新型泛KRAS非共价抑制剂BBO-11818的发现：一种针对活性与失活状态多癌种突变的高效选择性疗法

《Cancer Discovery》：Discovery of BBO-11818, a Potent and Selective Noncovalent Inhibitor of (ON) and (OFF) KRAS with Activity against Multiple Oncogenic Mutants Open Access

本研究为填补KRASG12D、KRASG12V等关键突变缺乏靶向药物的临床空白，研究人员开发了一种新型口服泛KRAS抑制剂BBO-11818。该抑制剂可同时靶向KRAS-GDP（OFF）和KRAS-GTP（ON）状态，在多种KRAS突变肿瘤模型中显示出强效MAPK信号抑制、细胞活力降低及肿瘤消退活性。其与PD-1抑制剂、抗EGFR抗体及RAS:PI3Kα阻断剂BBO-10203的联用展现出增强疗效，已进入针对结直肠癌、胰腺癌和肺癌的I期临床试验，有望为广泛KRAS突变患者提供新的治疗选择。

　　

在癌症研究的漫长征程中，KRAS基因曾是一个令人望而生畏的“不可成药”靶点。作为细胞内关键的信号开关，KRAS蛋白在GTP结合的“开启”（ON）状态驱动细胞生长与增殖，而在GDP结合的“关闭”（OFF）状态则保持静息。然而，当KRAS基因发生突变，特别是第12位甘氨酸（G12）被其他氨基酸取代（如G12D、G12V、G12C）时，这个开关便倾向于卡在“开启”位置，持续发出生长信号，最终导致肿瘤发生。KRAS突变在肺癌、结直肠癌和胰腺导管腺癌中极为常见，构成了巨大的临床负担。尽管针对KRAS^G12C突变体的共价抑制剂近年来取得突破并获批上市，但对于临床上更为常见的KRAS^G12D和KRAS^G12V等突变，目前仍缺乏有效的靶向疗法。此外，许多已报道的KRAS抑制剂主要靶向其失活的GDP结合状态（OFF状态），对肿瘤中持续激活的GTP结合状态（ON状态）抑制能力有限。因此，开发一种能够同时有效抑制KRAS的ON和OFF状态、并对多种KRAS突变体都有效的“泛KRAS”抑制剂，成为了领域内亟待攻克的难关。

本研究发表在《Cancer Discovery》杂志上，旨在应对这一挑战。研究人员通过结构导向的药物设计，成功发现并优化了一种名为BBO-11818的小分子化合物。它被证实是一种高效、选择性、口服生物可利用的非共价泛KRAS抑制剂，能够靶向包括KRAS^G12D和KRAS^G12V在内的多种KRAS突变体，且对KRAS的ON和OFF状态均具有活性。

研究人员运用了多种关键技术方法来验证BBO-11818的特性。在分子和生化水平，采用了表面等离子共振（SPR）技术测定其与不同核苷酸状态（GDP/GppNHp）KRAS蛋白的结合亲和力与选择性；通过均相时间分辨荧光（HTRF）生化实验评估其破坏KRAS与下游效应蛋白RAF1相互作用的能?；利用X射线晶体学解析了BBO-11818与KRAS^G12D蛋白在GDP和GppNHp结合状态下的复合物结构，揭示了其结合模式；并采用³¹P核磁共振（NMR）分析了化合物对KRAS-GTP构象状态平衡的影响。在细胞水平，研究使用了包括人源癌细胞系、工程化Ba/F3细胞系以及基因修饰的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）在内的多种细胞模型，通过检测磷酸化ERK（pERK）和细胞活力来评估化合物的信号抑制与抗增殖活性。在动物模型水平，研究在KRAS^G12D和KRAS^G12V突变的人源肿瘤异种移植（CDX）模型、患者来源异种移植（PDX）模型以及免疫健全小鼠的CT26同系肿瘤模型中，系统评价了BBO-11818单药及与抗PD-1抗体、抗EGFR抗体（西妥昔单抗）或RAS:PI3Kα阻断剂BBO-10203联用的药效学（抑制pERK）和抗肿瘤疗效。

研究结果

BBO-11818的鉴定：一种高效、选择性的KRAS双态抑制剂

研究始于对先导化合物BBO-8520（一种共价KRAS^G12C双态抑制剂）的优化。通过对其喹唑啉环4号位进行结构改造，研究人员得到了化合物2，其对KRAS^G12D、KRAS^G12V和野生型KRAS（KRAS^WT）在ON和OFF状态的结合力均大幅提升。为进一步改善其吸收、分布、代谢和排泄（ADME）性质，将2-甲基丙基酰胺替换为甲基氨基甲酸酯，最终获得了BBO-11818。SPR结合实验表明，BBO-11818能以纳摩尔级亲和力结合KRAS^G12D、KRAS^G12V和KRAS^WT的ON和OFF状态，并且对KRAS的选择性高于NRAS和HRAS 500倍以上。HTRF实验证实，BBO-11818能有效破坏RAF1与KRAS^G12D、KRAS^G12V、KRAS^G12C、KRAS^G12R及KRAS^WT的相互作用。

晶体结构揭示BBO-11818与ON和OFF状态的KRAS^G12D结合

研究人员解析了BBO-11818与GDP结合和GppNHp（GTP类似物）结合的KRAS^G12D的共晶结构。结果显示，在两种状态下，BBO-11818都结合在Switch-II/Helix 3口袋中，诱导了与效应蛋白结合不相容的开放式Switch-I构象。其结合模式高度相似，主要通过范德华力、氢键和盐桥与蛋白相互作用。特别地，其C4取代基上的吡咯烷与第12位天冬氨酸（D12）有范德华接触，氨基甲酸酯羰基与D12的主链氨基形成氢键。这种结合模式使其能够兼容多种G12突变。

BBO-11818结合使KRAS转向信号无能状态并阻碍SOS介导的核苷酸交换

³¹P NMR实验表明，BBO-11818与KRAS^G12D-GTP结合后，能将其构象平衡从信号胜任的状态2（state 2）显著地转向信号无能的状态1（state 1）。此外，BBO-11818还能有效抑制鸟嘌呤核苷酸交换因子SOS1介导的KRAS核苷酸交换，阻止GDP被GTP替换，从而进一步抑制KRAS的激活。这揭示了BBO-11818通过诱导失活构象和阻断再激活的双重作用机制。

BBO-11818在癌细胞中强效抑制MAPK信号和细胞活力

在一组55个癌细胞系中，BBO-11818能强效抑制KRAS^G12D、KRAS^G12V、KRAS^G12C突变细胞及KRAS^WT扩增细胞系中的pERK信号，而对非KRAS驱动的细胞系（如NRAS、BRAF突变）无效。在基因定义的MEF细胞系中，BBO-11818选择性抑制KRAS突变或WT细胞中的pERK，而不影响HRAS、NRAS或BRAF^V600E驱动的信号。在表达不同KRAS突变体的Ba/F3细胞和88个癌细胞系的三维球体模型中，BBO-11818同样显示出对KRAS突变细胞（尤其是G12D、G12V、G12C）的强效增殖抑制活性，且具有KRAS选择性。