背景：
KRAS是癌症中最常发生突变的致癌基因。密码子12的激活突变，特别是G12D，在一系列癌症和腺癌中具有最高的患病率。随着KRAS-G12D抑制剂进入临床试验，了解KRAS-G12D癌症的生物学，并确定预测治疗反应的生物标志物至关重要。
简介：
2023年8月15日，来自澳大利亚墨尔本大学医学生物学系的Kate D. Sutherland教授课题组在Trends in Cancer（IF: 18.4）杂志上发表题为“Next batter up! Targeting cancers with KRAS-G12D mutations”的文章[1]。在这篇文章中，作者讨论了KRAS-G12D腺癌的基因组学和生物学，包括组织学特征、转录景观、免疫微环境，以及这些因素如何影响对治疗的反应。此外，作者利用从G12C抑制剂临床试验中获得的知识，探索使用新型G12D抑制剂的潜在治疗策略。
主要结果：
G12D是最常见的KRAS激活突变。
KRAS是一种GTPase(见术语)，在GTP结合的无活性状态和GTP结合的活性状态之间循环，在调节细胞增殖和存活中起着重要的信号转导作用。KRAS突变常见于癌和腺癌，其中激活突变最常发生在四个热点密码子(12,13,61和146)的单核苷酸取代上。密码子12是四个热点密码子中突变最频繁的，其中G12D突变最为普遍，其次是G12V、G12C等。根据不同的癌症类型，G12D突变占KRAS突变癌症的20-50%，包括50%的壶腹癌、48%的阑尾腺癌和44%的胆管癌。低级别浆液性或子宫内膜样卵巢癌和肺腺癌是少数几种G12D突变不是最常见的KRAS突变的癌症。在肺腺癌中，G12C (c.34G>T)突变比G12D (c.35G>A)更频繁，可能是由于突变特征4(与吸烟有关)的流行，其特征是C>A/G>T替换。相比之下，KRAS-G12D (c.35G>A)突变更可能归因于时钟样突变特征1和5，其特征是C>T/G>A取代增加。在胰腺腺癌中，与野生型KRAS、KRAS-G12R或KRAS-G12V突变相比，KRAS-G12D突变与更差的总生存率相关。在结直肠癌(CRC)中，KRAS野生型与KRAS突变型相比，在抗表皮生长因子受体(EGFR)治疗的应答中有明显的生存优势;然而，关于不同KRAS变体的行为存在不一致的数据。同样，不同的KRAS变异对肺腺癌的预后影响仍不清楚，一些证据表明G12D突变可作为预后不良的预测因子。
KRAS-G12D的生化和结构性质。
在正常细胞状态下，KRAS结合GTP激活RAF/MEK/ERK、PI3K/AKT/mTOR和RALGDS/RAL通路，驱动细胞增殖，促进细胞存活。KRAS的生态催化机制位于G结构域，该结构域由6个β-片和5个α-螺旋组成，活性位点包含磷酸结合环(P-环)和两个开关区I和II。活性位点与GTP的磷酸基团密切相互作用，介导GTP酶活性。当与GDP或GTP结合时，开关区域具有不同的构象，并负责结合效应蛋白和调节蛋白。例如，当与GTP结合时，开关蛋白的形成状态为:stat1是远离核苷酸的，stat2是靠近核苷酸的，并且可以与三种RAS效应蛋白RAF、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和RALGDS相互作用。
KRAS-G12D腺癌的特征。
基因组景观。
虽然KRAS突变发生在癌前病变中，但持续的肿瘤生长通常需要同步的基因组改变。事实上，与KRAS-G12D突变相关的基因组变化因癌症类型而异，基因组格局与起源组织更为一致，受等位基因特异性KRAS突变的影响较小。例如，在结直肠腺癌中，G12突变经常与肿瘤抑制基因APC、TP53和SMAD4以及致癌基因PIK3CA的突变一起被观察到。在CRC类器官模型中，当移植到小鼠肾亚囊下时，这些基因的共突变导致不依赖生长因子的生长和肿瘤的形成，而仅含有KRAS-G12D的类器官未能移植。在胰腺腺癌中，KRAS-G12D突变伴随着肿瘤抑制因子TP53、CDKN2A(也称为Ink4a/Arf)和SMAD4的突变。胚胎胰腺上皮谱系中Kras-G12D的激活导致一系列低级别胰腺上皮内瘤变(panINs)，但突变型p53 (R270H)的额外表达或p16Ink4a/p19Arf的双等位基因缺失对于胰腺导管腺癌瘤的发展至关重要。
免疫微环境。
有显著证据表明，与其他KRAS突变相比，G12D突变赋予了更强的免疫抑制肿瘤微环境和更高的免疫治疗耐药性。在小鼠皮下注射模型中，采用抗PD1单药治疗来自具有不同G12突变的等基因小鼠非小细胞肺癌(NSCLC)细胞的肿瘤。与其他KRAS突变相比，G12D突变肿瘤对抗PD1治疗的耐药性增加，肿瘤细胞上程序性死亡配体1 (PD-L1)表达减少，细胞毒性CD8+ T细胞浸润肿瘤减少。在NSCLC患者中也有类似的观察，与G12C突变的肿瘤相比，KRAS-G12D肿瘤表现出PD-L1表达降低和CD8+ T细胞浸润。同样，与患者样本中其他G12或G13D突变相比，G12D和G12V突变的结直肠腺癌肿瘤浸润CD3+淋巴细胞的密度降低。在一个独立的患者队列中，与野生型相比，G12D肿瘤显示CD8+ T细胞浸润减少。同样，在G12D驱动的CRC小鼠模型中，与野生型相比，Kras-G12D的表达减少了T细胞的浸润，增加了髓源性抑制细胞的浸润。
KRAS-G12D抑制剂。
KRAS-G12D抑制剂的设计。
等位基因特异性KRAS-G12C抑制剂的开发成功靶向了以前无法治疗的KRAS，率先开发了等位基因特异性和泛KRAS抑制剂。通过使用反应弹头与突变胱氨酸形成不可逆的共价键，靶向G12C成为可能。相比之下，由于无法直接靶向G12D蛋白中反应性较低的变天门草氨酸，因此使用替代方法开发了G12D抑制剂。MRTX1133 (Mirati)被鉴定为一种非共价抑制剂，可结合KRAS-G12D的开关II袋，阻止核苷酸交换和效应物RAF的结合。它利用哌嗪基与突变体天冬氨酸形成离子键，尽管缺乏共价键，但它具有很高的抗癌性能，可能会在2023年进入临床试验。相比之下，RMC-9805 (Revolution Medicines)首先在KRAS-G12D和亲环蛋白A之间形成非共价键，然后允许“冷”的非反应性共价“弹头”缓慢地与突变的天冬氨酸结合。RMC-9805有望在2023年中期进入临床试验。其他KRAS-G12D抑制剂包括在中国进行I期临床试验的HRS-4642(江苏恒瑞医药)(NCT05533463)，以及TH-Z835(清华大学)、BI-KRASG12D(勃hringer Ingelheim)、JAB-22000 (Jacobio)和ERAS-4 (Erasca)的临床前开发。还有一种KRAS-G12D降降剂ASP3082(安斯泰来)，它将KRAS-G12D与E3连接酶结合以降解蛋白质，目前处于1期临床试验(NCT05382559)。
KRAS抑制剂的疗效。
针对非小细胞肺癌患者的肿瘤驱动因子EGFR或ALK的治疗在单药治疗中达到70-90%的有效率。相反，KRAS突变型癌症并不像EGFR或ALK驱动的癌症那样依赖于致癌信号，而且这种依赖性在不同癌症类型的肿瘤和不同癌症类型之间是不同的。因此，sotorasib和adagrasib在KRAS-G12C NSCLC患者中的单药治疗结果显示只有30%的适度缓解率。在这个亚群中，大多数患者病情稳定，少数患者肿瘤缩小。此外，治疗效果的持续时间有限，其特点是短期受益。对于结直肠癌，有效率更低，为7-19%。关键的是，预测持久反应的生物标志物，包括并发突变，在很大程度上仍然未知。联合治疗目前正在进行试验，初步结果显示对结直肠癌患者的EGFR抑制，以及对非小细胞肺癌患者的抗PD-1治疗(NCT04613596)联合阿达格拉西显示出令人鼓舞的结果。
对KRAS抑制剂的耐药性。
迄今为止，尚无研究评估对G12D抑制剂的耐药机制。已经观察到G12C抑制剂对治疗的耐药，并且可能抢先于G12D抑制剂的潜在耐药机制。例如，增加受体酪氨酸激酶反馈(例如，EGFR信号传导)，减少GDP占用，继发性KRAS突变或KRAS-G12C等位基因扩增。其中一些耐药机制可能会发展为G12D抑制剂，例如上游或下游KRAS信号的增加。相反，突变体不同的ON-to-OFF循环率会影响GDP占用减少的程度，并且规避抑制剂结合的结构构象变化本质上是不同的，这取决于所针对的KRAS等位基因。
联合治疗是延缓或预防单药耐药性发展的一种方法。由于较低的毒性及其在KRAS上游的作用，SHP-2抑制剂可能克服对OFF抑制剂的抗性机制(例如，GDP占用减少，突变等位基因扩增)。ON态KRAS-G12D抑制剂的使用也将有助于克服OFF抑制剂的耐药性，并且/或者如果作用模式不同，可以与OFF抑制剂联合使用。Pan-KRAS抑制剂如RMC-6236 (Revolution Medicines)也可能有助于对抗等位基因特异性抑制剂产生的耐药性。
结论和展望：
KRAS-G12D是癌症中最常见的KRAS突变。它引发了独特的结构和信号特性，驱动高度免疫抑制的肿瘤微环境，并在所有KRAS变体中显示出最强大的致癌潜力。虽然KRAS-G12D腺癌有共同的特征，但携带G12D突变的影响受到起源组织和肿瘤内存在的共突变的影响。这些因素在很大程度上决定了对当前疗法的治疗反应，KRAS-G12D抑制剂的治疗将需要基于肿瘤类型和肿瘤基因组景观中的因素。需要进一步的研究来确定哪些因素可以预测对治疗的反应，以及哪种联合疗法对每种癌症类型都有效。鉴于等位基因特异性KRAS抑制剂的发展，还需要进行KRAS等位基因间的头对头比较研究，以更好地表征等位基因对肿瘤生物学的特异性作用。
原文链接：https://www.cell.com/trends/cancer/pdf/S2405-8033(23)00137-1.pdf
参考文献：
[1] Zeissig MN, Ashwood LM, Kondrashova O, Sutherland KD. Next batter up! Targeting cancers with KRAS-G12D mutations. Trends Cancer. 2023 Aug 15:S2405-8033(23)00137-1. doi: 10.1016/j.trecan.2023.07.010. Epub ahead of print. PMID: 37591766.
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
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