《Nature Communications》：Covalent inhibitor design confers activity against both GDP- and GTP-bound forms of KRAS G12C
编辑推荐：
本研究针对KRAS G12C突变肿瘤治疗中单一靶向非活性状态的局限性，开发了能同时靶向GDP结合（非活性）和GTP结合（活性）状态的双重抑制剂。通过新型化学弹头共价修饰Switch II变构位点，该抑制剂破坏了关键水介导氢键网络，实现快速共价靶向结合并有效抑制MAPK信号通路。尽管在细胞和体内模型中与单一状态抑制剂疗效相似，但该研究首次系统阐述了同时靶向KRAS G12C双状态的分子机制，为精准肿瘤治疗提供了新视角。
在精准肿瘤学领域，KRAS基因突变长期被视为"不可成药"靶点，直至KRAS G12C非活性状态抑制剂的发现才打破这一僵局。这类抑制剂能特异性靶向与GDP结合的非活性状态KRAS G12C蛋白，在临床治疗中展现出潜力。然而，肿瘤微环境中生长因子等刺激可促使KRAS G12C以及野生型NRAS、HRAS转变为GTP结合的活性状态，导致单一靶向非活性状态的抑制剂疗效受限。因此，开发能同时靶向KRAS G12C活性与非活性状态的双重抑制剂成为亟待突破的科学难题。
为攻克这一难题，研究团队在《Nature Communications》发表的研究中，设计了一类化学结构新颖的双重抑制剂。这些抑制剂通过特异性化学弹头共价修饰KRAS G12C的Switch II（SWII）变构位点，不仅能结合GDP结合的非活性状态，还能有效靶向GTP结合的活性状态。共晶结构分析揭示，双重抑制剂通过扰动关键水分子介导的氢键网络，引发GTP结合蛋白表面和Switch I（SWI）结构的变构重塑，从而阻断与下游效应蛋白的结合。
在作用机制方面，双重抑制剂展现出快速共价靶点结合能力和MAPK信号通路抑制效果。但令人意外的是，尽管其靶点灭活速度更快，在细胞和动物模型中的疗效与仅靶向非活性状态的抑制剂相当。进一步实验表明，在生长因子存在的条件下，两类抑制剂对KRAS G12C突变细胞的抑制效果也无明显差异。这些发现首次详细阐述了同时靶向KRAS G12C双状态的分子机制，并揭示在需要长期靶点抑制的背景下，双重抑制剂并未显现机制优势。
关键技术方法包括：共晶结构解析（揭示抑制剂与KRAS G12C的结合模式）、变构调控分析（通过水介导氢键网络扰动机制）、共价靶向验证（评估GDP/GTP双状态结合效率）、信号通路检测（MAPK通路抑制效果评估）、以及细胞与体内模型验证（疗效对比研究）。
研究结果系统阐述了双重抑制剂的作用机制和治疗潜力：
- 1.
分子设计特征：采用新型化学弹头实现SWII位点共价修饰，可同时靶向KRAS G12C的GDP和GTP结合状态
- 2.
变构调控机制：共晶结构显示抑制剂扰动水介导氢键网络，诱导GTP结合蛋白表面和SWI结构重塑
- 3.
靶点结合特性：实现快速共价靶点结合，有效抑制MAPK信号通路传导
- 4.
疗效对比分析：在细胞和体内模型中与单状态抑制剂疗效相当，尽管靶点灭活速度更快
- 5.
生长因子影响：在生长因子刺激下，双重抑制剂未显示出优于单状态抑制剂的疗效优势
研究结论表明，虽然双重抑制剂在分子水平实现了对KRAS G12C活性与非活性状态的同时靶向，但在生物功能层面并未产生预期中的显著治疗优势。这一发现强调，在KRAS G12C靶向治疗策略中，单纯扩展靶向状态范围可能不足以提升疗效，而维持持久的靶点抑制或许是更关键的因素。该研究为KRAS靶向药物研发提供了重要的机制见解，推动精准肿瘤治疗向更理性设计方向发展。
