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王印祥:基于KRAS通路的抗腫瘤藥物開發(fā)

發(fā)布日期:2020-11-27   來源:同寫意   瀏覽次數(shù):0
核心提示:導(dǎo)讀:KRAS與SHP2聯(lián)合用藥探索。目前有三個KRAS抑制劑和六個SHP2抑制劑進入臨床試驗階段。加科思作為目前全球第一家同時擁有這兩
 導(dǎo)讀:KRAS與SHP2聯(lián)合用藥探索。

“目前有三個KRAS抑制劑和六個SHP2抑制劑進入臨床試驗階段。加科思作為目前全球第一家同時擁有這兩種抑制劑的公司,我們也真誠期待在未來兩到三年,KRAS抑制劑與SHP2的抑制劑在臨床上能夠為大家呈現(xiàn)出一個真實有效的故事。”

 

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王印祥博士

 

01

KRAS的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

 

60年代Harvey和Kirsten分別發(fā)現(xiàn)了類似RSV病毒的逆轉(zhuǎn)錄病毒攜帶的老鼠腫瘤基因HRAS和KRAS,到1982年Weinberg在人類膀胱癌細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)HRAS,這也使得RAS真正成為生物學(xué)歷史上第一個被發(fā)現(xiàn)的人類腫瘤基因。

 

RAS基因家族發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關(guān)基因包括HRAS、KRAS和NRAS三種,分別定位在11、12和1號染色體上,其中關(guān)于KRAS基因及其蛋白抑制劑的研究最多見。KRAS是用該基因發(fā)現(xiàn)者Kirsten的名字來命名的,即Kirsten rat sarcoma viral oncogene,從PubMed上檢索可知,自1954年發(fā)現(xiàn)至今六十多年,針對KRAS的論文發(fā)表現(xiàn)在已經(jīng)有一萬九千多,將近兩萬篇,尤其是近十年的文章發(fā)表可達一萬五千多篇,由此可知對一個基因的功能研究需要很長的歷史鋪墊。

 

KRAS基因自1954年發(fā)現(xiàn),經(jīng)歷近五十年的探索研究,一直未能獲得靶向KRAS蛋白的藥物,故而一直被大家稱為“不可成藥”靶點。

 

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KRAS蛋白難以成藥主要有這么幾點原因:

 

首先KRAS作為GTP酶,與GTP的結(jié)合親和力高達皮摩爾級別。相對一般激酶(Kinase)的納摩爾級別結(jié)合親和力, KRAS與底物皮摩爾級別的結(jié)合親和力是非常高的。而且KRAS的底物GTP在細胞內(nèi)的濃度又很高,這也使得直接靶向GTP口袋的核苷酸競爭抑制劑難以開發(fā)。此外,KRAS蛋白表面非常平滑,除GTP結(jié)合位點外,難以找到其他小分子結(jié)合口袋,這也為尋找高親和力的變構(gòu)抑制劑進程增加了阻礙。

 

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直到2013年UCSF(加州大學(xué)舊金山分校)的Kevan Shokat教授在Nature上首次發(fā)表KRAS G12C的小分子共價靶向策略,針對KRAS突變小分子抑制劑的研究才真正取得顯著進展。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)KRAS G12C蛋白與GDP結(jié)合時,失活狀態(tài)的KRAS蛋白表面出現(xiàn)一個新的由SwitchⅡ參與組成的結(jié)合口袋,即之后為大家所熟知的S-IIP變構(gòu)結(jié)合位點。而KRAS(G12C)突變蛋白的第12位甘氨酸(Glycine)位點突變成易與共價抑制劑結(jié)合的半胱氨酸(Cysteine),從而將KRAS(G12C)鎖死在失活狀態(tài)下。

 

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Kevan Shokat教授發(fā)表論文后,其在加州參與成立的Wellspring公司也第一個獲得臨床前候選化合物ARS 3248。但是后來安進和Mirati的KRAS G12C共價抑制劑相繼超越ARS 3248進入臨床試驗。AMG510更是在今年以積極的臨床二期數(shù)據(jù)為支持加速進入臨床三期試驗。

 

每一個靶點由發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用都需要經(jīng)歷很長時間的積累,學(xué)術(shù)界在靶點研究的前期階段會做出非常多的貢獻,而工業(yè)界的雷厲風(fēng)行更是會極大的促進靶點的發(fā)展和應(yīng)用。若KRAS抑制劑能夠經(jīng)歷臨床試驗的重重考驗并成功上市,其在腫瘤界產(chǎn)生的影響力或可比肩PD1單克隆抗體產(chǎn)生的影響力。

 

甚至于從學(xué)術(shù)角度,KRAS靶點的整個研究和發(fā)展歷程也是值得寫入教科書,成為一個經(jīng)典案例的。加科思也在同步開發(fā)KRAS抑制劑,其JAB-21000項目已經(jīng)進入pre-IND階段,并準備于明年3月份申報臨床。

 

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由于KRAS基因在腫瘤中發(fā)揮的重要作用及其KRAS長期的“不可成藥”困擾,科學(xué)界圍繞KRAS通路也進行了非常多的研究,也成功開發(fā)出多種作用于KRAS上下游靶點的藥物,如處于KRAS上游的多種酪氨酸激酶受體(RTK)的抑制劑開發(fā),處于KRAS下游的RAF和MEK抑制劑開發(fā)等。在2018年5月28日的《Nature Medicine》同一期上三篇酪氨酸磷酸酶SHP2相關(guān)論文發(fā)表,將大家的注意力吸引到了這個靶點上。文章報道表明SHP2作為KRAS的上游靶點連接KRAS與多種RTK受體,同時也表明SHP2抑制劑對于KRAS激活腫瘤的顯著抑制效果。

 

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02

SHP2發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

 

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2于1993年首次被分離并報道,但長久以來,無論在工業(yè)界還是學(xué)術(shù)界,SHP2靶點都是默默無聞,并未引起大家的關(guān)注。

 

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2014年細胞程序性死亡受體1(PD-1)的單克隆抗體獲批上市,PD-1引領(lǐng)了腫瘤免疫治療領(lǐng)域的革命性進展。2018年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎也授予了James Allison和Tasuku Honjo教授(前者發(fā)現(xiàn)針對CTLA-4的免疫檢查點療法,后者發(fā)現(xiàn)針對PD-1的免疫檢查點療法),以表彰兩位科學(xué)家在腫瘤免疫學(xué)的巨大貢獻。

 

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但PD-1抗體在2014年首次獲批時,其臨床研究進展其實是遠遠快于作用機制研究的。2014年《Cancer Research》的一篇論文報道指出SHP2處于PD-1下游,當(dāng)腫瘤PDL1結(jié)合到T細胞的PD-1時,可激活細胞內(nèi)的SHP2磷酸酶,從而引起免疫抑制,這后來也成為加科思選擇開發(fā)SHP2靶點的一個重要理論支持。

 

在靶向抗癌藥的研發(fā)歷程中,工業(yè)界在90年代開始做靶向抗癌藥的時候,最早都是從激酶抑制劑和磷酸酶抑制劑同時做起。但最后開發(fā)磷酸酶抑制劑的公司一個個折戟沉沙,而開發(fā)激酶抑制劑的公司卻不斷推陳出新,相繼有多個激酶的抑制劑獲批上市。磷酸酶“不可成藥”的說法也因此漸漸成為“共識”。

 

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縱觀以往的磷酸酶抑制劑失敗案例,基本可歸納出如下原因,首先原來的研發(fā)策略都是針對磷酸酶的催化區(qū)域,但催化區(qū)域帶電荷的性質(zhì)導(dǎo)致開發(fā) 的抑制劑小分子難以進入細胞,另外磷酸酶尤其是催化區(qū)域特別保守,且在人體內(nèi)含有多達幾百種,因此很難獲得針對某一個磷酸酶的選擇性非常好的抑制劑。

 

但是科學(xué)界針對磷酸酶的研究工作一直沒有停止,終于在近幾年迎來了磷酸酶SHP2抑制劑的突破性進展。磷酸酶SHP2由三個結(jié)構(gòu)域(N-端兩個SH2和PTP域)組成,SHP2蛋白在體內(nèi)的兩個主要構(gòu)象分別為張開狀態(tài)的活性構(gòu)象與閉合狀態(tài)的非活性構(gòu)象,而新型變構(gòu)抑制劑可以像分子膠水一樣將SHP2蛋白鎖定在失活狀態(tài),從而達到促進免疫的作用。

 

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近幾年SHP2抑制劑的突破性進展尤為突出,加科思的SHP2抑制劑發(fā)展進程基本與全球同步。諾華在2017年3月向美國FDA申報臨床,加科思在2017年12月申報,是全球第二家申報IND的公司。諾華和加科思都是在2018年于美國開始臨床試驗一期。目前將SHP2抑制劑開發(fā)至臨床階段的公司,在全球除了諾華和加科思,還有Revolution /Sanofi,今年又有Relay和Navire相繼加入了SHP2的臨床賽道。

 

03

KRAS與SHP2聯(lián)合用藥探索

 

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然而,更多的故事還在徐徐展開,縱觀整個KRAS通路,從上游的RTK受體與SHP2磷酸酶,到KRAS,再延申至下游的RAF和MEK。目前下游的RAF抑制劑和MEK抑制劑均已經(jīng)獲批上市了,而KRAS抑制劑和SHP2抑制劑目前都還在臨床階段。但眾所周知的是,在KRAS抑制劑臨床應(yīng)用幾個月后,腫瘤細胞就開始產(chǎn)生耐藥,而科學(xué)界就KRAS通路耐藥機制也是進行了深刻的研究。美國斯隆-凱特林癌癥研究所專家Rona Yaeger總結(jié)了KRASG12C抑制劑耐藥的作用機制,并提出了可能的克服耐藥的方案。腫瘤細胞很狡猾,當(dāng)KRAS被抑制時,腫瘤細胞可以非常巧妙的繞過KRAS,轉(zhuǎn)換到H/N RAS通路作用,從而導(dǎo)致腫瘤細胞耐藥。

 

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而從圖D可以看出,當(dāng)KRASG12C抑制劑與下游MEK抑制劑聯(lián)用,雖然強效抑制了MEK-ERK通路,但也激活了旁路PI3K途徑,即腫瘤可以繞過RAS-MEK通路對KRASG12C抑制劑產(chǎn)生耐藥。

 

同時文章也指出,SHP2不僅處于KRAS/NRAS/HRAS的垂直上游,且是多個RTK的共同下游信號分子(圖C)是其通路中的“交匯靶點”。SHP2在細胞信號通路中的位置決定了其是克服KRASG12C抑制劑耐藥的最佳靶點。

 

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去年10月份Nature上發(fā)表的文章,也表明當(dāng)KRAS抑制劑AMG510發(fā)生耐藥后,聯(lián)用上游SHP2抑制劑或者更上游的受體激酶抑制劑,可同時有效阻斷對上游RTK的反饋激活和旁路PI3K的激活,潛在具有最好的治療效果。

 

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目前有三個KRAS抑制劑和六個SHP2抑制劑進入臨床試驗階段。加科思作為目前全球第一家同時擁有這兩種抑制劑的公司,我們也真誠期待在未來兩到三年,KRAS抑制劑與SHP2的抑制劑在臨床上能夠為大家呈現(xiàn)出一個真實有效的故事。

 

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與大家共同分享一段話,這是引自2004年Nature Reviews Drug Discovery的文章,這段話講的是:美國NIH的Rosenberg教授報告了黑色素瘤轉(zhuǎn)移性肺癌,用IL2治療和淋巴細胞治療后,轉(zhuǎn)移灶全部消失,世界為此而震驚。但是八年后發(fā)現(xiàn),這樣的治療跟安慰劑對照沒什么區(qū)別。

 

我們看到,Rosenberg教授在90年代初盛行腫瘤免疫研究的時候,便是腫瘤免疫的鼻祖,可是在2004年的時候,科學(xué)界對于腫瘤免疫依然是持苛刻甚至諷刺態(tài)度的。但是我們都知道,在終于又經(jīng)過了10年的漫長路程即2013年時,腫瘤免疫藥物已經(jīng)成為廣譜抗腫瘤藥。

 

在每一個靶點和藥物的研發(fā)初期,其基礎(chǔ)研究都是經(jīng)過無數(shù)的學(xué)者和實驗驗證的,幾千篇甚至上萬篇的研究論文的發(fā)表,多少位科研人員經(jīng)過30年到40年的鋪墊,才有可能把一個新藥研發(fā)出來。

 
 
 
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