KRAS ，全名 kirsten rat sarcoma viral oncogene ，隸屬于 RAS 原癌基因家族，編碼一種與細胞生長相關的 小 GTP 酶 ( small GTPase ) 。作為癌癥中最常見的基因突變位點，KRAS 突變（以 G12C 為主）會激活細胞不斷增殖，引起癌癥的發生。

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在過去的幾十年來，科學家們不斷的尋找著可以靶向抑制 KRAS ，阻斷其異常激活的藥物。但由于這種蛋白的表面十分平坦，難以找到合適的可以被藥物結合的位點，一直被認為是 不可成藥 的。

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2023 年 8 月 17 日，來自美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心 ( MSKCC ) 的研究團隊在國際頂級期刊 Science 發文， Chemical remodeling of a cellular chaperone to target the active state of mutant KRAS ，受到分子膠作用機制的啟發，基于天然產物開發了一種通過與親環蛋白 CYPA 形成三元復合物選擇性地靶向 KRAS ^G12C 的小分子抑制劑，為多種癌癥的治療提供了新方向，讓我們一起跟隨 T 仔來看看吧~

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盡管目前已研發出少量的 KRAS ^G12C 抑制劑，用于由 KRAS 突變引起的非小細胞肺癌、胰腺癌等癌癥的治療，如 sotorasib ( AMG 510 ) 和 adagrasib ^[1,2]。但它們靶向的均是鳥苷二磷酸 ( GDP ) 結合的 KRAS ^G12C 無活性形式，起效較為緩慢，并且具有耐藥的風險。

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在本研究中，研究人員將目光轉向了結合了 GTP 的 活性狀態KRAS ^G12C 。

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受到 分子膠（如環孢霉素 A 、雷帕霉素和 FK506 等天然產物）能通過與受體（如親免素FKBP12 ）結合改變蛋白構象，從而結合目標蛋白（如鈣調神經磷酸酶）形成三元復合物這一作用機制的啟發。

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作者關注到一種與 KRAS 效應器結合界面上的殘基具有良好靜電表面電荷互補性的親免素 親環蛋白 A ( CYPA ) 。而 Sanglifehrin A 是一種已知能以高親和力結合 CYPA 的天然產物。

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開發針對 KRAS ^G12C 活性狀態的三復合物抑制劑

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基于 Sanglifehrin A ，作者合成了一種工具配體(化合物-1，compound-1 )，包含sanglifehrin A 的 CYPA 結合基團和一個半胱氨酸反應彈頭，得到了最初的 CYPA:compound-1:KRAS^G12C 三元復合物。晶體結構表明，這種復合物中配體的大環化會降低構象熵并增加蛋白質接觸。因此又對該配體的結構進行了優化，包括引入吲哚取代基，酚羥基的去除，或是丙烯酰胺彈頭、炔酰胺彈頭修飾，最終得到了化合物 RMC-4998 。盡管靶向的是活性狀態 KRAS ^G12C ，但相較現有的非活性狀態選擇性抑制劑， RMC-4998 也具有更優秀的共價結合效率[酶失活速率常數 ( k _inact ) /抑制常數 ( K_I ) = 272,000 M^-1 s ^-1 ]。

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單獨的 RMC-4998 和 CYPA 均不能與 KRAS ^G12C 結合，但 RMC-4998 可以通過先與CYPA 結合改變其構象，形成 CYPA:RMC-4998 二聚體，再與激活狀態的 KRAS ^G12C ( KRAS^G12C-GTP ) 共價結合形成穩定的三元復合物，該三元復合物非常穩定，在生物物理測定和細胞實驗中半衰期超過 8 小時。并且 RMC-4998 具有良好的選擇性，既不結合非活性狀態的 KRAS ^G12C ( KRAS ^G12C - GDP ) ，也不影響野生型的 KRAS 、 NRAS 或 HRAS 。

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CYPA:RMC-4998:KRAS ^G12C 三元復合物的形成，可以 抑制 KRAS ^G12C 突變癌細胞模型中ERK 下游信號的傳導 ( IC 50= 1 ~ 10 nM ) 、減弱 AKT-MTOR 和 RAL 通路的信號傳導。并且直接靶向活性狀態的 KRAS ^G12C 可以使 RMC-4998 繞過 GTP 水解速率的限制問題，比非活性狀態選擇性抑制劑 adagrasib ( 1 μM ) 和 sotorasib ( 10 μM ) 更快 地阻斷 KRAS ^G12C 與 CRAF 之間的相互作用。

活性狀態選擇性 KRAS ^G12C 抑制的細胞效應

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通過對 RMC-4998 進一步優化，作者合成了 RMC-6291 。RMC-6291 與 RMC-4998化學結構類似，與活性 KRAS G12C 結合的動力學常數也幾乎相同，并且均能抑制 KRAS ^G12C 突變 H358 細胞中 ERK 信號的傳導并誘導細胞凋亡。但 RMC-6291 在癌細胞系組中具有更高的抑制 KRAS ^G12C 突變細胞的增殖的能力 ( IC 50= 0.11 nM ) 與選擇性。在動物試驗和細胞實驗中， RMC-6291 和 RMC-4998 均具有良好的腫瘤抑制效果，目前已進入臨床測試階段（ NCT05462717 和 NCT05379985 ）。

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三元復合物抑制劑有效且選擇性地抑制 KRAS ^G12C 驅動的腫瘤生長

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綜上，本研究基于分子膠的作用機制開發了一種新型的 選擇性 KRAS ^G12C 抑制劑，再一次打破了 KRAS 不可成藥的傳說，靶向激活狀態的 KRAS ^G12C ，具有更快、更優秀的抗腫瘤療效。并且這類分子膠藥物也為更多的沒有明確靶點的“不可成藥”蛋白提供了新的藥物研發思路，讓我們一起期待后續的藥物研發進展吧~

分子膠對KRAS突變體的抑制作用

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科研助力：

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◆Ras抑制劑

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Ras 蛋白是一種單體 GTP 結合蛋白，具有 GTPase 活性，分布于胞質中，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。

https://www.targetmol.cn/target/Ras

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◆ PROTAC

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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 配體和與細胞中目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”途徑特異性的降解靶蛋白。

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PROTAC 是“不可成藥”靶點靶向藥物開發的一大利器。

https://www.targetmol.cn/pathway/protac

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參考文獻：

[1] Ostrem JM, Peters U, Sos ML, Wells JA, Shokat KM. K-Ras(G12C) inhibitors allosterically control GTP affinity and effector interactions.?Nature. 2013;503(7477):548-551. doi:10.1038/nature12796

[2] Skoulidis F, Li BT, Dy GK, et al. Sotorasib for Lung Cancers with?KRAS?p.G12C Mutation.?N Engl J Med. 2021;384(25):2371-2381. doi:10.1056/NEJMoa2103695

[3] Schulze CJ, Seamon KJ, Zhao Y, et al. Chemical remodeling of a cellular chaperone to target the active state of mutant KRAS.?Science. 2023;381(6659):794-799. doi:10.1126/science.adg9652