今天小编跟大家继续分享RAS靶向药物的研究进展。（亮剑大魔王之一：RAS基因突变和药物）

图2 RAS的蛋白结构

抑制RAS的下游信号通路

抑制RAS下游的信号蛋白是目前吸引了最多注意力的针对RAS的药物研发策略。不过，RAS下游已知有至少11个不同蛋白家族参与其信号传递，针对哪个或者哪几个家族能产生抗癌效果是一个关键问题。

目前研究最集中的是两个信号通路：RAF-MEK-ERK和PI3K-AKT-mTOR。因为这两个通路中都被发现有致癌的基因突变，包括BRAF、PIK3CA和MEK。

目前的研究结果显示，RAF-MEK-ERK通路在癌症中可能更重要一些。因为在没有KRAS突变的少量胰腺癌中，一大部分带有BRAF突变。

小鼠中的研究显示，如果RAS的功能缺失，RAF-MEK-ERK信号通路中的成员能够弥补这一点。

在RAF-MEK-ERK通路中，第一个被RAS激活的成员是RAF激酶，包括ARAF、BRAF和CRAF。

其中，BRAF抑制剂vemurafenib和dabrafenib已经获批用于治疗携带BRAF突变的黑色素瘤，dabrafenib和MEK抑制剂trametunib联合用于治疗BRAF突变的非小细胞肺癌。但是，这三个药物在携带RAS突变的肿瘤中不起作用，主要原因是RAS突变很狡猾，抑制BRAF的同时却能够激活CRAF，从而使BRAF抑制剂失去抗癌作用。这就像打地鼠一样，“按起葫芦起了瓢”。

目前有企业正在研究第二代的泛RAF抑制剂，包括LY3009120和PLX8394，它们能够有效抑制下游的MEK和ERK活性，避免此类现象的发生。

MEK的选择性抑制剂，包括trametinib和cobimetinib也已经获批用于治疗携带BRAF突变的黑色素瘤。不过令人遗憾的是，它们对于RAS突变的肿瘤同样不起作用。

因为在RAF-MEK的信号传导过程中有一个反馈机制，当MEK被抑制后，细胞能够加强RAF的活性，直到能够克服对于MEK的抑制，充分证明了癌细胞的狡猾性，让药物顾此失彼。

著名的SELECT-1临床试验就是典型的例子，在2016欧洲肿瘤学年会（ESMO2016）上，靶向KRAS突变型非小细胞肺癌的三期临床试验SELECT-1宣告失败，MEK抑制剂司美替尼联合多西他赛未能增加患者的无进展生存期和总生存期。于是，对于RAS突变的药物研发将目光转向了更下游的ERK激酶，目前有多个ERK抑制剂在临床试验中。

PI3K-AKT-mTOR通路在肿瘤生长的过程中的作用也许是小了一些，但是它对于RAF-MEK-ERK通路有重要的补充作用。对于RAF-MEK-ERK抑制剂的抗药性有很大程度就来自于PI3K-AKT-mTOR通路的激活。

多个药物联用来同时抑制这两个通路在小鼠实验中取得了很好的抗癌效果。但是，在人体临床试验中，同时抑制两个信号通路带来了许多副作用。目前正在研究如何协调对这两个通路的抑制来降低毒性。

2016年，伊利诺伊大学芝加哥分校的John P O’Bryan教授和芝加哥大学Shohei Koide教授的联合团队取得了重要突破。

他们采用了一种类似“导弹定位定向”技术，合成出了一种抗体类似物NS1，选择性结合到HRAS和KRAS上一个至今不为人知的结构调节位点，通过阻止上述两种RAS活化所需的二聚化过程，达到抑制其下游信号通路活性的效果。这一成果发表于Nature子刊《Nature Chemical Biology》上。

研究者发现的这种抗体类似物NS1是一种单抗，可以高选择性地结合HRAS和KRAS蛋白并且可以有效抑制下游ERK信号通路的激活及肿瘤细胞的转化，但对NRAS蛋白无作用。

这项研究为通过靶向RAS来抑制肿瘤生长提供了新的思路。

在细胞系的体外转化实验中，NS1能够显著遏制HRAS、KRAS及其上游的HER2突变所引发的癌变，而对其下游的BRAF和MEK1以及NRAS的突变所引起的癌变则没有抑制作用。

与此相符的是，当作用于HRAS发生G12V突变的人类膀胱癌细胞时，NS1可有效抑制HRAS下游ERK激酶的活化，而对表达有V600E突变BRAF的黑色素瘤细胞则没有抑制效果。

图3 NS1与HRAS相互作用界面

这种单抗的突出优势在于体积小且结构稳定，可随时通过向细胞内引入表达载体使其合成并直接作用于该细胞内的靶点，而且由于在设计时回避了单抗内二硫键的形成，这些抗体类似物的活性不受细胞内氧化还原状态的影响，因此可在更多样的环境下稳定地发挥作用，使其成为RAS蛋白一个有效的抑制剂。

除了RAF-MEK-ERK和PI3K-AKT-mTOR这两条通路，CDK抑制剂也在RAS突变的肿瘤中进行了很多探索。

CDKs和KRAS信号均在癌症发生发展过程中起到重要的作用。CDK4/6可以通过Cyclin D磷酸化视网膜母细胞瘤肿瘤抑制蛋白，介导肿瘤细胞从G1期向S期转化。KRAS介导的肺腺癌模型中，CDK4的活性在肿瘤进展中扮演重要角色。

CDK4和RAS联合表达能够诱导视网膜母细胞瘤肿瘤抑制蛋白的磷酸化，进一步导致侵袭性肿瘤的发生。更重要的是，CDK4的敲除可以导致KRAS表达的细胞选择性衰老，这提示CDK4抑制剂可能是KRAS突变NSCLC患者的选择之一。

Abemaciclib是CDK4/6抑制剂在K-RAS突变肿瘤临床研究中发展最远的一个。它是一种小分子CDK4/6抑制剂，对CDK4有更好的选择性。

一项入组了225例患者的临床研究，将abemaciclib应用在乳腺癌、NSCLC、胶质母细胞瘤和黑色素瘤患者中，探究了CDK4/6抑制剂在KRAS突变NSCLC患者中的药代动力学、安全性、临床活性等结果。

试验结果表明：68名NSCLC入组患者，其中29名有KRAS突变。KRAS突变患者的疾病控制率为55%，野生型为39%。说明KRAS突变较野生型NSCLC患者对abemaciclib更为敏感。

在此基础上，2014年开展了JUNIPER III期临床研究。abemaciclib对比厄洛替尼，在既往接受过多线治疗的IV期NSCLC患者中进行，主要研究终点为OS，次要终点是PFS、ORR。虽然该项研究未能达到主要研究终点。但是对照组的OS超过了根据既往数据的预期。

2017年4月，在美国癌症研究协会年会（AACR2017）上，美国Dana-Farber癌症研究所的科学家报道了一项小型研究结果。对于一些RAS驱动的肺癌、卵巢癌、甲状腺癌的患者，通过使用两种药物组合可以使得患者长期获益，这两种药物都是抑制RAS基因下游信号通路的。

• 细胞周期蛋白依赖性激酶CDK4的抑制剂—帕博西林（palbociclib）；

• MEK的抑制剂PD-0325901。

这是一项I期临床研究，25例入组患者中的17例是KRAS突变驱动的肺癌，8例是其他癌种。1名患者的肿瘤病灶出现部分缩小，18名患者病情稳定，其中7名患者病情稳定的时间超过了6个月。

研究者在AACR大会上报道，MEK抑制剂和帕博西林的联合使用是安全、可耐受的，而且确定有患者能从这一组合用药中获益。

RAS突变的合成致死相互作用

合成致死的概念被应用到了针对RAS的药物研发中。合成致死是指通过大规模筛选寻找那些对于RAS突变的细胞存活起关键作用的基因，而对RAS正常的细胞不起作用。抑制那些基因时，与RAS突变产生了合成致死相互作用，对正常细胞没有影响。

2009年时，有研究团队报道了STK33和TBK1等几个激酶与RAS突变有合成致死相互作用，但是进一步的研究没有能够证实这些作用。

传统上的基于RNAi的合成致死基因筛选存在着特异性不高的缺陷是导致这一结果的可能原因。

最近，一些科研人员开始采用特异性更好效率更高的CRISPR技术（俗称基因魔剪）开始寻找RAS突变的合成致死基因，取得了一些进展。

被发现的基因包括与RAS和细胞膜结合有关的RCE1和ICMT，以及能够调控ERK-MAPK信号传导的RAF1，SHOC2和PREX1等。不过，由于每个携带RAS突变的肿瘤都可能存在许多其它突变，这些合成致死基因能有多大的效果还需更多研究。

抑制RAS调控的代谢变化过程

癌细胞的一大特点是其新陈代谢与正常细胞有很大的区别，因为癌细胞需要大量的营养和能量来支持其快速的生长过程。最近的一些研究显示RAS突变调控了其中一些过程，如果能够抑制这些过程，也有望抑制RAS突变肿瘤的生长。

• RAS突变激活巨胞饮作用

巨胞饮作用是细胞内吞作用的一种，通过巨胞饮作用，癌细胞从细胞外获取营养物质和水。来自纽约大学医学院的研究人员在一项具有里程碑意义的癌症新研究中，揭开了一个长期未解的谜团：RAS突变的胰腺癌是如何养活自身的？

在这项研究中，研究人员第一次揭示了RAS癌细胞利用巨胞饮过程，吞噬白蛋白，并利用其生成生长必需氨基酸的机制。研究结果表明，RAS癌细胞尤其依赖于巨胞饮维持生长和生存。所以，靶向抑制巨胞饮作用、阻断这一营养输送过程就成为了药物研发的一个思路。

目前并没有能够直接抑制巨胞饮作用的药物，但是，有一个钠离子/氢离子交换通道的抑制剂EIPA能够间接抑制巨胞饮作用，有证据显示它能够减缓胰腺癌的生长。

另外，巨胞饮作用获取的营养成分中很重要的一种是白蛋白，它可以作为氨基酸的来源。如果使用一些能够与白蛋白特异结合的，携带化疗药物紫杉醇的纳米颗粒，可以将紫杉醇直接送入癌细胞内，也许能取得一定的抗癌效果。

• RAS突变的自噬作用

RAS突变的癌细胞获取营养的另一种方法是自噬作用，癌细胞可以通过它来获取生长所必需的氨基酸、脂质和核酸等。

氯喹类的抗疟药对于自噬作用有抑制效果，并且对于巨胞饮作用也有一定的抑制效果。氯喹在一个小鼠胰腺癌模型中取得了不错的效果，目前有一项临床试验正在评估羟氯喹在胰腺癌中的潜在疗效。

此外，携带RAS突变的胰腺癌细胞被发现更依赖于从谷氨酰胺产生的NADPH，NADPH对于维持细胞内的氧化还原平衡起关键作用。正常细胞主要从葡萄糖产生NADPH，因此，抑制从谷氨酰胺产生NADPH的化学过程能够特异性针对癌细胞。

目前，有一个抑制这个过程中的第一步谷氨酰胺酶的小分子药物CB-839正在临床试验中，用于评估其对白血病和多种肿瘤的效果。抑制这个过程中的其它参与者的药物也有多个在临床前研究中。

近期发表在《Nature Medicine》上的一项研究指出一种新的策略来阻止KRAS突变的肿瘤，来自麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究人员发现了KRAS基因有一个弱点，利用这一弱点可以将癌细胞饿死。

在KRAS突变的小鼠模型中，研究人员发现存在另一种叫做Keap 1的突变基因时，小鼠体内的肿瘤生长得更快。

事实证明，Keap 1基因限制了肿瘤内的抗氧化和抗炎反应，这两种基因保护肿瘤细胞免受可能导致其死亡的损伤。只要Keap 1突变存在，这种保护性响应就持续进行；如果有药物能阻断谷氨酰胺的供应，就能有效遏制Keap 1突变，肿瘤就不能继续生长，被称为CB-839的药物，在小鼠模型的试验中证实了这一点。

这一发现对临床潜在的新治疗方法有指导作用。目前正在申请人体临床实验。

— 总结和展望 —

兵法云，“知己知彼，百战不殆”。三十多年的深入研究让我们对RAS突变的了解越来越深。尽管过去二三十年对于RAS的药物研发过程非常曲折，但是整个领域对前景仍然感到乐观，针对RAS的药物在不久的将来应该就会出现。不过我们对于RAS的功能以及RAS突变致癌的机理仍然没有完全清楚，这意味着在这个领域仍然很有可能出现更多失败的例子。

有一点可以肯定的是，针对RAS的药物将不可避免地向个体化发展，出现一个对所有RAS突变都有效的药物几乎是不可能的。针对不同肿瘤中的不同RAS蛋白，甚至不同的RAS突变，都将会有不同的药物。

随着越来越多的科学家加入RAS研究的领域，药物研发的过程也将会被加快。从目前来看，针对RAS下游信号通路的抑制剂有望最早获得成功，因为这一部分已经有多个药物进入了临床试验。从长远来看，直接抑制RAS的药物很有可能是最有效的。

随着癌症免疫疗法的迅速发展，RAS和肿瘤免疫之间的关系会将是一个研究热点。此外，通过RNAi或CRISPR技术直接抑制RAS突变基因的表达也有很大的潜力。

总而言之，虽然制定有效的RAS依赖性癌症治疗策略的任务依然是一项艰巨的任务，但是有了新的知识和策略，对于一项超高难度的任务而言，可能会变成能完成的使命，我们要有谨慎乐观的态度，对于最终战胜RAS突变要充满信心。

参考文献

1. Cox A D, Fesik S W, Kimmelman A C, et al. Drugging the undruggable RAS: Mission Possible?[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2014, 13(11): 828-851.

2.http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.2231.html

3. Vaz, Michelle, et al. Chronic Cigarette Smoke-Induced Epigenomic Changes Precede Sensitization of Bronchial Epithelial Cells to Single-Step Transformation by KRAS Mutations. Cancer cell，2017，32(3): 360-376.

4. https://medicalxpress.com/news/2017-04-drug-combination-benefit-ras-driven-cancers.html

5. Dong, J. (2013). Overcoming resistance to BRAF and MEK inhibitors by simultaneous suppression of CDK4. In Melanoma – From Early Detection to Treatment InTech.

6. Matikas A. Mistriotis D, Georgoulias V, Kotsakis A. Targeting KRAS mutated non-small cell lung cancer: A history of failures and a future of hope for a diverse entity. Crit Rev Oncol Hematol. 2017;110:1-12. doi:

7. Investigational drug abemaciclib shows promising activity against several cancer types [news release]. Boston, MA: Dana-Farber Cancer Institute; May 23, 2106. www.dana-farber.org/newsroom/news-releases/2016 /investigational-drug-abemaciclib-shows-promising-activity-against-several-cancer-types/. Accessed October 4, 2017.

8. CDK4/6 inhibitors: where they are now and where they are headed in the future. The ASCO Post website. www.ascopost.com/issues/may-10-2017-ce-supplement-cdk46-inhibitors/cdk46-inhibitors-where-they-are-now-and-where-they-are-headed-in-the-future. Published May 10, 2017. Accessed October 4, 2017.

9. Buscail L,et al., Exosomes for targeting KRAS in the treatment of pancreatic cancer，Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017 Sep 6.

10. Kamerkar, S. et al. Exosomes facilitate therapeutic targeting of oncogenic KRAS in pancreatic cancer. Nature 546, 498–503 (2017).

11. Ostrem, Jonathan M. L. and Shokat, Kevan M. Direct small-molecule inhibitors of KRAS_ from structural insights to mechanism-based design. Nature Reviews Drug Discovery, Published online 29 Jul 2016