2020-07-12
什么是KRAS基因
KRAS基(ji)因(yin)的(de)(de)全(quan)名叫Kirsten ratsarcoma viral oncogene homolog，翻成(cheng)中(zhong)文是(shi)“Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基(ji)因(yin)同(tong)源(yuan)物”。KARS基(ji)因(yin)編(bian)碼的(de)(de)蛋(dan)(dan)白是(shi)一(yi)種小GTP酶（smallGTPase），它屬于RAS超蛋(dan)(dan)白家族，ras基(ji)因(yin)家族與(yu)人(ren)類腫瘤相(xiang)關(guan)的(de)(de)基(ji)因(yin)有(you)三種—H-ras、K-ras和(he)N-ras，分別定位在(zai)11、12和(he)1號(hao)染(ran)色體(ti)(ti)上。KRAS蛋(dan)(dan)白質有(you)188個(ge)氨基(ji)酸，它的(de)(de)分子(zi)量是(shi)21.6KD。在(zai)人(ren)的(de)(de)基(ji)因(yin)組中(zhong)，有(you)2個(ge)KRAS基(ji)因(yin)。一(yi)個(ge)是(shi)KRAS1，位于第6號(hao)染(ran)色體(ti)(ti)的(de)(de)短臂(bei)上；另一(yi)個(ge)是(shi)KRAS2，位于第12號(hao)染(ran)色體(ti)(ti)的(de)(de)短臂(bei)上。其中(zhong)，KRAS1是(shi)“假基(ji)因(yin)”，不能被(bei)轉錄成(cheng)RNA，所以它是(shi)沒有(you)功能的(de)(de)。而KRAS2才是(shi)“真基(ji)因(yin)”，能夠(gou)轉錄、并且翻譯成(cheng)蛋(dan)(dan)白，具有(you)生物學活性(xing)。（1）
KRAS基因(yin)的信號(hao)轉導(dao)
KRAS是一(yi)線傳(chuan)感器(qi)之(zhi)一(yi)，可啟動(dong)一(yi)系(xi)列信(xin)(xin)號分(fen)子的(de)(de)激活，使轉導信(xin)(xin)號從細胞(bao)(bao)表面(mian)傳(chuan)遞到細胞(bao)(bao)核(he)，并(bing)影響一(yi)系(xi)列基本細胞(bao)(bao)過程，例如細胞(bao)(bao)分(fen)化、生(sheng)長、趨化性和(he)細胞(bao)(bao)凋亡。除(chu)了上述GTP/GDP結合(he)之(zhi)外，KRAS信(xin)(xin)號的(de)(de)激活現在(zai)被(bei)稱(cheng)為多步(bu)過程，需(xu)要(yao)適當的(de)(de)KRAS后翻譯，質膜定(ding)位以及與效(xiao)應蛋(dan)白的(de)(de)相互作(zuo)用(yong)。這些(xie)機(ji)制的(de)(de)見解(jie)為探索KRAS信(xin)(xin)號靶向療(liao)法(fa)鋪平(ping)了道路(lu)。
新合成的(de)(de)KRAS是胞(bao)質(zhi)和非活性蛋(dan)白(bai)(bai)。一系列的(de)(de)翻譯后(hou)修飾發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)C末(mo)端(duan)(duan)CAAX（C，半胱氨(an)酸；A，脂(zhi)族(zu)氨(an)基(ji)酸；X，末(mo)端(duan)(duan)氨(an)基(ji)酸）四(si)肽基(ji)序(xu)列上，從而使KRAS膜(mo)(mo)結(jie)合。下一步是通(tong)過RAS轉(zhuan)(zhuan)換酶1（RCE1）進(jin)行蛋(dan)白(bai)(bai)水(shui)解(jie)去除(chu)，這發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)內(nei)質(zhi)網的(de)(de)胞(bao)質(zhi)表面。之后(hou)，異戊二(er)烯半胱氨(an)酸羧基(ji)甲(jia)基(ji)轉(zhuan)(zhuan)移酶（ICMT）催化甲(jia)基(ji)轉(zhuan)(zhuan)移至C端(duan)(duan)氨(an)基(ji)酸，以消(xiao)除(chu)負(fu)電荷并防止質(zhi)膜(mo)(mo)排(pai)斥。另(ling)外(wai)，剪接變(bian)(bian)體(ti)KRAS-4A通(tong)過棕(zong)(zong)櫚(lv)酰(xian)轉(zhuan)(zhuan)移酶進(jin)行另(ling)外(wai)的(de)(de)棕(zong)(zong)櫚(lv)酰(xian)化，導(dao)致KRAS-4A適當地(di)靶向與膜(mo)(mo)結(jie)合。然而，主要的(de)(de)剪接變(bian)(bian)體(ti)KRAS-4B沒有可檢(jian)測的(de)(de)棕(zong)(zong)櫚(lv)酰(xian)化，其(qi)可能(neng)通(tong)過微管(guan)依賴性機制到(dao)達質(zhi)膜(mo)(mo)。KRAS蛋(dan)白(bai)(bai)的(de)(de)信(xin)號(hao)轉(zhuan)(zhuan)導(dao)并不僅僅發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)質(zhi)膜(mo)(mo)上，KRAS對下游信(xin)號(hao)通(tong)路的(de)(de)激活也可以由亞(ya)細胞(bao)區(qu)室（例如內(nei)質(zhi)網和高爾基(ji)體(ti)）發(fa)出的(de)(de)信(xin)號(hao)觸(chu)發(fa)。
響應細(xi)胞(bao)外刺(ci)激(ji)(ji)，從無活(huo)(huo)(huo)性的(de)(de)RAS-GDP轉化為有活(huo)(huo)(huo)性的(de)(de)RAS-GTP進(jin)(jin)一步促(cu)進(jin)(jin)了各種信(xin)號(hao)轉導的(de)(de)激(ji)(ji)活(huo)(huo)(huo)，包括促(cu)分裂原活(huo)(huo)(huo)化蛋白激(ji)(ji)酶(mei)（MAPK）通路，磷酸肌醇3激(ji)(ji)酶(mei)（PI3K）通路和(he)Ral–GEFs通路，其中(zhong)MAPK通路的(de)(de)特(te)征最為明顯。眾所周知，RAS-GTP直接與RAF蛋白結合，從細(xi)胞(bao)質到細(xi)胞(bao)膜募集RAF激(ji)(ji)酶(mei)家(jia)族(zu)，它們(men)在其中(zhong)二聚并變得活(huo)(huo)(huo)躍。活(huo)(huo)(huo)化的(de)(de)RAF隨(sui)后對其下游(you)底物即MEK和(he)ERK進(jin)(jin)行(xing)一系列的(de)(de)磷酸化反應，并傳(chuan)播生長(chang)信(xin)號(hao)。（2）
腫瘤中的KRAS基因突變(bian)
RAS家族（KRAS、NRAS、HRAS）是人類癌癥中(zhong)最常見的致(zhi)癌原因之一，但RAS基因突(tu)變(bian)的頻率和分布是并不統一，其中(zhong)KRAS最易突(tu)變(bian)，約占(zhan)RAS突(tu)變(bian)的86%。在不同(tong)的癌種中(zhong)的KRAS突(tu)變(bian)頻率也(ye)有(you)很大的差異，如在胰腺癌中(zhong)突(tu)變(bian)頻率達到(dao)90%，結(jie)腸(chang)癌30%到(dao)40%。肺(fei)癌為15%到(dao)20%（主要(yao)是非小細胞肺(fei)癌NSCLC），同(tong)時在其他的癌種中(zhong)也(ye)有(you)分布（3）。
具體見(jian)下圖(tu)：
在(zai)KRAS基因(yin)中最常(chang)見的(de)(de)突(tu)變(bian)主要(yao)發生(sheng)在(zai)12、13或61號密碼(ma)子(zi)上(shang)。KRAS突(tu)變(bian)也發生(sheng)在(zai)63、117、119和146號密碼(ma)子(zi)中，但(dan)頻率較低。甘氨(an)酸 12（G12）的(de)(de)突(tu)變(bian)通(tong)過干(gan)擾GAP結合和GAP刺激的(de)(de)GTP 引起RAS激活(huo)。水解(jie)。殘(can)基13處的(de)(de)突(tu)變(bian)與(yu)精氨(an)酸發生(sheng)空間碰撞，并降低GAP結合和水解(jie)。相反(fan)，谷氨(an)酰胺 61幫助穩定水解(jie)反(fan)應的(de)(de)過渡態而在(zai)催(cui)化中具(ju)(ju)有(you)直接作用。由于GTP酶活(huo)性降低的(de)(de)結果，KRAS 的(de)(de)核苷(gan)酸狀態變(bian)得(de)更加(jia)依賴(lai)于相關核苷(gan)酸的(de)(de)親和力和濃度(du)。這使GTP具(ju)(ju)有(you)優于GDP 的(de)(de)優勢，并增加(jia)了與(yu)GTP綁定的(de)(de)活(huo)動(dong)RAS的(de)(de)比例，從(cong)而導(dao)致(zhi)激活(huo)狀態的(de)(de)持續。此外，據報(bao)道殘(can)基12、13和61處的(de)(de)突(tu)變(bian)也降低了對RAF的(de)(de)RAS結合域（RBD）的(de)(de)親和力，但(dan)程(cheng)度(du)不同。（4）
KRAS，不(bu)可成藥靶點？
目前(qian)KRAS基(ji)因(yin)上(shang)的(de)致癌(ai)突變十(shi)分清楚，那么，為(wei)什么到現在(zai)為(wei)止，仍未(wei)上(shang)市一個直接針對KRAS基(ji)因(yin)的(de)靶(ba)向藥(yao)物？原因(yin)在(zai)于(yu)KRAS蛋白是(shi)一種無(wu)(wu)特(te)征、近乎球形(xing)的(de)結構，無(wu)(wu)明顯結合位點，很難(nan)合成一種能靶(ba)向結合并抑(yi)制其活(huo)性(xing)的(de)化合物。長期以來無(wu)(wu)法攻克，KRAS已成為(wei)腫瘤藥(yao)研發領域(yu)"不可成藥(yao)"靶(ba)標的(de)代名詞。
困難點在于：
01、 KRAS的作用泛圍很廣(guang)，KRAS的正常活性(xing)也(ye)(ye)是許多正常細胞功能(neng)所(suo)需要的活性(xing)，如選(xuan)取直接抑(yi)制(zhi)KRAS的藥(yao)物(wu)，則(ze)該藥(yao)物(wu)毒(du)性(xing)可能(neng)會很大，副作用也(ye)(ye)可能(neng)會很強。且KRAS與(yu)NRAS、HRAS有很高的同(tong)源性(xing)，能(neng)抑(yi)制(zhi)KRAS活性(xing)的藥(yao)物(wu)，就(jiu)(jiu)很可能(neng)會抑(yi)制(zhi)NRAS、HRAS的活性(xing)。那么，這個藥(yao)物(wu)的毒(du)性(xing)就(jiu)(jiu)可能(neng)很大。
02、目前已知的(de)(de)(de)KRAS的(de)(de)(de)活性(xing)功能域，主要(yao)是KRAS與(yu)(yu)(yu)(yu)GDP、或(huo)GTP結(jie)合的(de)(de)(de)口(kou)袋狀的(de)(de)(de)功能域。與(yu)(yu)(yu)(yu)蛋白激酶與(yu)(yu)(yu)(yu)ATP的(de)(de)(de)親和力(li)(li)較弱不同， KRAS與(yu)(yu)(yu)(yu)GTP、或(huo)GDP的(de)(de)(de)結(jie)合非常(chang)強，親合系數達到(dao)PicoMolar(皮摩爾(er)(er)濃(nong)(nong)(nong)度，10^-12)級。而(er)正常(chang)細胞里(li)面(mian)的(de)(de)(de)GDP與(yu)(yu)(yu)(yu)GTP的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度，達到(dao)了MicroMolar（微摩爾(er)(er)濃(nong)(nong)(nong)度，10^-6）級。所以，細胞內(nei)正常(chang)的(de)(de)(de)GDP與(yu)(yu)(yu)(yu)GTP的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度，比與(yu)(yu)(yu)(yu)KRAS結(jie)合所需(xu)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度，高了10的(de)(de)(de)6次(ci)方(fang)倍。而(er)RAS缺(que)乏足夠大(da)的(de)(de)(de)能夠結(jie)合小(xiao)分子的(de)(de)(de)口(kou)袋；故(gu)要(yao)做出(chu)一種小(xiao)分子化合物，其與(yu)(yu)(yu)(yu)KRAS的(de)(de)(de)結(jie)合能力(li)(li)，要(yao)能與(yu)(yu)(yu)(yu)GDP、或(huo)者GTP相(xiang)匹敵(di)，非常(chang)難。
03、設計(ji)一種(zhong)只針(zhen)對(dui)性(xing)抑(yi)制突變KRAS蛋白的(de)活性(xing)藥(yao)物(wu)，而盡量少(shao)影響正常KRAS蛋白的(de)活性(xing)，需要此(ci)種(zhong)化合物(wu)對(dui)突變的(de)KRAS有很好(hao)的(de)選擇性(xing)。這(zhe)是藥(yao)物(wu)設計(ji)的(de)又一個難題。
04、然而(er)，間(jian)接靶(ba)向(xiang)KRAS的策略也(ye)是困(kun)(kun)難重重，包括阻斷(duan)KRAS細胞膜定位(wei)和(he)靶(ba)向(xiang)KRAS下游的信號分子，如RAF、MEK、ERK和(he)PI3K等(deng)家(jia)族成員。具體而(er)言，間(jian)接途徑的困(kun)(kun)難包括：
（1）RAS是(shi)正常細胞生長(chang)和存活相(xiang)關(guan)的必需途徑(jing)，靶向必需途徑(jing)首先(xian)面臨嚴重的毒副作用，導致療效指數非常狹窄甚至沒有；
（2）補償(chang)逃逸機制(zhi)；
（3）由于(yu)嚴(yan)格調(diao)節導致(zhi)的信號反饋和(he)冗余。
綜上，就是到目(mu)前為(wei)何沒(mei)有(you)直接針對(dui)KRAS的(de)靶向藥物上市的(de)主要原因。
而在2019年，針對KRAS這一靶點的(de)抑制劑AMG510終于攻破了這一堡壘，讓“不(bu)可成藥”的(de)魔咒(zhou)將成為歷史。這款有望攻克KRAS的(de)抗癌(ai)新(xin)星(xing)已經來到中國(guo)，即將正式開展臨床試驗。
2019年(nian)3月9日，CDE（國家藥(yao)監(jian)局藥(yao)品審評中心）官網公布(bu)，安(an)進公司(si)研(yan)發的(de)KRAS G12C抑制(zhi)劑(ji)AMG 510準備(bei)在中國申請臨床試驗。在2020年(nian)，FDA授予(yu)了安(an)進公司(si)的(de)靶向(xiang)KRAS-G12C突變非小細胞肺癌患(huan)者(zhe)的(de)抑制(zhi)劑(ji)AMG510快速通道，臨床試驗已在眼前。
實(shi)際上關(guan)于(yu)AGM510作(zuo)為(wei)KRAS（G12C）抑制劑首例(li)(li)(li)藥物(wu)對(dui)于(yu)癌(ai)(ai)癥突出的治療效(xiao)果(guo)(guo)，早在2019年6月初的美國臨床(chuang)腫瘤學會(hui)（ASCO）上，安(an)進公司(si)就(jiu)已(yi)經(jing)公布了該藥的Ⅰ期臨床(chuang)結果(guo)(guo)，Ⅰ期臨床(chuang)研究(jiu)（NCT03600883），29例(li)(li)(li)KRAS（G12C）突變實(shi)體(ti)(ti)瘤可供評(ping)估，其中10例(li)(li)(li)為(wei)非小(xiao)細胞(bao)型肺(fei)癌(ai)(ai)，19例(li)(li)(li)腸癌(ai)(ai)等實(shi)體(ti)(ti)瘤。10例(li)(li)(li)非小(xiao)細胞(bao)型肺(fei)癌(ai)(ai)中有(you)(you)5例(li)(li)(li)癌(ai)(ai)腫縮小(xiao)，4例(li)(li)(li)無明顯進展，僅有(you)(you)1例(li)(li)(li)患者(zhe)出現癌(ai)(ai)腫持續(xu)惡化(hua)。癌(ai)(ai)腫縮小(xiao)的患者(zhe)至學會(hui)發言時止仍在繼(ji)續(xu)服藥中（7.3-27.4周）。在其余實(shi)體(ti)(ti)瘤中反應一般(ban)，所(suo)有(you)(you)患者(zhe)未(wei)表(biao)現有(you)(you)癌(ai)(ai)腫減小(xiao)，僅有(you)(you)74%的患者(zhe)表(biao)現為(wei)未(wei)進一步惡化(hua)。
另一方面AMG 510耐(nai)受性(xing)(xing)表現(xian)較好，主要(yao)不良反應為(wei)食欲(yu)下降、腹瀉、乏力、頭(tou)痛(tong)、咳(ke)嗽、潮(chao)熱和(he)惡心，沒有發現(xian)劑量限(xian)制毒(du)性(xing)(xing)和(he)與藥(yao)物(wu)有關的4級以上(shang)不良反應。
KRAS基(ji)因與靶向(xiang)治(zhi)療
01、肺癌：由于(yu)KRAS位于(yu)EGFR受(shou)體(ti)的下游，因此KRAS突變會使EGFR酪氨酸(suan)激酶抑制劑（TKI）的治療效果降低，前瞻(zhan)研究(jiu)表明KRAS突變可以作為EGFR-TKIs治療反應的不良預測(ce)分子標(biao)志物。
02、結直(zhi)腸癌：如果存在RAS家族(zu)突變，患者(zhe)會對西妥昔單(dan)抗(kang)或者(zhe)帕尼單(dan)抗(kang)整體(ti)療效產生負面影(ying)響，所以在使用藥(yao)物前需(xu)進(jin)行KRAS、NRAS、BRAF的檢(jian)測，從而實現(xian)精(jing)準用藥(yao)。
派森諾(nuo)醫學腫(zhong)瘤(liu)檢測產品指導相(xiang)關的靶(ba)向(xiang)用藥
目前，派森(sen)諾醫學(xue)基(ji)于NGS平臺（Illumina）和自主研發的高效率雜(za)交捕獲技術開發出一系(xi)列臨(lin)床(chuang)精準用藥(yao)(yao)基(ji)因檢測產品，從(cong)而進行KRAS用藥(yao)(yao)檢測，具體如下(xia)：
（1）wikopedia KRAS ;//en.wikipedia.org/wiki/KRAS
（2）Pingyu、Yijun Wang、Xin Li，Targeting the untargetable KRAS in cancer therapy; Acta Pharmaceutica Sinica B olume 9, Issue 5, September 2019, Pages 871-879.
（3）H. Singh, D.L. Longo, B.A. Chabner,Improving prospects for targeting RAS;J Clin Oncol, 33 (2015), pp. 3650-3659
（4）J.M. Ostrem, K.M. Shokat;Direct small-molecule inhibitors of KRAS: from structural insights to mechanism-based design,Nat Rev Drug Discov, 15 (2016), pp. 771-785
