靶向13種KRAS突變的蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)設計

KRAS基因突變是癌癥發展和轉移生長的驅動因素之一，一度曾被認為是"無法治療的"，現在已有兩種獲批藥物sotorasib和adagrasib可阻斷一種特定突變KRASG12C(第12位的甘氨酸被半胱氨酸取代)的活性。在KRAS發現了一個以前不為人知可用藥物靶向的“口袋”，使靶向藥物的開發成為可能，并促使人們努力開發更多類型的抑制劑以靶向在癌癥中更為普遍的各種KRAS突變。來自勃林格殷格翰和英國鄧迪大學的研究人員在新一期的《Science》上介紹了一種可以降解多種KRAS突變的蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)的設計。這種單一分子可以將17種最常見的KRAS突變體中的13種失活，包括癌癥最常見的KRASG12D(D，天冬氨酸)，并且可能有助于確定抑制或降解KRAS是否具有更好的治療效果。

KRASG12C抑制劑的發展促進了人們努力尋找新的KRAS抑制劑，特別是靶向KRASG12D的抑制劑。目前，至少有9個KRASG12D-選擇性抑制劑(ASP3082、ASP4396、GFH375/VS-7375、HRS-4642、INCB161734、MRTX1133、QTX3046、rmmc -9805和TSN1611)正在臨床評估中。值得注意的是，KRASG12C抑制劑是該突變體的**共價修飾劑，但是KRASG12D-選擇性抑制劑除一種之外其他都是非共價的，因為G12D(天冬氨酸)取代產生的活性氨基酸位點要比G12C（半胱氨酸）突變少。例如，MRTX1133是一種非共價變構抑制劑，在KRAS G12D處于關閉狀態時結合“Shokat”開關II口袋(SIIP)。相比之下，rmmc -9805可識別KRASG12D的“打開”狀態，與cyclophilin A形成初始二元復合物，然后識別KRAS形成三復合物（ tricomplex），是共價變構抑制劑。ASP3082是一個蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)，包含KRASG12D-選擇性的結合配體，通過連接子連接到E3泛素連接酶結合元件，該元件招募E3連接酶來引起泛素化和蛋白酶介導的KRASG12D 降解。

傳統的觀念是，需要一種選擇性針對突變KRAS的抑制劑來實現靶向癌細胞的**治療指數，同時保留正常細胞。然而，這種針對突變的選擇性抑制劑的傾向受到了挑戰，其一來自意想不到的(盡管是低水平的)毒性，其二來自非突變選擇性抑制劑的令人期待的觀察結果。“泛KRAS”抑制劑BI-2865和BI-2493，對大多數KRAS突變體和正常KRAS都表現出效力，更有效的類似物BI-3706674已進入臨床評估(NCT06056024)。RAS“多重抑制劑”，如rmmc -6236，可以同時靶向突變和正常形式的KRAS類似物——HRAS和NRAS。rmmc -6236在早期1期評估中顯示出有希望的結果。

Popow等人提出的靶向不同KRAS突變蛋白的PROTAC的策略，體現在泛KRAS關閉狀態抑制劑BI-2865，它可以阻斷多種KRAS突變。BI-2865的SIIP結合基序（binding motif）與VHL E3連接酶結合基序通過連接子偶聯。基于結構的設計確定了一個初始化合物4，該化合物對17種最常見的KRAS突變中的13種表現出高活性，包括KRASG12D。將這個KRAS降解化合物4 與一種同樣結合并抑制KRAS但缺乏降解活性的相關化合物（對照）進行比較，發現這個降解化合物4 抑制KRAS的效力提高了10倍，并且持久性更長。而一種旨在增強化合物4 體內特性的化合物，命名為ACBI3，在小鼠異種移植模型中能夠有效抑制基于KRASG12D的突變型結直腸癌和KRASG12V突變(V，纈氨酸)的卵巢平滑肌肉瘤的腫瘤生長。然而，ACBI3并沒有直接在體內與不能降解KRAS的對照抑制劑進行比較，因此其腫瘤消退能力在多大程度上是由于其降解特性尚不清楚。

基于PROTAC的KRAS抑制劑可能比變構抑制劑有幾個優點。識別KRAS的部分本身并不需要損害KRAS的功能，這擴大了KRAS抑制劑的化學譜。此外，PROTACs不需要高親和力的化學計量結合。PROTAC誘導的降解消除了所有KRAS功能。一旦KRAS被降解，PROTAC就具有催化作用，可以降解其他靶標，從而降低所需的有效劑量。相反，基于PROTAC的KRAS抑制劑也有潛在的局限性。"雙彈頭"的性質需要構建更高分子量的復雜分子，這降低了細胞的滲透性和生物利用度。在Popow描述的小鼠研究中，ACBI3需要皮下或腹腔內給藥。ASP3082是基于PROTAC的KRASG12D選擇性化合物，需要靜脈注射，這對需要頻繁、長期治療的藥物是一個很大的限制。相比之下，已經獲批的adagrasib和sotorasib是口服的。

基于PROTAC的泛KRAS抑制劑的開發擴大了直接KRAS抑制劑的機制多樣性。目前，有30多種針對KRAS的治療方法正在進行臨床評估，而且肯定會有更多的治療方法出現。例如，正在考慮其他非蛋白酶體的降解策略。是否存在一個(或多個)“**”機制?鑒于KRAS的致癌功能根據特定的突變和組織類型的差異，不同的KRAS抑制劑可能適合不同的情況。聯合KRAS抑制劑也可能是一種可行的策略來抵消耐藥性的出現。未來的分析應該評估具有抗正常KRAS活性的泛KRAS抑制劑和降解劑如何影響免疫系統和腫瘤微環境，如何避免毒性，以及如何優化大分子如PROTACs的口服給藥。**個基于PROTAC的治療方法于2019年進入臨床評估，目前有20多種此類化合物正在進行臨床評估，因此KRAS加入破壞靶標是合適的。

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