靶向13種KRAS突變的蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)設(shè)計(jì)

KRAS基因突變是癌癥發(fā)展和轉(zhuǎn)移生長的驅(qū)動(dòng)因素之一，一度曾被認(rèn)為是"無法治療的"，現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前不為人知可用藥物靶向的“口袋”，使靶向藥物的開發(fā)成為可能，并促使人們努力開發(fā)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(xué)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(shè)計(jì)。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(fā)展促進(jìn)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(gè)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(jià)修飾劑，但是KRASG12D-選擇性抑制劑除一種之外其他都是非共價(jià)的，因?yàn)镚12D(天冬氨酸)取代產(chǎn)生的活性氨基酸位點(diǎn)要比G12C（半胱氨酸）突變少。例如，MRTX1133是一種非共價(jià)變構(gòu)抑制劑，在KRAS G12D處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)結(jié)合“Shokat”開關(guān)II口袋(SIIP)。相比之下，rmmc -9805可識(shí)別KRASG12D的“打開”狀態(tài)，與cyclophilin A形成初始二元復(fù)合物，然后識(shí)別KRAS形成三復(fù)合物（ tricomplex），是共價(jià)變構(gòu)抑制劑。ASP3082是一個(gè)蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)，包含KRASG12D-選擇性的結(jié)合配體，通過連接子連接到E3泛素連接酶結(jié)合元件，該元件招募E3連接酶來引起泛素化和蛋白酶介導(dǎo)的KRASG12D 降解。

傳統(tǒng)的觀念是，需要一種選擇性針對突變KRAS的抑制劑來實(shí)現(xiàn)靶向癌細(xì)胞的**治療指數(shù)，同時(shí)保留正常細(xì)胞。然而，這種針對突變的選擇性抑制劑的傾向受到了挑戰(zhàn)，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(jié)果。“泛KRAS”抑制劑BI-2865和BI-2493，對大多數(shù)KRAS突變體和正常KRAS都表現(xiàn)出效力，更有效的類似物BI-3706674已進(jìn)入臨床評估(NCT06056024)。RAS“多重抑制劑”，如rmmc -6236，可以同時(shí)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(jié)果。

Popow等人提出的靶向不同KRAS突變蛋白的PROTAC的策略，體現(xiàn)在泛KRAS關(guān)閉狀態(tài)抑制劑BI-2865，它可以阻斷多種KRAS突變。BI-2865的SIIP結(jié)合基序（binding motif）與VHL E3連接酶結(jié)合基序通過連接子偶聯(lián)。基于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定了一個(gè)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(xiàn)出高活性，包括KRASG12D。將這個(gè)KRAS降解化合物4 與一種同樣結(jié)合并抑制KRAS但缺乏降解活性的相關(guān)化合物（對照）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(qiáng)化合物4 體內(nèi)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(jié)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(nèi)與不能降解KRAS的對照抑制劑進(jìn)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(gòu)抑制劑有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。識(shí)別KRAS的部分本身并不需要損害KRAS的功能，這擴(kuò)大了KRAS抑制劑的化學(xué)譜。此外，PROTACs不需要高親和力的化學(xué)計(jì)量結(jié)合。PROTAC誘導(dǎo)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(biāo)，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(zhì)需要構(gòu)建更高分子量的復(fù)雜分子，這降低了細(xì)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(nèi)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(gè)很大的限制。相比之下，已經(jīng)獲批的adagrasib和sotorasib是口服的。

基于PROTAC的泛KRAS抑制劑的開發(fā)擴(kuò)大了直接KRAS抑制劑的機(jī)制多樣性。目前，有30多種針對KRAS的治療方法正在進(jìn)行臨床評估，而且肯定會(huì)有更多的治療方法出現(xiàn)。例如，正在考慮其他非蛋白酶體的降解策略。是否存在一個(gè)(或多個(gè))“**”機(jī)制?鑒于KRAS的致癌功能根據(jù)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(lián)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(xiàn)。未來的分析應(yīng)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(tǒng)和腫瘤微環(huán)境，如何避免毒性，以及如何優(yōu)化大分子如PROTACs的口服給藥。**個(gè)基于PROTAC的治療方法于2019年進(jìn)入臨床評估，目前有20多種此類化合物正在進(jìn)行臨床評估，因此KRAS加入破壞靶標(biāo)是合適的。

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