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泌語新言56期丨Cell重磅!附KRAS基因及其G12Ci研究最新進展(文末彩蛋)

時間:2023-02-16

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美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心的Piro Lito等人在Cell上發(fā)表一篇觀點文章,回顧了KRAS(G12C)選擇性抑制劑矚目的發(fā)展歷程,探討了它們的作用機制和臨床前研究中的細胞效應,以及在改善臨床患者預后方面取得的進展,并討論了這些進展如何重塑了KRAS癌蛋白生物學基本特征。





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關于KRAS基因

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RAS癌基因家族成員之一----KRAS,其突變常見于肺癌(美國約57,000例/年)、胰腺癌(約54,000例/年)和結直腸癌(約36,000例/年)。發(fā)現(xiàn)KRAS突變40載以來,直接抑制KRAS癌蛋白一直是精準腫瘤學的長期追求。


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KRAS突變會導致編碼蛋白中單個氨基酸發(fā)生替代,從而使其喪失水解GTP的能力而表現(xiàn)出癌蛋白的活性:G12(例如D/C/V/R/A/S)或G13(例如D/C/V)殘基的替代保持GAP中關鍵精氨酸殘基對水解過渡態(tài)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)意義上,KRAS癌蛋白是組成型活性的,但是最近部分研究結果表明一些KRAS癌蛋白在癌細胞中呈現(xiàn)出活性和非活性的循環(huán)并依賴于核苷酸交換(GTP/GDP)來激活,而后者對G12Ci治療的敏感性具有重要意義。





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KRAS G12C特異性抑制劑---G12Ci

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G12Ci選擇性靶向KRAS(G12C),同時能保留野生型或其他突變型KRAS,是該領域革命性成果。當KRAS(G12C)與GDP結合處于非活性狀態(tài)時,G12Ci與突變半胱氨酸殘基共價結合并占據(jù)Switch II 口袋結構域(SIIP),(圖1A)。基于此結構進行優(yōu)化后的ARS化合物(如ARS853、1_AM和ARS1620),具有不同的化學結構(圖1B),相似之處在于都有一個與G12C結合的丙烯酰胺彈頭,其中,sotorasib和MRTX849已在KRAS(G12C)突變腫瘤患者中顯示出臨床活性。

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圖1. A G12Ci共價結合Switch II口袋結構域;B KRAS(G12C)抑制劑ARS化合物的化學結構。 





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選擇性抑制如何抑制KRAS(G12C)活性?

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這個問題的關鍵在于KRAS(G12C)在癌細胞內處于活性和非活性狀態(tài)之間波動。與KRAS(G12C) 的結合的藥物可防止其通過核苷酸交換重新激活,并將致癌蛋白捕獲在非活性狀態(tài)(圖2)。目前,仍需探索的問題是,KRAS(G12C)是如何經(jīng)過充分的水解使非活性狀態(tài)選擇性藥物起到抑制作用?有人認為,KRAS(G12C)在常見的KRAS突變體中之所以獨特是因為其具有較高的內在水解率,而這是否滿足藥物在細胞內的動力學,仍有待解決。


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圖2 KRAS(G12C)抑制劑作用過程





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G12Ci的初期臨床效果

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自G12Ci發(fā)現(xiàn)之后7年來,幾種非活性狀態(tài)選擇性KRAS(G12C)抑制劑取得了巨大進展,并已處于臨床試驗階段。


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已有臨床數(shù)據(jù)表明,抑制劑(如sotorasib和MRTX849)具有廣泛的療效,sotorasib臨床試驗結果報道見文末彩蛋部分“2022年ESMO大會上針對KRAS G12C靶點的最新臨床研究進展更新”。幾乎所有可用的G12Ci在臨床前研究中都有一個選擇性閾值,超出該閾值將會抑制野生型KRAS細胞的生長。同時,此類藥物的共價結合性可能導致脫靶效應。

第一個通過劑量遞增階段的G12Ci--sotorasib臨床試驗療效數(shù)據(jù)顯示,接受sotorasib治療的肺癌患者近一半表現(xiàn)出部分緩解(PR)。近88%的患者病情緩解或穩(wěn)定,中位無進展生存期為6.3個月。       

MRTX849對肺癌和結直腸癌患者具有類似效果。盡管抑制機制相似,但sotorasib和MRTX849在消除半衰期(sotorasib,6小時;MRTX849,25小時)和給藥方案(sotorasib每天一次;MRTX849每天兩次)差異較大。





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G12Ci治療的耐藥機制

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在G12Ci治療的最初24-72小時內,癌蛋白信號的抑制往往伴隨著活性KRAS的再積累和ERK信號的再激活,即出現(xiàn)G12Ci治療抗性,這將限制其治療潛力和持續(xù)時間?;钚訩RAS的積累表明,受體酪氨酸激酶(RTK)和SOS1/2的代償性激活在很大程度上是G12Ci治療過程中適應性變化的主要原因。RTK可以通過兩種方式調節(jié)對G12Ci治療的適應(如圖3)。


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圖3 RTK調節(jié)G12Ci治療抗性的方式


1.通過刺激SOS1/2介導的核苷酸交換,RTK活化后將KRAS(G12C)轉變?yōu)閷λ幬锊幻舾械腉TP結合構象。

2.RTK也可以不依賴G12C的方式繞過抑制,即通過激活野生型RAS、PI3K/AKT/mTOR或其他途徑。當G12Ci與PI3K或 mTOR抑制劑組合時存在抗增殖協(xié)同作用,說明PI3K/mTOR可能參與耐藥的調節(jié)過程。

總之,非活性狀態(tài)選擇性KRAS(G12C)抑制劑的持續(xù)作用可以通過阻斷新KRAS的產(chǎn)生、增強其降解或防止其轉化為活性/藥物不敏感狀態(tài)來阻止治療耐藥性。





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G12Ci獲得性耐藥機制是什么?

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1)KRAS(G12C)的二次突變,阻礙藥物結合或增強活性/藥物不敏感構象的傾向;

2)增強KRAS上調,如KRAS擴增或其降解減少;

3)通過GEF(如SOS1/2)或其他上游中間體(如RTK或SHP2)激活核苷酸交換。


在靶點保持抑制時介導耐藥性的事件可能包括:

1)通過RAF、MEK或ERK中的功能獲得性事件以及RB1或細胞周期蛋白依賴激酶抑制劑的功能缺失性事件激活下游信號;

2)通過NF1或PTEN的缺失或激活其他RAS家族GTPase的突變以激活平行信號通路。





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如何最大化G12Ci治療的臨床效果?

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(1)優(yōu)化單一藥物療法。對KRAS(G12C)非活性狀態(tài)具有高度親和力的抑制劑,可以延遲藥物適應性,使抑制更有效和持久。優(yōu)化給藥劑型或給藥方案提高藥物的反應率或程度。另外,間歇性給藥原則上也有一定優(yōu)勢,但是需要綜合評估其收益與不良反應。

(2)合理聯(lián)合用藥。因G12Ci療效廣泛非常適合聯(lián)合治療,新興療法包括共同靶向上游、下游或平行信號通路及細胞周期或免疫檢查點的藥物聯(lián)合。

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①共同靶向上游信號。RTK抑制劑直接增加G12Ci與其目標結合的能力,EGFR抑制劑(西妥昔單抗或厄洛替尼)與G12Ci聯(lián)合治療結直腸癌或肺癌患者的臨床試驗已在進行中,結果報道見文末彩蛋部分“2022年ESMO大會上針對KRAS G12C靶點的最新臨床研究進展更新”。另外,直接抑制多個RTK下游的核苷酸交換已被證明是有效的。另一種方法是共同靶向銜接磷酸酶SHP2。

②共同靶向平行信號通路RTK/PI3K/AKT/mTOR作為聯(lián)合治療的靶通路。

③共同靶向下游信號通路RAF/MEK/ERK。

④共同靶向細胞周期檢查點,KRAS信號的一個關鍵輸出是激活CyclinD:CDK4/6,進而導致RB1過度磷酸化使細胞通過G1/S周期檢查點。

⑤共同靶向免疫檢查點,KRAS信號對腫瘤微環(huán)境具有免疫抑制作用。





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 總    結

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KRAS研究在過去7年取得了重大進展,普遍認識到KRAS(G12C)是肺癌等多個癌種中最常見的驅動癌蛋白之一,其在癌細胞中處于興奮狀態(tài),并通過核苷酸交換循環(huán)在活性和非活性構象之間轉換,重要的是,它對阻斷核苷酸交換循環(huán)的藥物表現(xiàn)敏感。非活性狀態(tài)選擇性抑制劑破壞交換循環(huán)并將KRAS(G12C)捕獲在其GDP結合狀態(tài)以抑制癌癥患者的腫瘤生長。由于KRAS(G12C)抑制持續(xù)時間仍受到耐藥性的限制導致其臨床試驗效果欠佳,包括治療反應調節(jié)劑、新興聯(lián)合療法等解決方法正在逐步涌現(xiàn)。


參考文獻:

Dongsung Kim, Jenny Yaohua Xue, and Piro Lito et al. Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients. Cell 183, November 12, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.044


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