Cancer Discov：蛋白质组学技术驱动第二代KRAS抑制剂新药研发

景杰生物 | 报道

KRAS突变是实体肿瘤中最常见的致癌基因突变，例如KRAS G12C突变与一系列高度致命的癌症相关，包括胰腺癌、肺癌和结直肠癌。但由于KRAS蛋白缺乏药理学靶向结合口袋，过去几十年来，针对KRAS的靶向治疗药物研发一直充满挑战。第一代KRAS G12C抑制剂，如Sotorasib (AMG510)和Adagrasib (MRTX 849)， 虽然打破了针对KARS靶点“不可成药”观念，但实际临床结果并不理想，疾病改善幅度有限。

其核心原因是KRAS作为一种GTPase，可结合GTP/GDP 控制其活跃状态，进而控制其信号传递和下游级联反应。恶性肿瘤中KRAS G12C突变会破坏其GTPase活性，进而使KRAS蛋白锁定在活跃状态下，导致肿瘤发生的信号过度活跃。目前认为KRAS只有与GDP结合处于非激活状态时才存在药物结合口袋。因此，“捕获”处于GDP结合非激活状态KRAS G12C蛋白的能力，很大程度上决定了药物的治疗效果。

2024年9月4日，韩国延世大学医学院Byoung Chul Cho教授团队联合中国德昇济医药陈之健博士团队在Cancer Discovery杂志上发表了题为“D3S-001, a KRAS G12C inhibitor with rapid target engagement kinetics, overcomes nucleotide cycling and demonstrates robust preclinical and clinical activities”的研究论文。

本研究开发出了新一代KRAS G12C抑制剂D3S-001,基于共价药物结合半胱氨酸蛋白组学和靶点结合技术，分析了11522位点后发现D3S-001对KRAS-G12C具有高选择特异性，且对KRAS抑制活性显著优于其他同类型药物。在生长因子的刺激下，第一代药物Sotorasib和Adagrasib抑制KRAS的能力受到显著影响，而D3S-001的靶点结合动力学几乎不受影响。此外，D3S-001的高共价效力和靶点结合效率在临床前发挥强大的抗肿瘤活性，具有优异的临床疗效。景杰生物为该新药研发提供了共价药物结合半胱氨酸蛋白组学分析和靶点结合分析。

D3S-001显著提高了共价效力和靶点结合能力

该研究针对德昇济医药自研的第二代KRAS 抑制剂D3S-001，它是GDP结合形式的KRAS G12C的高效、中枢神经系统可穿透的共价小分子抑制剂。研究人员对比了D3S-001和其他同类型GDP-bound KRAS G12C抑制剂（ARS-853、ARS-1620、Sotorasib和Adagrasib）与KRAS-GTP和KRAS-G12C的结合能力，结果显示D3S-001与KRAS-GTP和KRAS-G12C结合能力显著提高；共价药物结合半胱氨酸蛋白组学共分析了11522位点，结果显示D3S-001对KRAS-G12C具有高选择特异性，无脱靶蛋白；动力学检测结果显示，D3S-001对KRAS抑制活性显著优于其他同类型药物。

图1 D3S-001药物共价结合能力和动力学检测

D3S-001在体外和体内的的抗肿瘤活性检测

接着，研究人员评估了D3S-001对KRAS下游信号通路和不同肿瘤细胞增殖的影响。相比于Sotorasib和Adagrasib，D3S-001对EKR及其下游激酶RSK的磷酸化程度的影响显著更低，提示D3S-001抑制KRAS-pERK通路能力显著提高。此外，在体外细胞毒性实验中，D3S-001在不同KRAS-G12C突变细胞系中的杀伤毒性作用也显著优于Sotorasib和Adagrasib。以上结果表明，D3S-001能在低纳摩尔浓度下显著抑制KRAS下游信号通路，发挥抗肿瘤效果。

图2 D3S-001体外抗肿瘤活性检测

D3S-001在多个肿瘤模型中均表现良好的抗肿瘤活性

为了进一步评估DS3-001的抗肿瘤效果，研究人员设计了细胞来源移植模型（CDX模型）和患者来源移植模型（PDX模型）。在CDX模型中，分别构建了KRAS G12C突变的SW837结直肠癌模型和MIA PaCa-2胰腺癌模型，分别给与DS3-001、Sotorasib和Adagrasib药物处理后发现，DS3-001可以在较低的给药剂量下发挥更优异的抗肿瘤效果。同样的，无论是在非小细胞肺癌患者来源的类器官模型还是结直肠癌患者来源的PDX模型中，DS3-001均表现出更强的抗肿瘤活性。

图3 D3S-001在不同肿瘤模型中的药效评价

D3S-001一期临床数据表现优异

基于D3S-001临床前优异的抗肿瘤能力表现，研究团队正开展一项I期临床试验（NCT05410145），主要研究D3S-001在具有KRAS G12C突变的晚期或转移性实体瘤患者中的安全性和药物动力学。文中结果展示了两例携带KRAS G12C突变非小细胞肺癌（NSCLC）受试者在接受50 mg QD（每天一次）剂量D3S-001治疗后的反应，疾病评估均达到PR（部分缓解），展现出显著的临床意义。

图4 D3S-001在NSCLC患者中的治疗效果（I期临床试验）

综上所述，本研究基于共价药物结合半胱氨酸蛋白组学分析和靶点结合分析，揭示了德昇济医药自研的第二代KRAS 抑制剂，D3S-001，具有成药性高，对靶点的抑制性强、抑制速度快、抑制完全，以及安全性好等潜在优势。临床前研究以及人体剂量药代模型结果显示，D3S-001在分子活性、选择性、ADME（吸收、分布、代谢和排泄）以及Tox profile方面都具有显著优势，而且可以在纳摩尔浓度水平上有效地将KRAS G12C蛋白全部锁在其非活性状态。初步披露的临床I期临床试验表现优异，有望成为新一代肿瘤治疗药物。

景杰评述

KRAS突变，尤其是KRAS G12C突变，由于没有药物结合口袋，一直是癌症治疗的难点。半胱氨酸共价结合药物是打破KRAS G12C“不可成药”的有效手段之一。在共价药物研发早期，靶向性是决定药物是否值得投入的重要因素。景杰生物可提供共价药物靶向半胱氨酸位点分析产品，设计了与半胱氨酸具有特异性结合探针化合物（iodoacetamide desthiobiotin, IAD)，与共价药物竞争性结合半胱氨酸位点，通过高通量质谱分析药物处理组和对照组在IAD标记后的样本，即可明确靶蛋白、脱靶蛋白以及靶向结合率。（点击链接详细阅读：工业蛋白质组学应用（1）- 解析药靶特异性）

值得一提的是，蛋白质组学在新药研发中的应用日益广泛，不仅能助力鉴定与疾病相关的关键蛋白质，为药物设计提供候选靶点，还能用于验证靶向治疗的特异性和安全性，为新药设计、研发及临床应用提供快速、准确且高性价比的技术支持。景杰生物深耕蛋白质组学领域多年，持续推动技术进步和创新，已推出多款产品，助力药企发现新的生物标志物，提高药物的安全性和有效性，实现降本增效。

参考文献：

Zhang J, et al. 2024. D3S-001, a KRAS G12C Inhibitor with Rapid Target Engagement Kinetics, Overcomes Nucleotide Cycling, and Demonstrates Robust Preclinical and Clinical Activities. Cancer Discov.