未曾设想的道路——原癌基因RAS如何成为“屠龙者”?

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未曾设想的道路——原癌基因RAS如何成为“屠龙者”?

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未曾设想的道路——原癌基因RAS如何成为“屠龙者”?

作者:饮乐多

4月15日——4月21日是我国第27届“全国肿瘤防治宣传周”,主题是“健康中国健康家——关爱生命科学防癌”。肿瘤是严重危害人类健康的慢性疾病,是第二常见的人类死亡原因,也是全球主要的公共卫生问题。肿瘤的发生和发展往往是多因素、多阶段的过程,而基因突变和突变所导致的异常细胞信号传导与肿瘤发生密切相关。
大鼠肉瘤基因(RAS)于30年前被首次报道,是首个发现的人类原癌基因,其产物RAS蛋白是一种小的鸟嘌呤核苷酸结合蛋白,具有内在的GTP酶活性,是细胞信号转导通路中至关重要的分子开关,在细胞增殖、分化、凋亡等生命过程中起重要调节作用。RAS基因的激活突变会使信号通路失控,与人类30%癌症发生发展和预后不良密切相关,包括肺癌、大肠癌、胃癌和胰腺癌等多种恶性肿瘤,是重要的起始和驱动因素。

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“全员恶人”

据世界卫生组织国际癌症研究机构最新数据统计,2020年中国的癌症新发病例为456万例,位居世界第一,“一人不幸,破碎家庭”。癌症不分地域,不分种族,2018年,仅在美国就有大约173万新发癌症病例和60万癌症死亡病例(美国人口约为我国的四分之一)。
时至今日,化疗仍是治疗癌症的主要方法之一,但随着人类医学水平的不断进步,对化疗药物的依赖逐渐下降,而化疗药物显著的副作用和获得性耐药也限制它的未来。在过去三十年里,癌症的发病率和死亡率并没有明显下降。
我国高发的肺癌(临床表现:刺激性咳嗽、血痰、久咳不愈常伴随胸痛)、肝癌(临床表现:腹部疼痛、腹胀、食欲减退、消瘦等)、胃癌(临床表现:上腹不适或疼痛,服药不能缓解常伴随消化不良)、大肠癌(临床表现:腹痛、腹胀、排便带血、贫血、乏力等)、乳腺癌(临床表现:乳房肿块、乳房皮肤凹陷、乳头内陷、乳头溢液或破溃)、宫颈癌(临床表现:阴道出现及不正常分泌、腹部胀大,小腹隐痛等)、鼻咽癌(临床表现:鼻涕带有少量血丝,晨起鼻涕带血伴随耳鸣等)、前列腺癌(临床表现:尿频及夜尿增长、排尿困难以及血尿等)需要特别注意。
所有慢性病都应注重三级预防,一级预防为病因预防,减少暴露在外界癌症威胁中;二级预防是“三早”,早发现、早诊断、早治疗;三级预防是预后康复,延长生存期。建议有家族史、有不健康生活习惯及年龄较大的人群定期体检。

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“挽狂澜于既倒,扶大厦之将倾”

1.抗RAS基因靶向治疗
抗RAS基因靶向治疗一直是抗肿瘤研究的重点,虽然40年来人类还未彻底攻破这个难题,但针对RAS突变本身或其相关信号通路所研制的分子靶向试验药物已在肿瘤治疗中展现了广阔前景。
2.RAS家族
存在KRAS、HRAS、NRAS三个成员,分别编码含有188-189个氨基酸的KRAS4A、KRAS4B、HRAS、NRAS这四种蛋白质,他们分别具有82%-90%的序列同源性。RAS蛋白通过与鸟嘌呤核苷酸GTP/GDP结合来形成激活/失活两种相辅相成的反馈机制,精确调控细胞内信号传递的级联反应。
3.当RAS基因发生突变时
RAS蛋白的GTP酶活性受影响,结合GTP后停留在激活RAS-GTP状态,导致下游信号通路持续激活,使细胞增殖不再受控制,最终诱发癌变。RAS突变主要发生在KRAS亚型上(86%),其次是NRAS突变(11%)和HRAS突变(3%)。而“万癌之王”胰腺癌(90%为导管癌)中,97.7%的导管癌患者发生了KRAS突变;在大肠癌患者中KRAS和NRAS突变频率为44.7%和7.5%;肺癌患者中三个亚型的突变频率分别为30.9%,0.9%和0.3%。
而在突变位点上98%的RAS突变发生在G12、G13和Q61残基上,其中KRAS的突变主要集中在G12上,约占到所有KRAS突变的89%,而NRAS则以Q61突变为主,HRAS在G12和Q61突变频率相当。在KRAS的G12突变中,G12C、G12D和G12V突变最为普遍。

图1 RAS家族的“屠龙秘术”

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作为最有效的“屠龙术”,人类对RAS家族的研究从未停止,但由于GTP/GDP与RAS的结合亲和力达到皮摩尔级,难以像蛋白激酶那样开发能够阻止GTP/GDP与RAS结合的竞争性抑制剂;其次是除了核苷酸结合口袋外,RAS蛋白缺乏可供小分子结合的其他口袋,阻碍变构抑制剂的研发;然后RAS蛋白表面光滑难以与小分子稳定结合;此外靶向RAS膜定位的法尼基转移酶抑制剂曾经进入Ⅲ期临床试验,但这类药物对KRAS和NRAS突变驱动的肿瘤无效,而其余的靶向RAS下游信号分子的药物,由于RAS突变使得MAPK通路显示出功能性冗余,因此此类抑制剂对RAS突变的肿瘤疗效甚微。

不过人民群众的智慧是无穷的,本文药品研发数据来自CPM新药研发监测数据库(cpm.pharmadl.com)。KRASG12C共价抑制剂最早产生于2013年,其主要功效是通过与S-ⅡP结合抑制GEF催化的核苷酸交换活性,使KRASG12C偏向与GDP结合;它还能破坏KRASG12C-GTP激活态构象,阻碍其下游效应分子作用。

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安进公司的KRASG12C共价抑制剂AMG-510(sotorasib)于2018年率先开展人体试验,该化合物最早改进了构型,诱导His95尾部发生偏转,并进入到由His95、Tyr96和Gly99形成的新的隐秘口袋,使细胞效能增强,但仍然存在血浆清除率高和生物利用度低等缺陷。此后安进不断进行改进,在原有的基础上改造4-苯基邻位、母环及其他官能团,最终得到了AMG-510。
由于其较为良好的临床表现,FDA授予其治疗KRASG12C阳性NSCLC和结直肠癌的孤儿药资格,目前安进正在积极推进注册上市。
此后Mirati与Pifer合作的KRASG12C共价抑制剂MRTX-849(adagrasib)也进入了Ⅲ期临床试验;Wellspring联合Janssen研发的JNJ-74699157(ARS-3248)也进入Ⅰ期临床。

图2 KRAS靶点全球研发进展

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4.科学永无止境
尽管KRASG12C共价抑制剂一时风光无两,科学家们已经开始思索KRASG12C共价抑制剂将会面临的获得性耐药性和适应症等问题,只针对单一信号通路KRASG12C的药物,因为其存在激活态和非激活态两种动态平衡模式,只针对某一形态进行抑制,可能会打破原先的动态平衡,诱使机体采用其他旁路从而产生耐药。

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勃林格殷格翰富有先见的瞄准了RAS的上游靶点SOS,开发了SOS1::KRAS抑制剂BI-1701963,其针对上游靶点的思路将使药品具有广谱抗癌能力。作为一种新型的口服小分子,它通过与SOS1催化区域结合,阻止它与失活状态KRAS相互作用并同时阻断SOS1驱动的反馈,减少了KRAS激活状态形成,抑制MAPK信号通路在KRAS依赖性癌症中的作用。通过选择性抑制SOS1,可以不考虑KRAS突变类型,阻断多种KRAS突变体活性(泛KRAS抑制),目前全球的Ⅰ期临床试验正在如火如荼的进行。

图3 SOS1靶点全球研发进展

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由于RAS蛋白本身分子特征和相关信号通路错综复杂,直接抗RAS靶向治疗或者单纯阻断信号通路中某个致癌基因和分子往往不足以产生效果,多靶点联合用药也有望为RAS突变的肿瘤患者带来希望。
随着新的分子靶向药物研发和个体化治疗的应用,靶向治疗已经成为了肿瘤治疗的发展方向和主要趋势。曾经β-catenin、p53、KRAS、MYC号称是“不可成药靶点”,其极高的突变率限制其成药的上限,随着技术的进步,我们似乎看到了对抗癌症的希望,我们仍应对未来充满信心。

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可防可控的“人类杀手”?

世界卫生组织WHO宣称,有接近50%的癌症是可以预防的,而可预防的癌症中,80%都与生活习惯有关,防癌控癌,要从生活习惯入手。
根据科学研究,最危险的生活方式包括:吸烟、饮酒、不健康的膳食营养、缺乏体育运动。通过改善高危运动可以降低个体癌症的风险。

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吸烟:目前大量证据表明,吸烟(包括水烟、雪茄、咀嚼烟)会增加癌症风险,吸烟直接导致了22%的癌症死亡,首当其冲的就是肺癌,其次是食管癌、喉癌、口腔癌。吸烟会诱发人体细胞DNA发生突变,而细胞DNA突变导致基因损伤,是癌症发生的基础。

与不吸烟人群相比,吸烟者死于肺癌的风险高20倍左右,而戒烟10年后,其患癌风险降低至正常水平,值得一提的是,被动吸二手烟也会提升癌症风险,危害人体,启动致癌机制。

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饮酒:饮酒越多,风险越高,如果重度烟民酷爱喝酒,那风险就会“超级加倍”,容易诱发口腔癌、喉癌、口咽癌等癌症。

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营养摄入:食品的种类、烹饪手法、饮食习惯都与癌症发病息息相关,据世界癌症研究基金会估计,选择正确食物和适应的烹饪方式,可以预防近半数癌症,而高热量、高脂肪、高蛋白和低维生素、低膳食纤维的饮食则会增加结直肠癌的风险;高盐、腌制食品会增加胃癌的风险;长期食用霉变的食物会导致肝癌的发生。

04

肥胖:世卫组织于2014年宣布肥胖是癌症的独立危险因素,每年大约有48万例新发癌症可以归因于超重和肥胖,可能导致结直肠癌、乳腺癌等癌症。

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身体活动:研究表明,坚持锻炼可以降低多种疾病的发病风险,全球高发的结直肠癌和乳腺癌的风险可以降低15%和10%,平均降低所有癌症7%的风险。

人类的医学技术突飞猛进,但癌症仍是人类的“大敌”,我们不能将希望都寄托于“屠龙勇士”的出现、科学防癌,从我做起,掌握健康的生活习惯,才是治本之道。

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