驚艷40年的等待:鎖定”不可成藥靶點”,KRAS抑制劑步入臨床試驗






▎藥明康德/報導

近40年前,人類原癌基因首次揭開了神秘的面紗:RAS基因作為第一個被確認的人類癌症元兇,最早在兩種鼠肉瘤病毒中被發現,並於上世紀80年代初被確認與導致人類膀胱癌的基因相同。這一發現為人類腫瘤機制研究帶來了革命性影響。該基因進化保守且機制、結構特殊,超過30%癌症患者體內都會表達該基因突變。數十年來,科學家已就EGFR、BCL等常見原癌基因,開發了數代抑制劑類靶向藥物;但上市新藥中, RAS靶向抑制劑的身影卻依然缺位。

就在2019開年之際,生物新銳MiratiTherapeutics傳來好消息,其原創新藥MRTX849正是靶向RAS家族特定突變體KRAS G12C蛋白,目前該項目管線已進入1/2期臨床試驗,治療攜帶相關基因突變的晚期實體瘤患者。

驚艷40年的等待:鎖定

Mirati藥物研發副總裁Matthew Marx博士

探秘史上最難成藥的原癌基因堡壘

美國科學院院士、細胞療法教父Carl June教授曾在《新英格蘭醫學雜誌》撰文,他將突變的RAS基因描述為一種神奇的藥物靶標,因為該突變廣泛表現於多種腫瘤組織,且多發生於癌症早期;但長期以來,相關小分子靶向藥、抗體藥、疫苗的研發卻挑戰重重,因此他認為在過去很長的時間內,RAS家族是一種「不可成藥的蛋白(The Undruggable RAS)」。

RAS(Rat Sarcoma)家族蛋白廣泛表達於各類真核生物,有兩種表現形式:非激活狀態下GDP(二磷酸鳥苷)結合形式和激活狀態下的GTP(三磷酸鳥苷)結合形式。RAS蛋白正是通過兩種表現形式之間的切換,來調控包括RAF-MEK-ERK、PI3K/Akt/mTOR在內的多個下遊通路,從而影響細胞的生長和分化,以及腫瘤的發生和發展。RAS基因在胰腺癌、結直腸癌、非小細胞肺癌等多種癌細胞中突變率極高,還會使患者對其他靶向藥物產生耐藥性。

對於RAS蛋白的突變形式和信號通路研究,近年來分子生物學已取得重大進展,然而開發相關的靶向藥物卻依然挑戰重重。在化學藥開發方向,由於RAS蛋白結構平滑,其表面結合小分子的疏水性口袋並不明顯;在生物藥開發方向,抗體藥穿透細胞膜靶向RAS蛋白,藥物遞送效率也有很大的提升空間。所以不少研究者曾試圖另辟蹊徑,希望研究藥物抑制RAS蛋白與SOS1或RAF等下遊信號蛋白的結合等,然而相關研究合成的先導化合物與RAS蛋白親和性卻不盡人意。

目前人們發現RAS家族蛋白主要分為三大類:KRAS、HRAS、NRAS,其中的KRAS突變比例超過80%,多數KRAS基因突變發生於12號密碼子。Mirati藥物研發副總裁Matthew Marx博士表示:「MRTX849的靶標正是KRAS G12C突變蛋白,該突變在肺癌、尤其是非小細胞肺癌中比例較大(14%);此外還在一些結直腸癌(4%)、胰腺癌(2%)患者體內表達。在美國癌症人群中,該基因突變發生率甚至大於ALK、RET、TRK基因突變總和,因此相關病患人群中存在重大未滿足的醫學需求。」

千里挑一:超級小分子共價結合「不可成藥蛋白」

面對KRAS蛋白成藥性的難點,Mirati從基礎科學的最新進展中找到了突破口。Matthew Marx博士回憶起最初找到 新髮現的驚喜:「加州大學舊金山分校Kevan Shokat教授,曾帶領其團隊在知名刊物發表論文,驗證特殊化合物可通過共價鍵綁定KRAS G12C突變蛋白。由此啟發,我們通過進一步研究證實Kevan Shokat團隊的發現,可通過共價化合物靶向KRAS突變基因12號密碼子編碼的半胱氨酸,並填滿II號分子開關區域一個可擴張的疏水結合口袋,被綁定的KRAS G12C突變體會被不可逆地鎖定在失活狀態,從而阻斷依賴該蛋白的信號通路和癌細胞生存能力。」

驚艷40年的等待:鎖定

KRAS G12C抑制劑成藥機制(圖片來源:Mirati官網)

從學術成果到可驗證的實驗模型,再到最終做到轉化醫學的成果,是一個漫長又充滿挑戰的過程。Matthew Marx博士表示要對靶蛋白做到高效、特異性的結合效果,必須要尋找分子量較大的化合物,同時還要保證優秀的成藥性:「我們要在與靶蛋白結合的親和力、反應性、選擇性和藥代動力學屬性等各個方面達到平衡,還要保證該化合物的高特異性,不會綁定其他蛋白從而避免脫靶毒性。而從學術研究到臨床轉化的道路上,Matthew Marx博士肯定了藥明康德研究服務部藥物研發國際服務部(IDSU)和化學服務部(CSU)團隊為MRTX849化學合成做出的努力與貢獻。

2017年底,Mirati鑒定出兩個臨床前候選藥物(Preclinical candidate),藥明康德IDSU武漢FTE-Mirati團隊協助合作夥伴,為關鍵的動物毒理實驗各合成80克化合物,其中一款被成功選中推入臨床。「從提名臨床前候選藥物到該項目最終進入臨床試驗僅歷時1年左右,」Matthew Marx博士說道:「這也得益於藥明康德測試事業部旗下,專門針對新藥臨床前研究項目成立,整合了臨床前一體化分析測試服務的WIND(WuXi IND)平台。

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非小細胞肺癌、結直腸癌患者體內KRAS和KRAS G12C蛋白突變比例分析(圖片來源:Mirati官網)

RAS蛋白研究復興,前沿療法蓄勢待發

MRTX849的1/2期臨床試驗中,首位患者已於今年1月入組。談到臨床進展,Matthew Marx博士預計今年下半年可公布第一階段研究的初步數據:「此次啟動的1/2期臨床試驗,在KRAS G12C陽性的晚期實體瘤患者中展開,評估MRTX849作為單藥療法的效果,包括安全性、耐受性、藥代動力學、和初步抗腫瘤活性。我們希望首先確認單藥療效,然後再在未來考慮與其他藥物和療法聯用。」

在小分子靶向藥物之外,還有不少研究者將目光瞄準了針對RAS蛋白的其他前沿療法,包括開發合成致死抑制劑、RNA干擾療法、T細胞過繼療法等。《自然》雜誌曾刊登丹娜-法伯癌症研究所William C. Hahn教授團隊的基礎研究,證明TBK1蛋白可能通過NF-κB通路產生促生存信號,在動物實驗中顯示出與KRAS蛋白對腫瘤細胞的合成致死作用。關於RNA干擾療法,美國MD安德森癌症中心利用人體內CD47外泌體蛋白作為遞送載體,特異性靶向胰腺癌KRAS突變蛋白,改善了小鼠模型的總生存期。腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor infiltrating lymphocyte)療法的進展,則主要來自癌症免疫泰鬥Steven Rosenberg博士團隊,從肺部腫瘤中分離靶向KRAS G12突變的腫瘤浸潤淋巴細胞,修飾、擴增、篩選後回輸到患者體內,顯示該細胞過繼療法可使腫瘤消退維持數月之久。

談到這些不同方向的前沿療法,Matthew Marx博士覺得整個團隊有幸處於一個 新髮現蓬勃噴湧的時代:「經過醫學界30餘年的不懈努力,我相信未來會有KRAS抑制劑問世,這不僅包括更多選擇性綁定KRAS G12C突變的共價化合物,也會看到針對其他KRAS G12突變亞型的靶向藥物或尖端療法。希望更多優秀的療法能取得堅實的臨床前驗證數據,並最終進入臨床管線,成為廣譜抗癌療法上市,並為病患造福!」

參考資料:

1. Drugging the Undruggable Ras – Immunotherapy to the Rescue?/, Retrieved December 8, 2016, from https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMe1612215

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