KRAS作为原癌基因家族的核心成员之一，编码小GTP酶。正常情况下，KRAS蛋白通过结合GTP（激活态）或 GDP（失活态）进行状态的转换，调控细胞增殖、分化、凋亡及迁移等关键生理过程。当KRAS发生突变时，其GTP水解活性受阻，蛋白持续处于GTP结合的激活状态，导致下游信号通路过度激活，驱动细胞恶性转化，最终引发细胞异常增殖，并与细胞的侵袭性、转移性及不良表型密切相关。由于KRAS蛋白表面光滑，缺少明确的结合口袋，且KRAS与底物GTP的亲和力极高，难以竞争，长期以来缺少对应的抑制剂，直至2013年针对KRAS突变的共价抑制剂被发现，才打破这一困境。
图 1.
一、KRAS G12C 抑制剂
Sotorasib（AbMole，AMG 510，M9356）作为首个进入系统性研究阶段的KRAS共价抑制剂，能通过丙烯酰胺基团与KRASG12C突变体的12位Cys残基形成共价键，特异性结合KRAS突变体的Switch II口袋，把KRAS蛋白锁定在失活构象。体外实验表明，Sotorasib（AbMole，AMG 510，M9356）能显著抑制KRAS突变细胞的增殖并诱导凋亡，对野生型KRAS无明显影响，在非小细胞肺癌（NSCLC）的研究中有着重要应用。Sotorasib（CAS No.：2296729-00-3）对A549细胞的IC50为36.5 μM[1]
Adagrasib（MRTX849，AbMole，M9428）作为高效KRASG12C共价抑制剂，分子结构与Sotorasib（AbMole，AMG 510）相近，对KRAS突变体结合亲和力较高。体外实验证实，其在纳摩尔浓度下即可抑制KRAS突变细胞的增殖，对多种来源的KRASG12C突变细胞均表现出显著的抑制活性。Adagrasib（CAS No.：2326521-71-3）对AGS细胞的IC50为1.4 μM，对A549细胞的IC50为12.9 μM，对MIA PaCa-2的IC50则低至4 nM。
RMC-7977（AbMole，M54858）是一种广谱、高选择性的RAS (ON）多选择性抑制剂，RMC-7977的核心作用机制是靶向RAS蛋白的GTP结合活性状态（即RAS[ON]构象），能同时抑制突变型和野生型KRAS、NRAS及HRAS的活性，从而阻断下游MAPK信号通路（RAS-RAF-MEK-ERK）的持续激活[2]。在多种肿瘤模型中，RMC-7977通过抑制RAS信号传导，诱导细胞周期阻滞和凋亡。例如，在KRAS突变型结直肠癌细胞中，RMC-7977能有效阻断ERK磷酸化，抑制增殖并诱导部分细胞的凋亡[3]。值得注意的是，RMC-7977还能重塑肿瘤免疫微环境。在PDAC和黑色素瘤模型中，RMC-7977（CAS No.：2765082-12-8）能减少免疫抑制性髓系细胞的浸润，同时增加CD4+和CD8+ T细胞以及常规树突状细胞的浸润，从而触发免疫系统介导的肿瘤消退[4]。
Divarasib（GDC-6036，AbMole，M11442）是新一代的KRAS共价抑制剂，Divarasib（CAS No.：2417987-45-0）依赖其亲电性基团（如丙烯酰胺）与KRASG12C蛋白中突变的Cys12形成不可逆的共价加合物，实现对KRASG12C的持久抑制。Divarasib不仅具有持续且显著的共价结合能力，还包含较强的非共价结合成分。Divarasib在非小细胞肺癌小鼠抑制模型中，10-100 mg/kg的剂量有效抑制了肿瘤的生长[5]。
Daraxonrasib（RMC-6236，AbMole，M40832）是一种首创的三重复合泛RAS抑制剂。Daraxonrasib（CAS No.：2765081-21-6）通过与细胞内丰富的免疫亲和蛋白亲环素A（Cyclophilin A, CypA）高亲和力结合（Kd=55.3 nmol/L），形成二元复合物；该复合物随后与处于活性GTP结合状态的KRAS蛋白（包括KRASG12D、KRASG12V和野生型KRAS，Kd分别为131 nmol/L、364 nmol/L和154 nmol/L）结合，形成稳定的三元复合物（CypA:Daraxonrasib:KRAS-GTP），通过空间位阻阻断RAS与下游效应蛋白（如RAF）的相互作用，从而抑制MAPK信号通路，最终抑制肿瘤细胞增殖。值得注意的是，Daraxonrasib（RMC-6236，AbMole，M40832）属于RAS(ON）多选择性抑制剂，不仅对KRAS G12C突变有效，还对多种其他KRAS突变（如G12D、G12V等）甚至野生型RAS具有广谱抑制活性[6]。
Opnurasib（JDQ-443，AbMole，M11016）是一种不可逆的共价KRASG12C抑制剂，与Sotorasib 和Adagrasib 不同，Opnurasib（CAS No.：2653994-08-0）同时具有靶向GDP和GTP结合态的KRASG12C的能力，因此Opnurasib能抑制处于激活状态下的KRASG12C。实验结果表明，Opnurasib（JDQ-443，AbMole，M11016）能有效抑制RAS通路下游蛋白ERK的激活，并在非小细胞肺癌和结肠癌的细胞与动物模型中表现出抗肿瘤潜力。
图 2. Design of JDQ443 and its binding mode to KRASG12C[6]
ARS-1620（AbMole，M9045）是一种早期开发的KRAS共价抑制剂，通过丙烯酰胺基团与KRAS的Cys12共价结合，抑制KRAS突变体活性。另外，ARS-853（AbMole，M9235）也是一种靶向KRASG12C突变体的共价抑制剂。高分辨率晶体结构分析证实，ARS-853（CAS No.：1629268-00-3）能共价标记KRAS的Cys12并占据S-IIP，导致α2螺旋显著旋转，同时与α3螺旋相互作用，从而稳定KRASG12C的无活性GDP结合状态[7]。在细胞实验中，ARS-853在H358肺癌细胞中的IC₅₀为1.6 μM（6小时处理），能剂量依赖性地减少GTP结合型KRAS的水平，抑制下游效应子CRAF、ERK和AKT的磷酸化及相互作用，并诱导细胞凋亡[8]。
MRTX-1257（AbMole，M14054）是一款选择性共价KRASG12C抑制剂，能靶向GDP结合态KRASG12C的Switch II口袋，在蛋白试验中，3 μM的MRTX-1257（CAS No.：2206736-04-9）在5分钟内对KRASG12C的修饰率高达59%；MRTX-1257在H358细胞中IC₅₀为0.9 nM；MRTX-1257在小鼠MIA PaCa-2 G12C移植模型中，小鼠口服1、3、10、30、100 mg/kg的MRTX-1257（每日一次连续30天），所有剂量组均不同程度地抑制了肿瘤生长。
图 3. MRTX-1257 is a KRAS G12C Inhibitor with Antitumor Efficacy
BI-2493（AbMole，M25594）是一种非共价泛KRAS抑制剂，能优先结合KRAS失活态（GDP结合态），通过稳定KRAS在失活态阻止效应蛋白募集，BI-2493（CAS No. : 2937344-16-4）对KRAS的选择性源于BI-2493自身结构与G12、G13和Q61三个关键残基形成的独特氢键[9]。
LC-2（AbMole，M10385）是首个可降解内源性KRASG12C的PROTAC，由KRAS抑制剂MRTX849 与VHL E3泛素连接酶配体偶联而成；LC-2（CAS No.：2502156-03-6）在NCI-H2030细胞中DC₅₀为0.59±0.20 μM，最大降解率约80%；在MIA PaCa-2、SW1573、NCI-H23和NCI-H358细胞中DC₅₀分别为0.32±0.08、0.76±0.30、0.25±0.08和0.52±0.30 μM；LC-2通过形成三元复合物（KRAS-PROTAC-VHL）诱导KRASG12C泛素化和蛋白酶体依赖性降解，抑制下游ERK信号传导[10]。
Elironrasib（RMC-6291，AbMole，M25612）是一种RAS(ON) G12C选择性抑制剂，靶向结合GTP的KRASG12C，形成共价三元复合物（KRAS-抑制剂-亲环蛋白A），通过空间位阻阻断RAS效应子结合；在KRAS G12C突变H358细胞中抑制ERK信号并诱导凋亡，IC₅₀低至0.11 nM；Elironrasib在小鼠肿瘤模型中200 mg/kg的剂量口服每日一次，连续60天后显著抑制肿瘤生长[11]。
ASP2453（AbMole，M21220）是一种新型的KRASG12C共价抑制剂，能与KRASG12C蛋白共价结合；ASP2453（CAS No.：2241719-73-1）在NCI-H1373细胞中以1 nM作为起始浓度，结果显示其剂量依赖性抑制了KRAS-GTP、p-Akt和p-ERK的水平；ASP2453在MIA PaCa-2细胞中3 nM的浓度抑制KRAS-GTP、p-ERK和p-S6的水平；ASP2453还在NCI-H1373异种移植模型（小鼠）中以5 mg/kg（口服给药）抑制肿瘤生长，其中10 mg/kg和30 mg/kg分别诱导47%和86%肿瘤退缩[12]。
BBO-8520（AbMole，M55031）是一种首创的共价双抑制剂，同时靶向GTP结合和GDP结合状态的KRASG12C；结合于Switch-II/Helix3口袋，共价修饰KRAS的半胱氨酸，并阻断KRASG12C(ON）与下游效应蛋白的结合；BBO-8520（CAS No.：2893809-51-1）在MIA PaCa-2和SW1473细胞中20 nM处理30分钟即能显示出快速的pERK抑制并持续至24小时；BBO-8520在MIA PaCa-2异种移植（小鼠）模型中30 mg/kg的剂量诱导明显的肿瘤退缩[13]。
二、 KRAS G12D 抑制剂
KRAS G12D占KRAS突变肿瘤中的30%左右，在胰腺导管腺癌（PDAC）的KRAS突变中占比则高达40%。然而，与KRAS G12C不同，KRAS G12D突变缺乏易于靶向的半胱氨酸残基，取而代之的是天冬氨酸残基（Asp12）。MRTX1133（AbMole，M10593）是第一款非共价、强效和选择性KRASG12D突变体抑制剂。MRTX1133（CAS No.：2621928-55-8）与KRASG12D具有较高的亲和力，可同时抑制激活和失活状态下的KRASG12D。MRTX1133分子中的哌嗪基取代基可与Asp12的羧基形成强静电相互作用；中心的吡啶-嘧啶支架与Tyr96产生π-π堆叠；而萘环部分则与疏水口袋结合，提供额外的结合力。这些相互作用共同稳定了MRTX1133 与KRASG12D的结合，从而有效阻断KRAS的激活。研究数据显示，MRTX1133对表达KRASG12D的肿瘤细胞的IC50范围多为1.5-50 nM[14]，对胰腺癌细胞系（AsPc-1）和胃癌细胞系（AGS）的半数抑制浓度（IC50）分别为1.4 nM和7.9 nM[14]。
Zoldonrasib（RMC-9805，AbMole，M55018）是一种KRAS（ON）G12D选择性抑制剂，可特异性结合处于激活态的KRASG12D突变蛋白，Zoldonrasib（CAS No.：2922732-54-3）通过氮丙啶弹头共价结合天冬氨酸，阻断其与下游效应蛋白结合。Zoldonrasib在多种KRAS突变细胞模型中抑制效果显著，可有效抑制RAS/MAPK信号通路。Zoldonrasib对乳腺癌细胞（KRASG12D突变）的半数抑制浓度（IC50）为43.51 µM，对肺癌细胞的IC50为18.78 µM[15]。Zoldonrasib（RMC-9805）在三阴性乳腺癌异种移植小鼠模型中，经口服给药（剂量为5 mg/kg），每日一次，显示出显著的抗肿瘤效果[16]。
三、 KRAS互作抑制剂
BI-3406 (AbMole，M9801)是一种高效的 KRAS-SOS1 抑制剂，能抑制 KRAS与SOS1之间相互作用。SOS1（Son of Sevenless 1）是一种鸟苷酸交换因子（GEF），其核心功能是催化KRAS蛋白上的GDP向GTP的交换，将KRAS从失活状态（KRAS-GDP）转化为激活状态（KRAS-GTP），从而启动下游信号传导。这一过程对细胞增殖、分化及存活至关重要，已经在多种肿瘤中发现了KRAS-SOS1的异常变化。BI-3406（CAS No.：2230836-55-0）通过结合SOS1的催化结构域，有效阻断SOS1与KRAS之间的蛋白－蛋白相互作用，从而抑制RAS从GDP向GTP的交换，减少活化的GTP-RAS水平。BI-3406对SOS1-KRAS相互作用的IC50为3.9 nM（体外无细胞系统）。BI-3406对A549、ASPC1、K562等细胞的IC50分别为106 nM、64.4 nM、1.422 μM[17]。
BAY-293（AbMole，M9359）也是一种高效的SOS1抑制剂，破坏KRAS-SOS1相互作用，细胞游离IC₅₀为21 nM；在HeLa细胞中阻断RAS活化的IC₅₀为410 nM，在K562细胞中60分钟孵育后有效降低pERK（KRAS下游效应蛋白）水平（IC₅₀为180 nM）；BAY-293（CAS No.：2244904-70-7）在野生型KRAS细胞系（K562、MOLM-13）中IC₅₀约1 μM，在KRAS G12C突变细胞系（NCI-H358、Calu-1）中IC₅₀约3 μM；有文献表明：BAY-293与ARS-853（KRAS G12C共价抑制剂）联合显示协同效应[18]。
Deltarasin（AbMole，M3394）是首个小分子KRAS-PDEδ相互作用抑制剂，能结合PDEδ的法尼基结合腔，Kd为41 nM；抑制PDEδ-KRAS相互作用，干扰KRAS在质膜上的定位，进而抑制下游通路信号和癌细胞增殖；在Panc-Tu-I异种移植裸鼠模型中，10和15 mg/kg的Deltarasin处理9天，结果显示Deltarasin（CAS No.：1440898-61-2）能以剂量依赖的方式抑制细胞生长、减少肿瘤体积[19]。
四、 KRAS膜定位抑制剂
Fendiline（AbMole，M5640）是一种L型钙通道阻滞剂，能特异性抑制K-Ras质膜定位而不影响H-Ras和N-Ras，Fendiline（CAS No.：13636-18-5）通过显著减少K-Ras簇的形成并将其从质膜重新分布至内质网、高尔基体、内吞体和细胞质，通过这种方式来间接地阻断K-Ras信号通路对外界信号的接收或非特异性激活[20]。
FGTI-2734（AbMole，M28036）是RAS C末端法尼基转移酶 (FT) 和香叶烯基转移酶-1 (GGT-1) 的抑制剂，对FT和GGT-1的IC₅₀分别为250 nM和520 nM；FGTI-2734（CAS No.：1247018-19-4）能阻断KRAS膜定位以解决肿瘤细胞对KRAS抑制剂的耐受性问题；FGTI-2734（30 μM）在MiaPaCa2、L3.6pl和Calu6细胞中处理72小时后诱导Caspase-3和PARP裂解，并抑制HDJ2、RAP1A、KRAS和NRAS的蛋白质异戊烯化；FGTI-2734在小鼠中腹腔注射100 mg/kg/天，连续处理25天后显著抑制KRAS突变型肿瘤的生长[21]。
范例详解
iScience. 2023 Jan 28;26(2):106080.
蛋白质组学国家重点实验室、中科院植物研究所的实验人员在上述文章中探究了KRAS G12C 共价抑制剂AMG510的蛋白修饰谱，并通过开发两种分析方法（直接Profiling和基于泛 AMG510抗体的肽段免疫沉淀），系统性鉴定了AMG510的靶向及脱靶修饰位点，揭示了其潜在的生物学效应和毒理学意义。上述论文的研究核心---KRAS G12C 共价抑制剂AMG510（Sotorasib，AbMole，M9356）由AbMole提供。此外，实验人员还使用了AbMole的MRTX849（Adagrasib，AbMole，M9428），另一种与AMG510结构相似的 KRAS G12C共价抑制剂，以验证泛 AMG510 抗体的靶向性，即该抗体仅识别 AMG510 修饰的肽段，不识别 MRTX849 修饰或未修饰的肽段[22]。
图 4. Global profiling of AMG510 modified proteins identified tumor suppressor KEAP1 as an off-target[22]
参考文献及鸣谢
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