D3S-001：一种具有快速靶标结合动力学的KRAS G12C抑制剂，抑制核苷酸循环，展现出强大的临床前和临床活性

2024-07-16 Tue
D3S-001，一种具有快速靶点结合动力学的KRAS G12C抑制剂，抑制核苷酸循环并展示了强大的临床前和临床活动背景介绍KRAS（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog）基因突变是多种实体瘤的明显变异类型（如非小细胞肺癌（NSCLC）和结直肠癌（CRC）等）的癌变驱动因素之一。KRAS突变主要是单碱基错义突变，常见位置包括第12位密码子的甘氨酸（G）到半胱氨酸（C）的突变，即KRAS G12C，这是在NSCLC中约14%的腺癌中，以及0.5%至4%的鳞状细胞癌中的主要突变形式。
过去几十年，针对KRAS的靶向治疗发现和开发一直是个具有挑战性的任务。KRAS是一种GTP酶，通过将鸟苷三磷酸（GTP）水解为鸟苷二磷酸（GDP）并在GTP绑定的活性构象和GDP绑定的失活构象之间循环。这种酶与蛋白激酶不同，后者使用ATP（腺苷三磷酸）作为底物。由于KRAS对GTP/GDP具有皮摩级（picomolar）亲和力且缺乏明显的小分子药物结合位点，使得其难以被小分子抑制剂靶向。近年来，药物化学研究巧妙地识别出了可以与KRAS突变半胱氨酸12位残基（G12c）形成共价加合物的化合物，并在KRAS蛋白的GDP绑定构象下诱导了一个隐蔽的变构口袋，这标志着KRAS被视为“难以药物化”的蛋白质的一个重大发现。
然而，第一代KRAS G12C抑制剂如Sotorasib和Adagrasib在临床应用中效果略显不足。尽管它们能够将KRAS蛋白困住在其GDP绑定的失活状态，从而抑制其致癌信号和肿瘤生长，但其临床反应深度和持续时间有限。这引发了关于仅针对GDP-绑定的KRAS形式是否能够完全阻止这一致癌驱动因素的争议。
研究概况由Jing Zhang、Sun Min Lim、Mi Ra Yu、Cheng Chen、Jia Wang、Wenqian Wang、Haopeng Rui、Jingtao Lu、Shun Lu、Tony Mok、Zhi Jian Chen和Byoung Chul Cho等研究人员撰写的论文《D3S-001, a KRAS G12C Inhibitor with Rapid Target Engagement Kinetics, Overcomes Nucleotide Cycling, and Demonstrates Robust Preclinical and Clinical Activities》发表在《Cancer Discovery》期刊上。论文研究了一种新一代的KRAS G12C抑制剂——D3S-001的特点及其相较于先前抑制剂的改进。
研究流程a) 研究流程详述研究的主要工作包括多个步骤：
1. 早期KRAS G12C抑制剂的分析：对早期的KRAS G12C抑制剂ARS-853、ARS-1620、Sotorasib和Adagrasib进行了分子活性、共价效力和细胞目标结合动力学的数据分析。这部分研究采用了Ras结合域拉下试验、免疫印迹分析、表面等离子体共振（SPR）和液相色谱-质谱/串联质谱（LC-MS/MS）等技术手段。
2. D3S-001的发现与特性评估：通过一系列生化和细胞学试验，发现并评估了D3S-001这种新型KRAS G12C抑制剂的特点。评估内容包括化合物的共价效力、细胞中的目标结合动力学及毒性选择性特征。
3. 体内和体外抗肿瘤活性试验：在包括NSCLC、CRC、胰腺癌在内的多种癌症细胞系和动物模型中，评估了D3S-001的抗肿瘤活性。通过肿瘤体积测量和放射性免疫测定（HTRF）等，分析其对KRAS下游信号传导和细胞增殖的抑制效果。
b) 主要结果详述D3S-001显示出显著改进的共价效力和目标结合动力学：
D3S-001在多个试验中展示出相较于Sotorasib和Adagrasib显著更优的共价效力（kinact/ki值达到1.43 × 10^6 mol/l−1 second−1）。
通过SPR方法发现，D3S-001对GDP绑定的KRAS G12C的可逆亲和力显著优于先前的抑制剂，通过高kon和低koff实现了这一点。在细胞目标结合效率方面，D3S-001同样展示出更快速的执行效率。
D3S-001能在生长因子存在下保持高效抑制并克服核苷酸循环：
在EGF（上皮生长因子）刺激下，D3S-001仍能高效抑制KRAS G12C，几乎不受影响，而Sotorasib和Adagrasib的抑制效果显著下降。此外，D3S-001也能克服其他生长因子如HGF（肝细胞生长因子）介导的KRAS GDP到GTP的转变效果。
在多种肿瘤模型中的体内和体外显著抗肿瘤活性：
在NCI-H358、MIA PaCa2等细胞系中，D3S-001对ERK磷酸化水平和细胞增殖显示出较高的抑制活性。
在NCI-H358、MIA PaCa2等动物模型中显示出剂量依赖性的抗肿瘤效果，其中30 mg/kg剂量下实现了几乎完全的肿瘤回归。此外，在多个患者来源的肿瘤样本（PDOs）中，D3S-001展示了显著的肿瘤抑制效果。
c) 研究结论及意义科学价值：研究表明，D3S-001通过改进共价效力和提高目标结合效率，能够克服先前KRAS G12C抑制剂在临床中的不足。该药物能够在生长因子存在的情况下高效抑制KRAS G12C，避免了核苷酸循环带来的影响。
应用价值：D3S-001展示了在KRAS G12C突变型肿瘤治疗中的潜在应用价值。其高效的细胞目标结合力和抗肿瘤活性使其在多种癌症的治疗中具有显著优势。
d) 研究亮点改进的共价效力：通过提高共价效力和选择性，D3S-001在抗肿瘤活性上显著优于先前的KRAS G12C抑制剂，这在临床和体外实验中均得到了验证。
在携带生长因子的环境下高效抑制：与Sotorasib和Adagrasib不同，D3S-001能够在生长因子的存在下依然高效抑制KRAS G12C，这意味着其在生理和病理条件下均具有优势。
广泛的适用性和效率：在多种癌症动物模型（包括带有不同基因背景的患者来源肿瘤样本中），D3S-001展示了强大的抗肿瘤效果和持久的肿瘤控制力。
结论通过一系列详尽的生化和细胞试验，D3S-001展示了显著的共价效力提升、快速的细胞靶点结合动力学、优越的抗肿瘤活性及特异性。同时，其在多个肿瘤模型中的高效作用进一步证明了D3S-001在KRAS G12C突变型癌症治疗中的潜在应用前景。这一发现为未来的癌症治疗带来了新的希望，特别是在KRAS G12C突变领域。