KRAS突变型非小细胞肺癌靶向治疗的新进展

贾潇潇 张鹏 景元明 张林

近30 年来，肺癌成为中国发生率增长最快的恶性肿瘤，目前已居癌症死亡原因首位[1]，其中非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）约占肺癌患者总数的80%。在NSCLC 中，Kirsten 大鼠肉瘤病毒癌（Kirsten rat sarcoma viral oncogene，KRAS）基因突变主要出现在密码子12（＞80%）和13 位点（95%），最常见的密码子变异是KRAS-甘氨酸12-半胱氨酸突变（KRAS-G12C），约占KRAS 突变NSCLC 的39%[2]。自1982 年发现KRAS 基因以来，针对KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗方法的探索就从未停止，但是，KRAS基因信号通路复杂，生物学异质性多样，因此其靶向药物的研发历程异常艰辛，KRAS 基因突变也一度被认为是“不可靶向”的。随着尝试和探索的深入，2021年针对KRAS-G12C 的靶向抑制剂索托拉西布获批，这是近年来KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗领域的一个重大突破。但随之而来的获得性耐药，又一定程度上限制了KRAS-G12C 靶向抑制剂的应用。最新研究表明，KRAS-G12C 靶向抑制剂与其他疗法的联合治疗方案显示出良好的抗肿瘤作用，合理的治疗组合有望提高KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗的疗效。本文旨在对KRAS 突变的特点及其在NSCLC 靶向治疗的前期研究困境和目前的研究进展作一综述，旨在展示KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗的最新成果，从而为临床和药学工作者后续的深入研究提供参考。

1 KRAS 基因的生物学特征

1.1 KRAS基因的功能及参与的主要信号通路 KRAS是大鼠肉瘤（rat sarcoma，RAS）基因家族的成员。RAS基因家族成员编码1 个膜结合的三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP）酶，并在活性的GTP 结合态和非活性的二磷酸鸟苷（guanosine-5'-diphosphate，GDP）结合态之间切换。RAS 蛋白的失活、激活状态受鸟嘌呤核苷酸转换因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF）和GTP 酶活化蛋白（GTPase-activating protein，GAP）两类因子的调节：GEF 因子可促进RAS 蛋白与GTP 结合，从而激活RAS 蛋白；GAP 因子则通过促进GTP 水解成GDP，使RAS 蛋白失活。RAS 蛋白可控制细胞的增殖和分化等多种功能。KRAS 发生突变后，RAS 蛋白不再受外界因子的调节，可持续保持活化状态，并影响下游信号通路，导致不受控制的细胞增殖和异常的细胞分化[3]。

KRAS 基因信号通路复杂[4]，具体表现在KRAS 上游存在许多生长因子，如表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）和成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）等，它们均可通过中间分子激活KRAS 蛋白。除上述GEF 是KRAS 激活的关键分子外，非受体蛋白酪氨酸激酶2（Src homology phosphortyrosyl phosphatase 2，SHP2）也在KRAS 上游激活中起着不可或缺的作用。SHP2 是一种蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP），含有Src 同源性（Src homology domain，SH）2 结构域，由PTP 编码。许多研究表明，SHP2 的功能是激活细胞内信号通路，特别是KRAS/细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）路径[5]。KRAS 的主要下游信号通路为：（1）大鼠纤维肉瘤（rat fibrosarcoma，RAF）-丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated proteinkinase kinase，MEK）-细胞外调节激酶extracellular regulated kinase，ERK）途径。该途径是KRAS 信号传导的典型下游通路[6]。RAF 是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，激活的KRAS GTP 可以诱导RAF 的构象变化，并通过同源或异源二聚化促进RAF 的活化。RAF 通过C端催化结构域结合MEK 1/2 并激活它。MEK 1/2 磷酸化并激活细胞外信号调节激酶ERK。ERK 既激活胞质底物，又易位至细胞核，刺激参与细胞增殖、生存、分化和细胞周期调节的多种基因的表达。已广泛证实该信号通路在RAS 介导肿瘤的发生中发挥重要作用[7]。（2）磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）-蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途径。KRAS 通过参与PI3K-Akt-mTOR 途径，在细胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等细胞生命活动中发挥重要作用，极大影响了肿瘤耐药性的产生[8]。激活的KRAS 可以通过结合p110 亚单位激活PI3K。PI3K 被激活后，其催化的磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）转化为三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）[9]。IP3 激活磷脂酰肌醇依赖激酶1（phosphoinositol dependent kinase 1，PDK1），进而磷酸化丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶Akt。激活的Akt 可导致多种底物磷酸化，如mTOR、叉头盒O（forkhead box O，FOXO）等，进而调节细胞增殖、凋亡和代谢过程[10]。

1.2 KRAS 突变型NSCLC 的生物学异质性KRAS突变型NSCLC 是生物学异质性高的疾病，主要表现为3 个方面。首先，与其他癌基因驱动的肺癌不同，KRAS 突变型NSCLC 经常与其他主要基因一起出现共突变。其次，在NSCLC 中，至少有9 种不同的KRAS 突变，主要发生在密码子12、13 和61 等处。其中，最常见的是KRAS-G12C 突变，约占KRAS 突变型NSCLC 的39%。其他常见突变包括KRAS-甘氨酸12-缬氨酸（G12V）和KRAS-甘氨酸12-天冬氨酸（G12D）变异。G12C 和G12V 是最常见的与吸烟史相关的亚型，而G12D 则主要存在于不吸烟患者中[11]。有研究显示，KRAS-G12D 突变细胞表现出向谷胱甘肽生物合成的糖酵解转换和更高的转移潜能[12]，提示肿瘤的代谢重组向合成代谢方向发展[13]。同时，不同的突变亚型对KRAS 下游效应分子具有不同的结合亲和力，这可能是导致KRAS 突变型NSCLC 生物学异质性的重要因素。在临床实践中，需要针对不同的KRAS 突变亚型制定相应的治疗策略。

2 KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗的困境

过去数十年针对KRAS 突变型NSCLC 的研究主要集中在靶向KRAS 的膜定位、靶向KRAS 下游信号通路等策略上，但是效果并不明显。

2.1 靶向KRAS 的膜定位 只有膜结合的KRAS 才能被激活，进而激活下游信号通路。因此，有研究认为防止KRAS 翻译后的膜定位是一种有效的靶向治疗策略[4]。KRAS 的翻译后修饰过程受一系列酶反应的催化，其中的法尼酰基转移酶是重要的限速酶[14]，但法尼酰基转移酶抑制剂替法法尼、洛那法尼等在治疗KRAS 突变型NSCLC 中均未显示出任何临床疗效[15]。此类研究失败的原因可能是，即使存在法尼酰基转移酶抑制剂，KRAS 仍可被香叶酰基化[16]，而被香叶酰基化后的KRAS 可继续进行膜定位和信号转导，抵消了法尼酰基转移酶抑制的影响。目前，研发针对靶向KRAS 膜定位的选择性抑制剂仍是一个挑战，在进行此类临床试验之前，需要先探明驱动KRAS 膜关联过程的精确生物学机制[17]。

2.2 靶向KRAS 下游信号通路：单一疗法 KRAS 下游最主要的信号转导通路包括MAPK-ERK 和PI3KAkt-mTOR 等，其中RAF、MEK 和mTOR 都是潜在的干预靶点，已有多个NSCLC 临床试验尝试了对这些靶点的治疗性抑制。索拉非尼是一种对RAF 激酶家族具有中等活性的口服多激酶抑制剂，但其在KRAS 突变型NSCLC 患者中却没有显示出令人满意的临床疗效，客观缓解率（objective response rate，ORR）一般＜10%，中位无疾病进展生存期（progression-free survival，PFS）约为3 个月[18]。虽然MEK 被认为是KRAS 下游抑制的合适靶点，但MEK 抑制剂单一疗法在NSCLC临床试验中的疗效有限。针对非选择性NSCLC 患者Ⅱ期试验显示，与标准二线培美曲塞化疗相比，MEK 抑制剂司美替尼未能改善预后[19]。与标准多西他赛化疗相比，曲美替尼治疗后ORR 为12%，中位PFS 为12 周，也未显示出明显的治疗优势[20]。

PI3K-Akt-mTOR 通路是一个平行的信号转导通路，临床前数据显示，该通路是KRAS 突变型NSCLC的一个靶点。但单独使用mTOR 未能延长患者PFS，因而也未见明显的临床疗效[21]。对KRAS 靶向抑制剂的临床前和临床研究已经开展数十年，但由于其信号通路的复杂性及生物学异质性的存在，使得其靶向抑制剂的研发历程困难重重，迄今为止还没有获批的特异性抑制KRAS 下游信号通路的治疗方法[13]。

3 KRAS 突变型NSCLC 靶向治疗的突破和最新进展

3.1 直接靶向KRAS-G12C KRAS 蛋白与GTP 的结合力较强，且细胞中GTP 浓度较高，因此很难通过直接靶向KRAS 与GTP 的结合位点来抑制KRAS 突变。Ostrem 等[22]在针对GDP-RAS 的研究中偶然发现了一类与KRAS-G12C 半胱氨酸残基相邻的新的变构调控口袋，通过这个新的变构调控口袋可以直接靶向KRAS 突变体。这一开创性的工作促进了KRAS-G12C变构共价抑制剂的研发。

3.1.1 索托拉西布 索托拉西布是一种共价KRASG12C 靶向抑制剂，通过不可逆的、选择性结合突变KRAS 内的开关Ⅱ口袋，将其锁定在非活性GDP 结合状态。一项Ⅰ期临床试验（NCT03600883）显示，索托拉西布单一疗法在NSCLC 亚组（59 例）中的ORR 和疾病控制率（disease control rate，DCR）分别为32.2%（19例）和88.1%[23]，中位PFS 为6.3 个月，推荐的Ⅱ期剂量为960 mg/d。另一项对126 例含KRAS-G12C 突变的NSCLC 患者的Ⅱ期临床试验结果显示，ORR 为37.1%，DCR 为80.6%，中位FPS 为6.8 个月，与早期Ⅰ期结果一致[24]。此外索托拉西布没有剂量限制的毒性，因此很少有药物相关的不良反应，同时仅有19.8%的患者出现了3 级或4 级治疗相关的不良事件，没有治疗相关死亡，安全性非常好。索托拉西布的用药不良反应主要包括胃肠道毒性，如腹泻、恶心和呕吐；以及肝毒性，如ALT 和AST 升高。 索托拉西布用于KRASG12C 突变肺癌患者的治疗于2021 年5 月28 被FDA 批准。这也是全球首个针对KRAS 突变的靶向药物，但由于存在但随之而来的获得性耐药，KRAS-G12C 靶向抑制剂还未能被广泛应用[25]。

3.1.2 阿达格拉西布 另一种正在开发中的KRASG12C 靶向抑制剂是阿达格拉西布，它是一种针对KRAS-G12C 突变体的特异性优化口服抑制剂，其机制是通过在非活性状态下与KRAS-G12C 不可逆的、选择性结合，阻止其发送细胞生长信号，并导致癌细胞死亡。研究显示，阿达格拉西布治疗KRAS-G12C 突变NSCLC 患者中，ORR 为45%，DCR 为96%；约30%的患者出现了3 级或4 级阿达格拉西布治疗相关的不良反应，主要包括疲劳（6%）和AST/ALT 升高（5%）[26]。

3.2 联合疗法 临床前或初步临床数据表明，联合治疗策略可以提高KRAS-G12C 靶向抑制剂的疗效、并延缓其获得性耐药[4]，主要类型包括KRAS-G12C 靶向抑制剂与化疗的组合、与KRAS 上游信号通路抑制剂的组合、与KRAS 下游信号通路抑制剂的组合、与免疫治疗的组合和与肿瘤代谢疗法的组合等。

3.2.1 KRAS-G12C 靶向抑制剂与化疗的组合 化疗仍然是晚期肺癌的重要治疗策略，但单用化疗治疗KRAS 突变型NSCLC 效果普遍较差，KRAS-G12C 抑制剂联合常规化疗药物可能提高此类患者的疗效。有研究显示，与单独使用索托拉西布或卡铂相比，联合使用索托拉西布和卡铂可显著增强抗肿瘤疗效[27]。此外，索托拉西布与化疗药联合用药的临床结果显示，两者联合使用时患者不良反应更少，耐受性更好，毒性更低[23]。值得注意的是，不同的KRAS 突变类型对化疗的敏感性不同，KRAS-G12C 肿瘤模型对紫杉烷类和培美曲塞反应良好，但对顺铂反应较差[28]。

3.2.2 KRAS-G12C 靶向抑制剂与KRAS 上游信号通路抑制剂的组合 KRAS 突变型NSCLC 中，表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）信号通路通常被激活，以绕过KRAS 抑制。Reck 等[26]将KRAS-G12C 靶向抑制剂与EGFR 抑制剂RTK 相结合，结果发现这种双重抑制可能阻碍肿瘤绕过KRAS 抑制的能力，并增强单独抑制任一靶标的效果。有研究探讨了KRAS-G12C 抑制剂和RTK 抑制剂的联合疗效[29]，结果显示，这一联合治疗方案通常对不同的KRAS-G12C 肿瘤模型无效。相比之下，抑制多个RTK信号通路的共同下游节点可能在克服KRAS170 的适应性再激活中广泛有效。SHP2 的结构域是多个RTK 下游的共同汇聚节点，而KRAS 的适应性再激活依赖于SHP2[5]。最近研究表明，SHP2 抑制剂可增加KRASGDP 占有率，从而增强KRAS-G12C 抑制剂的效果[25]。在KRAS-G12C 突变型肿瘤的几种异种移植模型中，阿达格拉西布联合SHP2 抑制剂的临床前研究已经证明，与单一用药相比，联合用药的活性更高[26]。非七激酶子同源物1（son of sevenless homolog 1，SOS1）可降低RAS 蛋白对GDP 的亲和力，有利于GTP 结合，从而激活RAS。BI-3406 是一种选择性SOS1-KRAS 相互作用抑制剂，临床前模型中减弱MEK 抑制剂的再激活，并增强KRAS 突变型癌症对MEK 抑制剂的敏感性。因此，这种新药与MEK 抑制剂的组合可能是未来研究KRAS 突变型癌症的一个很好的选择[26]。SOS1-KRAS相互作用的另一种抑制剂是BAY-293，已有临床前研究证明它对KRAS 突变引起的癌症有效[30]。

3.2.3 KRAS-G12C 靶向抑制剂与KRAS 下游信号通路抑制剂的组合 VS-6766 是一种双重RAF/MEK 抑制剂，具有阻断MEK 的激酶活性和RAF 磷酸化MEK的能力[31]。有研究对VS-6766 和FAK 抑制剂地法替尼联合用药在复发性KRAS-G12V 突变体或其他KRAS突变型NSCLC 中的疗效进行了评估[32]，结果证实KRAS G12C 抑制剂和PI3K 抑制剂的联合治疗具有协同效应[33]。

3.2.4 KRAS-G12C靶向抑制剂与免疫治疗的组合 研究表明，阻断参与程序化死亡抗体配体1（programmed death antibody ligand 1，PD-L1）的免疫治疗可以提高晚期NSCLC患者的生存率[34]。但是抗程序性死亡治疗的临床数据表明，仅有15%～25%的NSCLC患者能从免疫治疗中获益[27]。有研究证实，索托拉西布与抗PD-L1组合在具有患者来源的异种移植的免疫活性小鼠中诱导了抗原呈递细胞的持久免疫反应，这比单一疗法获益更大[35]。早期临床试验评估了KRAS-G12C 靶向抑制剂与免疫治疗的组合，结果发现对于抗PD-L1 单一疗法不敏感的KRAS 亚群，如丝氨酸/酸酸激酶11（serine/threonine kinase 11，STK11）/KRAS 共突变亚群（同时携带STK11 和KRAS 突变的一类肺癌亚群）[35]，这是一种可期待的治疗策略。

3.2.5 KRAS-G12C 靶向抑制剂与肿瘤代谢疗法的组合 众多研究表明，KRAS 突变可导致特定的肿瘤代谢变化，进而促进肿瘤进展[36]，研究证实靶向代谢酶在一些KRAS 突变的癌症细胞系和小鼠模型中是有效的[37]。早期临床试验评估了几种代谢途径抑制剂与KRAS-G12C 靶向抑制剂联合使用的疗效，如mTOR 抑制剂和阿达格拉西布联合使用，ORR 为43%，DCR 为100%[38]。尽管KRAS-G12C 靶向抑制剂联合肿瘤代谢疗法的组合对KRAS 突变型NSCLC的治疗潜力还未探明，但KRAS-G12C 抑制剂与其他抑制剂联合用药的临床结果显示大多数患者未见严重的不良反应，可见合理的治疗组合有望提高KRAS 突变型NSCLC靶向治疗的疗效并降低不良反应。

4 展望

未来，针对KRAS 突变型NSCLC 的药物研发和治疗策略方面，有几点思考和建议：（1）KRAS 突变型NSCLC 存在生物学异质性，因此，需要尽可能多地收集KRAS 突变体患者的疾病特征及其对治疗反应的影响；将基因组学与代谢组学等多种方法相结合，对KRAS 突变型NSCLC 患者进行更精细的分类，以期为后续治疗提供更加个体化的治疗方案。（2）KRAS 突变型NSCLC 共突变事件的存在，不仅表现为信号通路和代谢组学的差异，也伴随有不同的肿瘤微环境。未来还需要有更多的动物及人体实验对此进行深入的研究。（3）靶向药物的长期临床持久作用至关重要，因此，需要更好地了解KRAS-G12C 靶向抑制剂的原发性和获得性耐药机制，并了解目前正在开发的新疗法的常见耐药机制。（4）KRAS-G12C 靶向抑制剂与其他各类疗法的联合治疗方案已显示出良好的抗肿瘤活性，但作用机制仍需进一步阐明。如在应用KRASG12C 靶向抑制剂联合免疫疗法治疗KRAS 突变型NSCLC 方面，前者主要作用于信号通路，单用时会出现耐药；后者则侧重于免疫微环境，单用时疗效欠佳。两者联合治疗疗效明显增强。虽然靶向药物的作用会影响人体的免疫微环境，但联合治疗的作用机制究竟如何，还有待深入探究。