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全面体外新药筛选服务,挑战“不可成药”靶点—KRAS|KRAS服务|激酶抑制剂|药物筛选服务

时间:2021-12-21 14:52:54 阅读:103

背景介绍

RAS是第一个被发现的人类肿瘤基因(oncogene),也最常见的突变基因之一,30%的肿瘤携带RAS变异,加上RAS调控因子和信号通路上下游的变异,几乎覆盖所有肿瘤。

KARS基因编码的蛋白是一种小GTP酶,它属于RAS超蛋白家族。RAS基因家族与人类肿瘤相关的基因有三种——HRAS(3%突变引起癌症)、KRAS(85%突变引起癌症)和NRAS(12%突变引起癌症),其密码子12、13、61的突变较为频繁,这些突变在不同的癌症中也表现出了不同的患病率。


RAS信号通路

RAS将细胞表面受体与细胞内效应通路偶联,是细胞生长和分化的关键调节剂。 GTP 和 GDP 的结合分别使 Ras 蛋白在“开”和“关”信号构象之间循环。在生理条件下,这两种状态之间的转变受到鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEFs)的调节,该因子通过上游信号刺激使 GDP释放和GTP促使 Ras 蛋白的活化;而RAS蛋白本身具有GTPase的活性,可以促使GTP水解。


激活的KRAS蛋白将上游刺激信号传递到胞内,从而调控细胞的增殖、分化、存活和凋亡等生命活动。RAS在体内调控着多种信号通路,研究最多的主要包括以下三种信号通路:(1)PI3K-AKT-mTOR通路,对细胞增殖分化凋亡、葡萄糖转运等细胞生命活动有重要影响;(2)Ras-Raf-MEK-ERK信号通路,参与调控细胞增殖、分化、迁移、免疫应答等生命活动;(3)Ras-Ral A/B-NF-kB信号通路,参与调控细胞增殖、生命周期等生命活动。


KRAS靶点药物研发方向

KRAS一度被认为是“不可成药”靶点,这主要是因为KRAS蛋白表面十分光滑,没有一个pocket,给药物附着点;以及KRAS对于GDP/GTP 皮摩级别的亲和力,底物类似物很难去与GTP竞争。目前药物研究方向主要是以下几种:

1. 直接靶向KRAS

(1) Sotorasib(AMG510):2021年5月28日,美国FDA批准Sotorasib上市,这是首个靶向KRAS基因突变的药物。2013年,Sotorasib(AMG510)的出现,打破了KRAS“不可成药”的魔咒,AMG510是一种选择性的KRAS G12C抑制剂,通过一个丙烯酰胺弹头和KRAS第12位甘氨酸突变成的的半胱氨酸共价结合,从而占据了switch II region将KRAS G12C锁定在KRAS GDP状态,从而抑制下游的信号传导。9月20日,根据安进公布了Sotorasib完整的I期试验结果。该I期试验共招募了129例患者,在59例非小细胞肺癌中,所有剂量均可以看到对癌症的抑制效果,36%的患者显示出明显的客观缓解(CR)。

(2) MRTX849:Mirati Therapeutics同样很早就在KRAS这个靶点开始布局,其MRTX849同样利用丙烯酰胺弹头靶向KRAS G12C的Swith II region,并且与KRAS(G12C) α3螺旋中的H95残基的相互作用增强增加了其效力,能够有效的抑制小鼠的异种移植瘤生长。在KRAS(G12C)突变肿瘤患者中也显示出了临床活性。紧接着10月25日,第32届AACR上也展示了MRTX849的最新临床数据,MRTX849治疗突变的晚期、转移性非小细胞肺癌ORR达到45%;对于直肠癌ORR为17%。




目前,全球共有6款KRAS(G12C)抑制剂进入临床开发阶段,除了安进、Mirati、礼来等公司,还有中国的益方生物D-1553,在临床上主要治疗实体瘤。从公布的抑制剂结构来看,这些KRAS G12C抑制剂共享一个丙烯酰胺弹头,但不同的化学结构使得它们在溶解性和细胞毒性方面也有所不同。

(3) MRTX1133:Mirati Therapeutics公司在第32届AACR上,公布了KRAS G12D选择性抑制剂MRTX1133的研究进展,这也是报道的第一篇KRAS G12D抑制剂。MRTX1133目前处于临床前阶段,根据会议上的展示来看,MRTX1133可以抑制KRAS G12D失活和活化两种状态下的KRAS G12D突变细胞,且不抑制野生型肿瘤细胞,在胰腺癌和结肠癌上的均表现出很好的抑制活性。相比较KRAS G12C抑制剂而言,KRAS G12D的天冬氨酸残基没有很好的共价修饰物,而且KRAS G12D的GTPase活性比KRAS G12C要低很多。这就需要KRAS G12D抑制剂必须具有和GDP KRAS G12D 更高的亲和力,Mirati Therapeutics基于KRAS G12C抑制剂Adagrasib进行了改造,最后依据吡啶并嘧啶支架作为骨架,对其他位点不断优化,最终得到MRTX1133.




虽然报道的MRTX1133显示在KRAS G12D和WT上表现出了很好的选择性,但是根据我们在Active KRAS to RBD测试结果来看,MRTX1133在KRAS G12D/G12C/G12V/WT的酶学实验上面的IC50均在10nM左右,并没有明显的选择性。



2. 靶向鸟苷酸交换因子

由于SOS1单个激活就会依次激活多个RAS分子,从而扩大RAS信号。通过阻止KRAS-SOS1的相互作用,可以有效的阻断GTP重新加载到KRAS上。目前多个SOS抑制剂正在临床试验阶段,如BAY-293、BI 3406等。但是由于SOS1抑制剂同样与野生型的KRAS结合,并不适用于RAS突变患者的治疗。但是,SOS1抑制剂与KRAS G12C抑制剂联用的试验表现出协同性,能够帮助KRAS抑制剂更好的结合到KRAS上。

3. 靶向KRAS定位

体内的KRAS被上游信号激活,从而激活下游信号通路,需要KRAS蛋白先定位到细胞膜上。RAS蛋白在胞质内合成,具有低疏水性,不能结合到细胞膜上,必须由法尼基转移酶进行修饰,增强其疏水性,才能结合到细胞膜上。目前也有多种法尼基转移酶抑制剂,但是由于胞内存在其他替代修饰,抑癌效果并不明显,且这类抑制剂多数有细胞毒性,这也是限制这类药物发展的一个重要原因。

4. 抑制下游信号通路

针对KRAS下游通路的蛋白也开发出了很多的药物,但由于RAS下游有多个信号通路,所以抑制下游蛋白并不能代替直接抑制Ras蛋白带来的效果。

5. RNAi

通过设计针对KRAS突变的小干扰RNA(siRNA),直接在体内靶向KRAS突变蛋白,也是目前研究的一种方向。阿斯利康与Ionis合作开发的AZD4785是一种抑制KRAS的反义寡核苷酸抑制剂,但由于能够引起多种副作用,已经被终止。Molecular Cancer研发靶向KRAS突变mRNA疫苗mRNA-5671处于1期临床研究,更多的临床数据尚不可知。相比较其他几种抑制剂,mRNA通过是编码KRAS肿瘤特异性抗原,通过主要组织相容性复合物(MHV)分子被T细胞识别。




除了以上几种策略,还有合成致死、靶向蛋白降解等方式,但是目前都处于早期研究阶段。针对KRAS抑制剂不同方向,我们提供了KRAS抑制剂筛选平台,包括KRAS泛抑制剂,SOS1抑制剂,下游信号(如:RTK、MEK、ERK、PI3K、AKT、SHP2等)抑制剂以及靶向降解技术等。



我们目前已经拥有多种KRAS突变筛选平台,并且有多种阳性药的验证结果。除了常规筛选,也拥有KRAS与小分子(tracer)相互作用、KRAS-PROTAC相关平台的构建经验。


多种检测靶点助力KRAS抑制剂(BI-2852)、SOS1抑制剂(BAY-293/BI-3406)、KRAS G12C抑制剂(AMG510)、KRAS G12D抑制剂(MRTX1133)等抑制剂的筛选。


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