RAS蛋白是一种由RAS基因编码的低分子量 GDP/GTP 结合蛋白 ，在细胞生长和分化的信号转导中起关键作用。在正常的信号转导过程中，RAS以GTP结合形式执行其功能。然而，由于其低疏水性，RAS本身没有与膜结合的能力。它必须通过酶进行修饰，增强其疏水性，与细胞内膜结合。在发挥其功能后，RAS蛋白被水解成GDP结合形式。RAS突变导致持续的细胞生长信号失控，从而导致细胞过度分化和增殖，最终导致肿瘤发生。RAS（KRAS、NRAS 和 HRAS）是癌症中最常见的突变基因家族，因此，抑制RAS蛋白的活性可以阻止细胞信号转导，是抗癌药物重要的靶点之一。

图1. ICE已构建的RAS家族的生化和SPR实验

A: 生产流程

图2. KRAS[G12D]生产流程图

B: 常规QC结果

图3. KRAS[G12D] SDS-PAGE（左）和SEC-HPLC（右）结果图

C: 活性验证结果

图4. HTRF法活性测定

图5. SPR法活性测定

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1、简介

Ras蛋白是一种很小的GTP酶，在人类中包含三个RAS原癌基因，如HRAS、KRAS和NRAS，它们是小鼠中HRAS（Harvey 大鼠肉瘤病毒癌基因）、KRAS（Kirsten 大鼠肉瘤病毒癌基因）和NRAS（神经母细胞瘤ras癌基因）的直系同源物。RAS基因参与各种关键细胞信号通路的调节，并调节重要的细胞功能，如增殖、分化、迁移和凋亡等。RAS通过在与活性GTP结合和非活性GDP结合构象状态之间的循环来充当分子开关。这个循环是由GTP酶激活蛋白（GAPs）和核苷酸交换因子（GEFs）调节的。RAS的突变破坏了这一过程并导致组成性激活，从而导致不受控制的细胞生长、增殖和癌症。KRAS是三种最常见的人类RAS蛋白之一，其突变是RAS家族中最主要的突变型，在许多类型的人类癌症中已经检测到KRAS突变。KRAS突变主要发生在第12位和第13位密码子上，以及少量的突变发生在第61位密码子上。KRAS突变普遍存在于胰腺癌（90%）、结肠癌（40%）和肺癌（30%），并且也存在于甲状腺癌、卵巢癌、膀胱癌、全身性红斑狼疮、乳腺癌、肝癌等。NRAS突变存在于黑色素瘤和许多血液系统恶性肿瘤中，HRAS突变主要发生在膀胱癌、甲状腺癌和头颈癌等癌症中。由于KRAS蛋白其光滑的表面和对核苷酸的高亲和力一度被认为是“不可成药”的靶点，直到靶向KRAS G12C共价抑制剂sotorasib和adagrasib的批准上市才打破了KRAS 不可成药的现状。

图6. RAS 蛋白的“ON”和“OFF”两种状态

2、蛋白分类与结构

三种RAS基因产生四种主要蛋白质产物：KRAS4A、KRAS4B、NRAS 和 HRAS。这些亚型具有高度同源的序列或结构，并且都具有保守的G结构域 （aa 1-166）和C末端高变区（HVR）（aa 166-188/189）。G结构域包括效应区和变构区，包含核苷酸结合位点以及效应蛋白和调节蛋白的结合位点。效应区包括P环（P-loop，10～17 氨基酸残基)、开关区域 I（Switch I，SWI，30～38 氨基酸残基）、开关区域 II（Switch II， SWII，60～76 氨基酸残基），其中 SWI 区和 SWII 区在RAS 亚型中具有保守性，是介导蛋白-蛋白相互作用的重要区域。变构区由 87～172 氨基酸残基组成，在各种RAS亚型中具有86%的相似性，与蛋白构象分布状态和膜相互作用有关。C端的高变区域（167～188 氨基酸残基）包含CAAX（C，半胱氨酸；A，脂肪族；X，任何氨基酸）序列，依赖多聚赖氨酸区域的静电相互作用实现膜定位，还与KRAS蛋白二聚体的形成和信号转导有关。KRAS蛋白与三磷酸鸟苷（guanidine triphosphate，GTP）/二磷酸鸟苷（guanosine 5'- diphosphate，GDP）结合时会导致SWI和SWII发生构象变换，当蛋白处于和 GTP结合的活化状态时，T35和G50与γ-磷酸形成氢键，此时SWI和SWII处于活性构象，若GTP被水解生成GDP则氢键断开，SWI和SWII转变为非活性构象。活化的KRAS蛋白则形成二聚体或者高价多聚体介导下游信号通路，KRAS 突变蛋白会导致蛋白二聚体构象发生变化，错误的二聚体构象是驱动致癌信号传导的重要诱因。

图7.RAS蛋白的结构示意图

3、抑制剂研究进展

图8. KRAS 突变抑制剂靶向的KRAS表面结构

AMG510（sotorasib）是首个进入临床试验的特异性靶向KRAS G12C的小分子抑制剂，其特异性且不可逆地与诱导型S-IIP 中的Cys12结合，并将KRAS G12C蛋白锁定在非活性状态，.AMG510还与KRAS上His95的替代取向形成的新型表面凹槽相结合，与ARS-1620相比，效率提高了10 倍。令人兴奋的是，AMG510于2021年5月28日获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，作为肿瘤携带 KRAS G12C突变且既往接受过至少一种全身治疗的NSCLC成年患者的首个治疗方法。这是一个里程碑，因为它是第一个直接靶向突变 KRAS 的药物。

Mirati Therapeutics开发的MRTX849（adagrasib）已被确定为一种高选择性的KRAS（G12C）共价抑制剂，目前处于I/II期临床研究中。它是一种口服、小分子选择性的 KRAS （G12C） 突变抑制剂。它不仅可以在体内几乎完全抑制 KRAS 突变，而且具有良好的类药特性。MRTX849选择性靶向 GDP 中 KRAS 的突变半胱氨酸 12，该半胱氨酸存在于 KRAS 的诱导开关 II 口袋 （G12C） 中，从而将其锁定为失活的 GDP 结合状态并抑制 RAS/MAP 激酶通路。在 KRAS （G12C） 阳性细胞系和来自多种肿瘤类型的患者来源的异种移植模型中，65% 的模型显示显着的肿瘤消退。

ARS-1620是基于ARS-853进行结构改造和优化获得的共价抑制剂，是第 一个被证明在体内直接靶向KRAS G12C发挥抗肿瘤增殖活性的小分子抑制剂，弥补了ARS-853药代动力学性质的不足和体内实验数据的缺乏。该化合物特异性作用于KRAS G12C的S-II 口袋，与野生型 KRAS蛋白不发生相互作用。

MRTX1133是Mirati Therapeutics研发的一款选择性非共价 KRAS G12D 抑制剂。临床前研究结果显示：MRTX1133 能选择性与 KRAS G12D 突变体结合，在多种携带 KRAS G12D 突变的肿瘤细胞系中均显示出特异性抑制KRAS依赖的相关信号通路，并且MRTX1133和EGFR单抗西妥昔单抗联合用药相比于单药能够抑制肿瘤细胞pERK和pS6的表达，显著提高抗肿瘤效应。有研究显示，MRTX1133 能够显著抑制KRAS G12D突变的胰腺癌肿瘤生长，可能为胰腺癌患者治疗带来曙光。MRTX1133 目前已经获得了 FDA 批准，获得新药临床试验申请批准，在2023年已经开始进入I/II 期临床阶段。

RMC-6236是一种强效的口服三复合物RAS（ON）小分子抑制剂，旨在治疗由多种RAS突变驱动的癌症。RMC-6236与丰富的细胞内伴侣蛋白亲环蛋白A（CypA）非共价结合，产生与RAS（ON）结合形成高亲和力、RAS选择性三复合物的二元复合物，该复合物在空间上抑制RAS与下游cRAF的结合。暴露于 RMC-6236抑制ERK磷酸化和细胞生长，并在体外诱导多种人RAS成瘾癌细胞系细胞凋亡。RMC-6236在体内促进抗肿瘤免疫，并与抗 PD1抗体相加，在 KRAS 突变CRC模型中驱动持久的完全反应和免疫记忆。此外，RMC-6236 治疗在检查点阻断难治性KRAS突变模型中逆转了致癌RAS驱动的免疫逃避机制，显着改变了肿瘤微环境，有利于抗肿瘤免疫。

参考文献