《Expert Opinion on Investigational Drugs》：KIF18A inhibition and its rising role in cancer therapy trials: from bench to bedside
ABSTRACT
Introduction
染色体不稳定性（CIN）作为90%以上实体瘤的标志性特征，在癌症治疗中既代表着脆弱性也蕴含着机遇。KIF18A作为一种对维持有丝分裂保真度至关重要的驱动蛋白，在CIN癌细胞中变得尤为关键，因为它能够抑制致命的有丝分裂错误。这种选择性依赖使KIF18A成为有吸引力的治疗靶点。
Areas Covered
本综述探讨了KIF18A的结构和功能生物学特性，其在维持染色体排列中的作用，以及其抑制如何特异性导致表现出高CIN的癌细胞有丝分裂失败。我们总结了小分子抑制剂的开发历程，从早期的BTB-1到第二代药物包括Sovilnesib和VLS-1488，后者目前处于I/II期临床试验阶段。临床数据显示这些抑制剂具有可控的毒性和有前景的抗肿瘤活性，特别是在高级别浆液性卵巢癌中。新进入者如ATX-295和GH2616进一步扩展了这一领域。我们还重点介绍了通过结构研究和新兴的AI驱动药物发现来优化KIF18A靶向的努力。
Expert Opinion
KIF18A抑制代表了一种基于机制、肿瘤选择性的治疗CIN驱动癌症的策略。随着临床试验的进展，优化患者分层和探索协同组合将至关重要。扩大KIF18A上可成药位点的范围，特别是超越运动结构域，可能减轻耐药性并帮助扩展治疗潜力。
1. Introduction
基因组不稳定性是癌症的常见标志性特征，包括DNA改变的获得，如突变、缺失、染色体重排（如易位）以及整个染色体的增加或缺失。染色体的结构重排和数量的变化被统称为染色体不稳定性（CIN）。这种类型的不稳定性发生在90%以上的实体瘤中。虽然中等水平的染色体不稳定性可以促进肿瘤生长和进展，但高水平的染色体不稳定性会导致蛋白毒性应激、代谢应激以及过度的染色体获得或丢失，从而杀死癌细胞。因此，抑制提供基础水平染色体稳定性的机制可以放大染色体不稳定性至致死水平。由于CIN在正常细胞中不存在，这种方法也可以被定制以优先靶向癌细胞。
有丝分裂纺锤体是一种基于微管的双极结构，是 mitosis 中染色体正确分离的先决条件。位于有丝分裂纺锤体极的中心体锚定并成核微管，微管从中心体定向生长。微管的负端位于中心体附近，而正端则向组装在有丝分裂染色体着丝粒区域的动粒生长。
染色体的获得或丢失主要是由染色体与有丝分裂纺锤体微管之间功能失调的相互作用引起的，导致染色体错误分离。驱动蛋白是一个马达蛋白家族，其中几个成员已知可调节纺锤体微管动力学，在染色体分离中起关键作用，并已被强调为治疗干预的潜在靶点。本综述聚焦于一个新兴靶点，驱动蛋白样蛋白18A（KIF18A），以及加剧癌细胞中CIN的临床抑制剂的开发，将CIN这把双刃剑转向自身。
1.1 Kinesin-like protein 18A (KIF18A)
KIF18A是kinesin-8马达蛋白家族的成员，它们都包含相似的结构域，即：N端运动结构域、类别特异性颈部区域、中央卷曲螺旋区域和C端结构域。KIF18A以二聚体形式存在，由卷曲螺旋区域介导。运动结构域可逆地结合微管，并利用ATP水解和相关的核苷酸依赖性构象变化沿微管滑动。它积聚在动粒微管的正端，通过"封顶"微管来拮抗微管生长，从而阻止微管生长。KIF18A还通过抑制前期到中期有丝分裂染色体的振荡来帮助染色体的正确排列，以浓度依赖的方式暂停着丝粒。没有KIF18A，染色体会发生超振荡，驱使它们远离中期板，导致染色体错误排列、前期延长、纺锤丝伸长和无张力的动粒。最终，KIF18A消融导致纺锤体组装检查点（SAC）激活，从而停止 mitosis 在中期和后期之间的进程。
在结构上，KIF18A包含两个重要的功能区域，均位于运动结构域内。一个是核苷酸结合域，包含三个环——P环、开关I（环9）和开关II（环11），它们感知马达内的核苷酸状态，以指导核苷酸依赖性构象变化。这个位点被基于BTB-1的KIF18A抑制剂靶向。第二个是与α和β-微管蛋白直接相互作用的区域，即β-片层5、环8、环11、环12、螺旋α4、α5和α6。迄今为止，所有具有靶向细胞活性的KIF18A抑制剂预计都结合在这个位置，特别是在α4（残基286-294）和α6（残基344-351）之间。
1.2 KIF18A is a validated drug target for chromosomally instable cancers
KIF18A在减弱动粒处微管动力学方面起着核心作用，从而确保正确的染色体集会和中期排列。在生理条件下，其活性促进准确的有丝分裂进程。具有高CIN的细胞纺锤体缺陷和染色体错误排列的比率增加，KIF18A变得对于防止致命有丝分裂错误的积累至关重要，从而允许癌细胞生长。因此，这种对KIF18A的依赖性使其成为理想的药物靶点，通常被描述为合成致死。KIF18A的高表达已在多种不同癌症类型中观察到，并且，TCGA泛癌分析显示KIF18A很少受遗传改变影响，这也支持其作为可行药物靶点的可行性。
当在高CIN的细胞中遗传或药理学抑制KIF18A时，会出现明显的的有丝分裂缺陷，包括持续的染色体错误排列、 prolonged 有丝分裂停滞、多极纺锤体，并最终导致细胞死亡或永久性细胞周期停滞。值得注意的是，KIF18A依赖性似乎特定于具有高CIN的癌细胞。二倍体、基因组稳定的细胞对KIF18A缺失的耐受性影响最小，表明存在治疗窗口。KIF18A功能与CIN表型之间的关系已在一系列临床前模型中得到利用，支持其作为癌症选择性治疗靶点的合理性。
迄今为止，关于KIF18A抑制剂毒性的唯一主要挑战涉及生殖活力，尤其是在雄性中。KIF18A是雄性生殖细胞发育所必需的，在纺锤体组装和染色体动力学中起关键作用。KIF18A基因敲除小鼠的种系研究显示正常睾丸发育受到破坏。结果，由于精子发生失败（生精细胞发育不全），雄性KIF18A基因敲除小鼠不育。这给男性患者带来了潜在的长期副作用，即KIF18A抑制可能损害生育能力。
KIF18A的抑制也可能在女性患者中呈现不良的生育效应。KIF18A变异体与人类女性卵子非整倍性增加和生殖衰老的决定因素有关。KIF18A在卵母细胞中表达，但成年雌性小鼠仍然可育并能够生育后代，尽管速度比野生型小鼠慢。用Sovilnesib（第二代KIF18A抑制剂）处理的小鼠卵母细胞显著增加了不良非整倍性的频率。这些结果共同表明，KIF18A抑制通过提高卵子非整倍性比率来降低女性生育能力。虽然与KIF18A抑制剂的使用没有直接关联，但蛋白质运动结构域内可能发生单核苷酸突变（R308K），导致KIF18A缺陷，并导致雄性和雌性小鼠不育（gcd2突变体）。
2. Small Molecule compounds that target KIF18A
2.1 First Generation inhibitors - BTB-1 and analogues
第一个发表的靶向KIF18A的抑制剂是BTB-1，据报道它能以IC50为1.69 μM抑制KIF18A的微管激活ATP酶活性。这种抑制被证明是以ATP竞争性方式进行的。然而，在没有微管的情况下，BTB-1对基础KIF18A ATP酶活性没有影响。这种作用机制随后通过结构研究得到解释。与微管结合的KIF18A经历核苷酸依赖性构象变化。BTB-1选择性地结合到微管结合的KIF18A，其结合口袋位于开关I（环9）/II（环11）和P环内，这些环对核苷酸状态感知至关重要。模型表明，Y159和T224与BTB-1之间形成氢键，以及与Y134的pi-pi堆积。这些可能是BTB-1对KIF18A亲和力的主要驱动因素。KIF18A的核苷酸感知口袋有四个在其他人类驱动蛋白中未发现的独特残基。这四个残基（L124, Y134, M133和T224）与BTB-1形成相互作用，并可能有助于其选择性。因此，BTB-1的结合抑制了核苷酸依赖性亚域重排，导致抑制。
值得注意的是，尽管BTB-1在蛋白质水平上抑制KIF18A活性，但用BTB-1处理HeLa细胞并未重现用siRNA敲低KIF18A的HeLa细胞表型。一项旨在优化BTB-1的药物化学尝试并未导致活性显著改善。在蛋白质水平上，这些抑制剂以与BTB-1相同的ATP竞争性、微管非竞争性方式起作用，然而，更深入的细胞分析结合显微镜检查表明，这些化合物并未阻止KIF18A在微管正端的积聚。此外，BTB-1及其类似物在没有KIF18A存在的情况下直接抑制微管聚合，这突出了BTB-1及其类似物可能在细胞内直接靶向微管聚合的可能性。因此，这些化合物没有进一步开发用于临床。
2.2 – Second Generation inhibitors - Sovilnesib (AMG605) and VLS-1488
为了找到适合在细胞中进行概念验证生物学研究的化合物，Amgen对其内部的60万个小分子化合物库进行了高通量筛选。尽管采用了这种独立的方法，但鉴定为KIF18A抑制剂的两个先导化合物（化合物2和AM-7710）显示出与BTB-1显著的相似性。具体来说，所有化合物都包含两个环之间的二氧化硫连接基。此外，与BTB-1一样，这些抑制剂优先抑制KIF18A的微管激活ATP酶活性。然而，与BTB-1不同，这些化合物显示出对基础KIF18A ATP酶活性的部分抑制，并且能够在染色体不稳定细胞系中重现KIF18A敲低表型。使用NMR结合计算建模，推测这些化合物结合在α-4和α-6之间的另一个变构口袋，位于KIF18A-微管蛋白界面，并作为分子胶水，将微管蛋白和KIF18A固定在一起，阻止KIF18A沿微管移动的能力。
围绕AM-7710进行了广泛的药物化学研究，不仅旨在增强化合物的活性，还旨在改善较差的药代动力学（PK）特性。总体而言，基于AM-7710的化合物对KIF18A表现出良好的特异性，针对多种不同的驱动蛋白，除了KIF19A。KIF19A与KIF18A一样，也是人类kinesin-8家族的成员，对于维持纤毛长度至关重要。当KIF19A在小鼠中被敲除时，纤毛异常伸长，导致大脑中脑脊液过度积聚和雌性不育。基于AM-7710的抑制剂显示出对KIF19A的高纳摩尔抑制，导致对KIF18A的选择性仅比19A高3-15倍。因此，尽管具有有利的体外特性、对癌细胞的高选择性以及在异种移植癌症模型中的有效性，但需要注意确保没有有害的脱靶效应。这导致了AMG650，第一个进入临床试验的KIF18A抑制剂（NCT04293094）。
值得注意的是，Amgen将该项目对外授权给了Volastra，后者开发了VLS-1272，一种基于相同支架的KIF18A抑制剂。值得注意的是，Volastra的化合物与Amgen的化合物具有非常相似的结合动力学，但显示出更长的解离时间，体外解离半衰期为35小时，这使其具有更有利的药代动力学和药效学特性。它保留了与KIF19A选择性相同的问题（对KIF18A的选择性比KIF19A高7倍），并且在体外对具有染色体不稳定性的癌细胞具有高选择性，同时不影响健康细胞，并且对小鼠异种移植癌症模型有效。基于VLS-1272的VLS-1488目前正在进行并招募一项针对已知具有染色体不稳定性特征（CIN）的实体瘤患者的首次人体I/II期试验（NCT05902988）。
3. Clinical Trial updates
本综述讨论的一些KIF18A抑制剂的可用临床数据主要来自早期阶段、非随机化的剂量递增/扩展研究，这些研究队列规模小且肿瘤类型异质性。下面描述的数据主要来自专利以及未发表和/或会议数据。因此，客观的患者反应和肿瘤缩小率应被解释为初步结果，这些结果需要通过进一步的研究来验证。
3.1 Amgen (AMG650)/Volastra (Sovilnesib)
Amgen于2020年开始对AMG650在患有局部晚期/转移性实体瘤的成人中进行I期剂量探索和扩展试验（NCT04293094），特别关注三阴性乳腺癌和高级别浆液性卵巢癌。尽管目标是招募120名参与者，但到2023年，Amgen仅能招募66名患者，之后Volastra接管了赞助并完成了试验。该试验的数据尚未披露，但值得注意的是，Volastra立即启动了一项针对铂耐药高级别浆液性卵巢癌患者的新Ib期试验（NCT06084416）。这可能表明初步试验结果强调浆液性卵巢癌是一个更有前景的治疗靶点，或者可能是由于治疗耐药的高级别浆液性卵巢癌中染色体不稳定性增加。这项Ib期试验将研究Sovilnesib的安全性、耐受性、PK和疗效，目标是在试验完成后（预计2025年7月）确定II期剂量。
3.2 Volastra (VLS-1488)
VLS-1488目前正在进行并招募一项针对已知具有染色体不稳定性特征（CIN）的实体瘤患者的首次人体I/II期试验（NCT05902988）。VLS-1488作为口服剂量用于剂量递增，以确定最大耐受剂量。该试验随后将用于剂量扩展研究，以评估其与其他药物相互作用的潜力和/或食物对吸收的影响。还将在各种肿瘤类型中确定其主要疗效。
Volastra于2025年6月在美国临床肿瘤学会年会上公布了他们的初步数据。值得注意的是，这些数据未经同行评审。迄今为止，已有52名患者接受了VLS-1488治疗，在最高测试剂量（800 mg QD）下未观察到剂量限制性毒性。然而，44.2%的患者报告了治疗相关不良事件，包括疲劳（17.3%）、皮疹（11.5%）、贫血（7.7%）、呕吐（5.8%）、血小板计数减少（7.7%）、天冬氨酸氨基转移酶升高（13.5%）和丙氨酸氨基转移酶升高（9.6%）。值得注意的是，氨基转移酶升高、血小板计数减少和皮疹均被报告为G3级严重不良事件。这些可能表明早期肝毒性迹象，应密切监测。
尽管如此，初步结果总体上是令人鼓舞的，17名高级别浆液性卵巢癌患者中有7名（接受剂量高于100mg QD）出现肿瘤缩小。三名患者的目标病灶增加了20%以上。所有患者似乎都患有耐药性癌症，之前均接受过PARP抑制剂、Mirvetuximab和Bevacizumab治疗。同样值得注意的是，其中一名患者处于最低剂量50 mg QD，目标病灶大小增加了40%。这表明该剂量对于临床治疗来说太低了。这与该临床试验的药代动力学数据一致，该数据显示接受50 mg QD剂量的4名患者未达到临床前研究中确定的药理学活性VLS-1488剂量。值得注意的是，100 mg QD能够达到高于此最小剂度的平均浓度超过12小时，而高于200 mg QD的剂量则能超过此最小剂量超过24小时。这一结果支持VLS-1488片剂每日给药一次。
3.3 ATX-295 (Accent)
2024年，Accent Therapeutics发表了一项描述KIF18A抑制剂的专利。在化学结构上，他们的化合物"29b"与Sovilnesib相比，仅在哌啶环上有微小的结构差异。因此，这些化合物极有可能以相同的方式与KIF18A相互作用。化合物"29b"直接与Sovilnesib进行了比较。值得注意的是，该化合物在KIF18A ATP酶测定活性方面略好（29b为<0.01μM，而VLS-1488为0.01-0.05 μM），并且在临床前小鼠模型中具有相当的肿瘤负荷反应。然而，与Sovilnesib相比，29b具有更好的、更高的游离分数（CFU-MK IC5029b为0.11μM，Sovilnesib为0.048 μM），并且在小鼠体内的骨髓浓度较低（29b在6小时为10,500 ng/g，24小时为900 ng/g，而Sovilnesib分别为17,000 ng/g和4,100 ng/g）。假设29b是ATX-295，这些临床前研究表明ATX-295可能与Sovilnesib一样有效，且副作用更小，特别是减轻了血小板计数减少的副作用。
基于这些数据，Accent Therapeutics获得了FDA快速通道批准，并开始了一项针对局部晚期或转移性实体瘤的开放标签I/II期试验（NCT06799065）。第一名患者于2025年4月给药；因此，尚不清楚这些微小的化学变化是否导致了预期的减少不良影响。
3.4 GH2616 (Genhouse Bio Pty Ltd)
Genhouse Bio于2023年6月提交了专利申请，于2024年1月公布。与Accent Therapeutics一样，该专利中的化合物与Sovilnesib非常相似，其专利中临床前数据最多的两个化合物，化合物19和34，对吡嗪环和哌啶环进行了轻微改变。与Accent Therapeutics不同，没有与任何已知抑制剂进行明确比较。因此，尚不清楚这些化合物是否比目前处于临床试验阶段的其他KIF18A抑制剂具有更好的特性。
然而，Genhouse Bio已进入Ia/Ib期试验的化合物GH2616据报道具有脑渗透性，并在颅内肿瘤模型中显示出疗效，表明其在脑肿瘤中的潜在用途。值得注意的是，该临床试验于2024年在中国开始，尚未公布任何数据。
3.5 Other preclinical candidates
自从Sovilnesib披露以来，已经报道了大量新型KIF18A化合物。其中许多是中国公司，包括瑛石智能科技、杭州因诺格特医药、江苏先声药业、长春冠翔生物和卫根生物医药，它们都报道了"专利突破"。
然而，Insilico Medicine报道了使用其内部药物设计平台Chemistry42通过AI驱动的药物设计识别出的KIF18A新型抑制剂。他们的先导化合物ISM9682A据报道对KIF18A相对于其他驱动蛋白家族成员具有高选择性，目前处于临床前阶段。尚不清楚其选择性是否包括KIF19A，而Sovilnesib和VLS-1488难以对其具有选择性。他们有三项围绕三类化合物的专利，但这些专利中的生物学数据仅限于生化数据，并辅以少量细胞数据。值得注意的是，这些化合物显示出与所有其他已知KIF18A抑制剂明显的化学相似性。这凸显了目前在药物发现中使用AI方法的局限性，特别是当关于KIF18A抑制剂的文献如此有限，很可能使算法产生偏差时。
3.6 Clinical Prospects and Future Directions
KIF18A抑制剂的临床开发进展迅速。早期化合物已证明对CIN-high肿瘤具有良好的选择性，多个化合物正在通过临床前和早期临床测试。这些研究强调了KIF18A抑制剂作为精准肿瘤学药物的潜力，这些药物可以利用癌细胞特有的有丝分裂脆弱性。随着多个候选药物进入研发管线以及首批临床读数预计在未来几年内公布，KIF18A抑制剂有望定义一类新的有丝分裂靶向疗法，能够选择性消除基因组不稳定的肿瘤细胞。
尽管取得了这些进展，但为了成功转化，必须解决几个挑战。虽然临床前数据表明对正常组织的毒性有限，但在人类中的安全性仍有待确定。同样重要的是完善患者选择策略，理想情况下整合CIN依赖性的基因组和功能标志物。这将避免在早期试验中稀释疗效信号。耐药机制，包括补偿性驱动蛋白的上调或纺锤体检查点信号的适应，很可能出现，应并行研究。这一点尤其重要，因为所有临床试验化合物都预计靶向KIF18A的相同结构和功能区域。
未来的开发将受益于合理的组合方法，这些方法可以放大有丝分裂应激或利用互补的脆弱性，例如将KIF18A抑制剂与PARP抑制剂、DNA损伤修复调节剂或纺锤体检查点药物配对。早期试验应纳入转化终点，以将药效学效应与生物标志物反应联系起来。除了单药治疗，该领域准备探索这些抑制剂如何整合到现有的治疗范式中，特别是对于选择有限、侵袭性强的CIN-high癌症。
4. Conclusion
KIF18A已成为治疗染色体不稳定癌症的一个有前景且经过机制验证的靶点。其在维持有丝分裂保真度方面的关键作用，特别是在承受高水平染色体不稳定性负担的细胞中，创造了一个可以用于治疗利用的独特脆弱性。临床前证据一致表明，抑制KIF18A会诱导严重的有丝分裂缺陷，选择性影响具有高CIN的癌细胞，同时不影响基因组稳定的细胞，从而提供了潜在的治疗窗口。
最近的进展导致了KIF18A小分子抑制剂的开发，这些抑制剂已进入临床试验，早期临床数据显示在铂耐药高级别浆液性卵巢癌患者中具有可控的毒性和初步的有效性迹象。药物发现公司正在申请专利和宣布的大量新型KIF18A抑制剂突显了日益增长的行业兴趣和治疗潜力。
5. Expert Opinion
KIF18A是一个引人注目的抗癌靶点，因为它在染色体不稳定癌症中起关键作用，而在正常体细胞中则非必需。这种选择性依赖性激发了几家制药公司的兴趣。Amgen/Volastra的KIF18A抑制剂的结果在细胞和动物模型中显示出有前景的抗癌活性。他们的化合物的临床试验目前正在进行中，最终批准将代表对多种癌症的重大胜利。
所有当前的临床KIF18A抑制剂都被显示或预计结合在KIF18A的单个位点，即KIF18A-MT界面内。众所周知，经过长期治疗后，靶点通过氨基酸突变发生改变和/或补偿机制可能导致癌症疗法不再有效。因此，将药物发现工作从该位点多样化可以规避这些潜在的耐药性问题。这个位点，连同核苷酸感知口袋（由α2、α3和环5形成）对应于其他驱动蛋白抑制剂靶向的主要变构位点。基于BTB-1的抑制剂结合到核苷酸感知口袋，似乎只在细胞外抑制KIF18A蛋白，在细胞内观察到脱靶效应。围绕该口袋的化学空间可能尚未被充分探索，因为据报道该位点在其他驱动蛋白中结合许多具有不同主要基团的化合物。在其他驱动蛋白中对该位点的抑制剂也诱导了与BTB-1中观察到的相同的ATP非竞争性抑制。我们认为针对该KIF18A位点的基于结构的药物设计仍然是一项值得的努力。随着KIF18A通过核苷酸结合和水解循环经历不同的构象，通过KIF18A的分子动力学模拟可能识别出蛋白质内额外的可成药位点。这种方法已应用于驱动蛋白Eg5以识别新的可成药变构位点。此外，先前大多数针对KIF18A的药物发现都指向运动结构域。KIF18A蛋白质的高分辨率结构研究也局限于该结构域。最近新的蛋白质建模工具（如AlphaFold和RoseTTAFold）的出现使得能够准确模拟运动结构域之外的KIF18A，以纳入颈部和尾部区域。这随后开启了针对额外位点进行基于结构的药物设计的能力，以靶向KIF18A的额外功能，如二聚化和持续性。
迄今为止，从Volastra和Amgen发布的初步临床试验数据令人鼓舞。这些化合物通常耐受性良好，抗肿瘤活性的早期迹象是有希望的，特别是考虑到入组的是经过大量预治疗的患者群体。总之，这突显了具有高CIN的癌细胞对KIF18A的选择性依赖性是一种基于机制的、潜在肿瘤特异性的治疗方法。未来的挑战包括完善患者选择策略，可能通过基因组CIN特征，如全基因组加倍或非整倍性指数，以及优化能进一步加剧有丝分裂应激的组合方案。例如，KIF18A的抑制可能与紫杉烷类药物、MPS1抑制剂或PARP抑制剂产生协同作用，特别是在具有同源重组缺陷的肿瘤中。
