAS突變的「人工外泌體」來實現。外泌體是一種分布在人體血液、尿液系統的小囊泡，它比細胞小的多，但是含有很多的信號分子，被某種細胞吐出來，在人體內穿梭遊覽一番，又被另一種細胞吞併，被比作是人體的「聯邦快遞系統」，或者「百度外賣」。

小干擾RNA，是一種小片段的RNA分子，這些小片段RNA可以配對目標序列降解細胞中的目標RNA分子。如果可以在RNA這一環節阻斷影響癌症的基因，針對RNA干擾機制開發腫瘤藥物，也是一種治療思路。兩者合一，改造外泌體，並在外泌體里裝入特定的「小RNA」分子來治療胰腺癌，就成為一種可行的思路。

研究人員從人體細胞提取外泌體，然後改造它，裝入靶向KRAS基因G12D突變的小RNA分子，在外泌體上安插上一個CD47蛋白，這樣會避免被人體的巨噬細胞吞併，然後將這些「人工外泌體」注射到模型老鼠體內。結果顯示通過腹腔注射的「人工外泌體」優先被胰腺癌細胞吸收，並顯著抑制老鼠模型的腫瘤生長、轉移，延長了生存時間。

2016年12月8日，國際頂尖雜誌《NEJM》報道了免疫細胞治療專家Steven Rosenberg研究組的一項突破性的研究成果：從一個已經發生肺轉移的大腸癌患者的腫瘤組織里分離出了對突變的KRAS特異性作用的CD8+T細胞。這些T細胞在體外擴大培養後回輸到病人體內,將病人體內腫瘤一舉殲滅。

這項研究中，治療後40天的第一次隨訪中，CT顯示所有7個肺轉移瘤已經消退。在這些病變中，6個在治療後9個月完全消退或顯示出持續消退，並且已恢復健康的組織切片中也不存在活的腫瘤細胞，試驗成功證明了TIL細胞療法對KRAS突變的患者的效果，可能會讓更多的KRAS突變患者獲益。

這是第一個靶向RAS突變體治療腫瘤成功的案例，將不可能變成了可能，預示著以往無葯可治的KRAS突變現在有救了。

就連CAR-T先驅Carl June也在同期NEJM上寫了一篇題為「Drugging the un-druggable Ras—Immunotherapy to the Rescue」的文章，盛讚這一突破性成果。

抑制RAS與細胞膜的結合

研究發現，RAS的致癌功能與其在細胞內的位置有很大關係，當RAS位於細胞膜的內表面時活性最強。RAS轉移去細胞膜的過程中，第一個幫凶叫做法呢基轉移酶，這個幫凶結合在RAS的C端。因此，在上世紀90年代，抑製法呢基轉移酶的活性是RAS藥物研發的熱點，不過其中至少兩個藥物都在3期臨床中失敗了。

最近，通過計算機篩選可以直接抑制RAS與細胞膜結合的小分子，發現了一個潛在的藥物fendiline，它可以選擇性地減少KRAS4B與細胞膜的結合。

研究還發現這一通路中另一個潛在的靶點是磷酸二酯酶δ（PDEδ）。PDEδ可以結合RAS蛋白上的法呢基，並將RAS運輸到細胞膜。

研究發現了兩個小分子藥物deltarasin和deltazinone可以抑制PDEδ與法呢基的結合。在小鼠腫瘤模型中的實驗發現，這兩個藥物可以將RAS滯留在細胞內部從而抑制腫瘤生長。不過這兩個藥物對於RAS不是特異性的，它們有可能影響其它帶有法呢基的蛋白的轉運，因此其安全性還有待驗證。

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