惊艳40年的等待:锁定”不可成药靶点”,KRAS抑制剂步入临床试验

▎药明康德/报道

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。

 

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。

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!”

文章转自基因谷