KRAS突变体活性状态靶向治疗的新策略：通过化学重塑细胞伴侣蛋白构建三元复合物抑制剂

作者与发表信息

本研究的通讯作者为Jacqueline A. M. Smith（Revolution Medicines公司）和Piro Lito（纪念斯隆-凯特琳癌症中心），合作团队来自Revolution Medicines公司、纪念斯隆-凯特琳癌症中心及威尔康奈尔医学院。研究于2023年8月18日发表在《Science》期刊（卷381，页794-799）。

学术背景

KRAS是癌症中最常激活的致癌基因，其突变体（如KRAS G12C）在非小细胞肺癌（NSCLC）中占比高达37-43%。尽管针对KRAS G12C非活性状态（GDP结合态）的抑制剂（如sotorasib和adagrasib）已取得临床进展，但疗效受限于肿瘤细胞通过增加GTP结合态KRAS的逃逸机制。因此，靶向KRAS活性状态（GTP结合态）成为突破治疗瓶颈的关键。然而，传统小分子药物难以直接靶向这一“不可成药”靶点，亟需创新策略。

研究流程与方法

1. 靶向策略设计

研究团队受天然产物（如雷帕霉素和FK506）启发，提出通过重塑免疫亲和素（immunophilin）Cyclophilin A（CypA）的分子表面，构建与活性KRAS G12C结合的新界面。具体步骤包括：
- 初始配体开发：基于天然产物sanglifehrin A的CypA结合模块，设计工具配体compound-1（含半胱氨酸反应弹头），并通过晶体结构解析（1.40 Å分辨率）验证其与CypA:KRAS G12C-GMPPNP（非水解GTP类似物）三元复合物的初步结合模式。
- 配体优化：通过大环化（macrocyclization）减少构象熵，引入吲哚 linker增强与KRAS的相互作用，并优化弹头（如丙烯酰胺→ynamide），最终得到高选择性共价抑制剂RMC-4998（靶向KRAS G12C的IC50为28 nM，选择性比KRAS WT高39倍）。
- 三元复合物结构解析：通过1.53 Å分辨率的晶体结构揭示RMC-4998重塑的CypA界面与KRAS G12C的相互作用，包括：
- 非共价作用：RMC-4998的吲哚与KRAS的Switch I（I36）和Switch II（Y64）区域结合。
- 新界面形成：CypA的N71、K151、R148与KRAS的E31、D33、E37形成氢键。
- 共价修饰：ynamide弹头与KRAS G12C的C12共价结合。

2. 功能验证

• 效应蛋白解离：三元复合物通过空间位阻阻断KRAS与效应蛋白（如BRAF、PI3K、SOS1）的结合，生化实验显示RMC-4998可浓度依赖性解离BRAF RBD与KRAS G12C的相互作用（TR-FRET检测）。
  
• 细胞实验：在KRAS G12C突变细胞中，RMC-4998快速抑制ERK信号（IC50 1-10 nM），且不受生长因子（如EGF、HGF）激活的干扰，而传统抑制剂（如adagrasib）则因GTP负载增加而失效。
  
• 体内抗肿瘤活性：优化后的RMC-6291（临床阶段化合物）在NSCLC和结直肠癌（CRC）异种移植模型中诱导显著肿瘤消退（76% NSCLC模型和40% CRC模型出现回归）。
  

主要结果

1. 三元复合物的高效形成：RMC-4998与CypA的二元复合物解离常数（Kd）为1.09 μM，但与KRAS G12C-GTP形成稳定三元复合物（半衰期>8小时）。
   
2. 活性状态选择性：三元复合物仅结合GTP负载的KRAS G12C，不识别GDP结合态或野生型KRAS。
   
3. 克服耐药性：RMC-4998对常见耐药突变（如R68、H95、Y96）仍有效，而传统抑制剂因靶向非活性状态易失效。
   

结论与意义

本研究通过化学重塑CypA，首次实现了对活性状态KRAS G12C的靶向抑制，解决了传统药物的局限性。其科学价值在于：
- 方法论创新：利用天然产物框架重构蛋白-蛋白相互作用界面，为“不可成药”靶点提供通用策略。
- 临床转化：RMC-6291（NCT05462717）和广谱RAS抑制剂RMC-6236（NCT05379985）已进入临床试验，有望拓展至其他KRAS突变（如G12D、G13C）乃至其他癌症驱动基因。

研究亮点

1. 靶点突破：首次直接靶向KRAS GTP结合态，克服传统抑制剂的耐药机制。
   
2. 结构生物学指导：通过高分辨率晶体结构精准优化配体-蛋白相互作用。
   
3. 转化潜力：临床前数据支持三元复合物抑制剂在多种癌症模型中的广谱抗肿瘤活性。
   

其他价值

研究还揭示了CypA在肿瘤中的高表达和低变异性，支持其作为治疗靶点的可行性（图S6e-g）。此外，通过饱和突变筛选鉴定了潜在耐药位点（如P34R、I36Q），为后续药物优化提供方向。