综述：针对ERK1/2的癌症疗法：最新进展、潜在的药物耐药性以及新兴技术的适用性分析

《Bioorganic Chemistry》：ERK1/2-targeted Cancer therapies: Recent advances, potential drug resistance, and applicability analysis of emerging technologies

ERK1/2作为RAS-RAF-MEK信号通路的关键下游靶点，其持续激活促进肿瘤进展，现有抑制剂面临耐药性和毒副作用挑战。本文系统综述ERK1/2抑制剂的临床进展，解析其耐药机制（如上游信号重激活、旁路通路激活及ERK突变），并探讨新型靶向蛋白降解（TPD）等策略的潜力，提出多靶点协同治疗路径。

　　

Xinyue Mao|Jishun Quan|Tianyu Niu|Zhuo Zhang|Jiawei Zhao|Hu He|Qin Yin

中国广东省深圳市南方科技大学生物医学工程系

摘要

作为RAS-RAF-MEK-ERK信号级联的末端效应器，细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）在传递致癌信号中起着核心作用，其失调的激活直接导致肿瘤发生、疾病进展和不良临床结果。尽管针对上游节点（如RAF和MEK）的抑制剂已显示出临床益处，但频繁出现的获得性耐药性仍然是一个主要障碍，最终限制了它们的长期治疗效果。因此，直接抑制ERK1/2越来越受到关注，这种策略不仅能够有效抑制MAPK通路活性，还有潜力克服由上游基因改变引起的耐药性。

尽管具有治疗潜力，但ERK1/2抑制剂的临床开发面临多个重大挑战。首先，尽管第一代ATP竞争性抑制剂（如Ulixertinib）在早期试验中显示出抗肿瘤活性，但其疗效在不同患者群体中差异很大，并且常常伴有基于机制的毒性（包括皮疹和腹泻），这突显了临床前预测与实际结果之间的显著差异。其次，肿瘤细胞可以通过多种适应性反应获得对ERK抑制的耐药性，包括激活旁路信号通路、参与补偿性反馈回路以及出现降低药物效力的ERK突变。这些耐药机制共同构成了实现持久治疗反应的主要障碍。

本综述旨在提供当前ERK1/2靶向疗法的全面和前瞻性概述。它系统地评估了正在临床研究中的小分子抑制剂，深入分析了已进入或接近临床开发的候选药物，并确定了其成功或失败的关键因素。在此基础上，综述详细探讨了ERK1/2抑制剂获得性耐药性的机制，从而为设计合理的联合疗法和克服耐药性的策略提供了理论基础。此外，它还强调了新兴技术进展，包括解决传统ATP竞争性抑制剂局限性的创新方法，如靶向蛋白质降解（TPD）技术。总体而言，本综述旨在为实现ERK1/2靶向干预在癌症治疗中的全部治疗潜力制定一个更清晰的路线图。

引言

丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是一类由多种细胞外刺激（包括细胞因子、神经递质和激素）激活的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。它们作为关键的细胞内信使，将信号从细胞表面传递到细胞核。[1], [2], [3]

在这些通路中，RAS-RAF-MEK-ERK信号级联是调控细胞增殖、分化和存活的核心轴。在病理条件下，例如RAS或RAF基因发生突变时，该通路可能会异常激活，导致持续的促有丝分裂信号传导，促进恶性细胞转化和肿瘤发生。细胞外信号调节激酶1和2（ERK1/2）的磷酸化是这一级联的最终事件。通常在RAS-RAF-MEK轴下游被激活的磷酸化ERK1/2会转移到细胞核，传递细胞外的促有丝分裂信号（图1A）。[2], [3], [4], [5]

同时，ERK1/2的激活不仅作为信号级联的最终输出，还作为一个核心调控中心，动态协调整个通路。关键的是，ERK1/2对上游组分（包括RAS、RAF和MEK）施加精确的多层负反馈，从而防止信号过度激活（例如致癌转化），并确保信号强度、持续时间和空间定位的适当性。这种调节通过两种互补机制实现：激活的ERK1/2直接磷酸化上游信号分子（如受体酪氨酸激酶、SOS和RAF），以及转录上调反馈抑制剂（如双特异性磷酸酶DUSPs和sprouty蛋白），这些共同微调信号幅度、动力学和亚细胞定位（图1A）。在许多肿瘤中，由于上游组分的改变，ERK1/2持续激活，导致细胞周期失调和逃避凋亡，从而驱动肿瘤发生、生长和转移。特别是，在由RTK/RAS突变驱动且依赖野生型RAF的肿瘤中，完整的ERK依赖性负反馈虽然限制了基础通路的输出，但赋予了对RAF或MEK抑制剂的内在耐药性。药物诱导的抑制会解除这种反馈，导致RAS重新激活和RAF二聚化，反而恢复了下游信号传导。相反，在BRAF^V600E突变肿瘤中，突变激酶逃避了ERK的抑制性磷酸化，导致通路活性持续升高，并对BRAF抑制剂最初具有高敏感性。然而，治疗性抑制也减轻了ERK对上游调节因子（如受体酪氨酸激酶）的转录抑制，从而逐渐重新激活RAS并激活平行的生存通路，尤其是PI3K/AKT通路，最终导致获得性耐药性。因此，准确描述肿瘤的ERK依赖性负反馈结构，而不仅仅是其突变状态，对于预测治疗反应、合理设计联合策略（如RAF和MEK抑制）以及开发克服耐药性的基于机制的方法至关重要。因此，ERK1/2靶向抑制剂的开发已成为肿瘤学中一种有前景的治疗策略。[6], [7], [8]

人类ERK1由379个氨基酸组成，而ERK2由360个残基组成。这两种异构体具有大约84%的序列同一性，并在体内协同激活。ERK1/2表现出典型的双叶激酶结构，这是其催化活性的基础。N端叶包含五个β链（β1~β5）、保守的αC螺旋和一个富含甘氨酸的环，该环负责结合ATP并定位其β和γ磷酸基团以进行催化。[2] C端叶包含一个由六个保守螺旋（αD~αI）和四个短β链（β6~β9）组成的α螺旋结构域，这些结构域包含将ATP的磷酸基团转移到底物蛋白所需的核心催化残基。[9] ERK2的主要结构和功能区域如图1B所示，关键特征序列在表1中总结。[2], [10], [11], [12]

对ATP竞争性ERK1/2抑制剂的研究已经进行了多年。第一代小分子激酶抑制剂（通常归类为I型抑制剂）主要针对ERK1/2活性构象中的ATP结合位点，其特征是开放的激活环。这种构象被称为“DFG-in”构象，由激活环N端的保守ASP-PHE-GLY（DFG）基序向内定向定义。I型抑制剂通常具有富含氮的支架，模仿ATP的腺嘌呤环，使其能够结合到ERK1/2的ATP口袋中。[13] 然而，由于ATP结合位点在整个激酶家族中高度保守，这些抑制剂往往表现出广泛的激酶抑制谱，导致脱靶活性、剂量限制的毒性和临床应用中的狭窄治疗窗口。

随后开发的II型抑制剂引入了一种提高选择性的替代策略。这些抑制剂不仅结合腺嘌呤结合区域，还延伸到相邻的疏水区域，称为“背口袋”或“疏水口袋II”。与I型抑制剂不同，II型抑制剂稳定或促进DFG基序中天冬氨酸侧链的外旋，导致“DFG-out”构象。在这种非活性状态下，天冬氨酸残基相对于其活性构象的位置旋转大约180°，暴露出一个额外的腔室，称为“疏水口袋III”，可以利用该腔室进行配体结合。由于这种口袋在不同激酶中的结构差异较大，II型抑制剂往往表现出更好的选择性和降低的脱靶效应。此外，DFG-天冬氨酸（人类ERK2中的ASP167）的NH基团可以与位于该区域的合适供体基团形成氢键。[2], [13], [14]

尽管其他类型的ERK1/2抑制剂（如别构调节剂和二聚化抑制剂）目前正在积极研究中，但经典ATP竞争性抑制剂的合理设计和优化仍然是推进ERK靶向药物发现的最有效策略之一。

之前的综述文章主要关注ERK1/2信号通路的基本生物学功能及其在肿瘤发生和进展中的作用，或提供了ERK靶向抑制剂的临床前和临床开发的概述。[9], [11], [15] 然而，随着药物发现技术的迅速发展和小分子治疗标准的日益严格，早期的总结需要大幅更新和完善。

本综述系统地汇编了当前活跃的ERK1/2抑制剂候选药物，并进一步探讨了这些靶点及其抑制剂在临床应用中遇到的药物耐药性挑战。它强调了主要的耐药机制，包括上游信号节点的重新激活、旁路通路的补偿性激活、肿瘤细胞的表型可塑性和在持续药理压力下由ERK1/2介导的反馈回路驱动的适应性耐药性。

此外，通过结合新兴药物开发技术的见解，本综述评估了将这些创新方法应用于ERK1/2靶向治疗的可行性和转化潜力。通过综合分析临床进展、耐药机制和前沿技术创新，本研究旨在建立一个更全面、动态和前瞻性的框架，以指导未来针对ERK1/2通路的抗癌治疗的设计和优化。

ERK1/2抑制剂

随着对RAS-RAF-MEK-ERK信号通路的深入理解、经典ERK1/2抑制剂的结构-活性关系（SAR）的不断改进以及创新药物开发策略的出现，当前的ERK1/2靶向抗肿瘤药物管线变得越来越多样化。该管线现在包括传统的ATP竞争性抑制剂以及一系列具有不同机制优势的新兴治疗模式。

ERK1/2抑制剂的耐药机制

药物耐药性是一个多因素且动态演变的过程。作为MAPK信号级联中的核心激酶，ERK1/2在调节细胞增殖、存活和分化中起着关键作用。该通路的失调与多种疾病（尤其是癌症）密切相关。尽管针对上游组分（如BRAF和MEK）的抑制剂已取得显著的临床成功，但直接ERK1/2抑制剂的发展和应用仍然面临

针对ERK1/2的新兴策略的可行性和前景

在驱动肿瘤发生的复杂信号网络中，RAS-RAF-MEK-ERK级联仍然是最受关注的治疗靶点之一。尽管针对上游组分（如Vemurafenib和Dabrafenib）的抑制剂针对BRAF^V600E取得了显著的临床成功，但其长期治疗效果经常因获得性耐药性的出现而受到限制。这种耐药性通过多种机制产生，这些机制通常集中在

结论与展望

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，也称为经典的RAS-RAF-MEK-ERK信号级联，在调节基本细胞过程（包括增殖和存活）中起着核心作用。该通路的失调经常被人类癌症利用来维持恶性表型，使得MAPK网络成为一个有吸引力的治疗靶点。尽管多种针对RAS、RAF和MEK的小分子抑制剂已获得临床批准，但它们的疗效

CRediT作者贡献声明

Xinyue Mao：撰写——原始草稿、软件使用、研究、数据管理。Jishun Quan：研究、正式分析、数据管理。Tianyu Niu：验证、软件使用、方法学研究。Zhuo Zhang：软件使用、研究。Jiawei Zhao：验证、概念化。Hu He：撰写——审稿与编辑、监督、研究、概念化。Qin Yin：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹集、正式分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了深圳市科技创新计划（编号：JCYJ20240813161112017）和广东省普通高校重点领域项目（编号：2024ZDZX2015）的支持；Q.Y.感谢深圳先进技术大学提供的启动资助。