靶向KRASG12D/V/C等多重突变的强效双重抑制剂BBO-11818的发现：一种可同时抑制活性与非活性状态的全KRAS抑制剂

《Cancer Discovery》：BBO-11818 is a potent KRAS (ON) and KRAS (OFF) inhibitor. A, Development ... Open Access

KRAS是肿瘤中最常突变的癌基因之一，目前除KRASG12C外，针对KRASG12D、KRASG12V等临床重要突变体的靶向疗法依然匮乏。本研究报道了BBO-11818，一种强效、选择性、口服生物可利用的非共价全KRAS抑制剂。它能同时靶向KRAS的失活GDP结合（OFF）状态和活性GTP结合（ON）状态，对包括KRASG12D、KRASG12V在内的多种突变体均显示出高效的MAPK信号通路抑制、细胞活力抑制以及在异种移植模型中的肿瘤消退效果。与抗PD-1、抗EGFR抗体及RAS:PI3Kα breaker化合物BBO-10203的联用展现出增强的疗效。目前BBO-11818已进入针对结直肠癌、胰腺癌和肺癌患者的I期临床试验。这项研究为攻克KRAS突变肿瘤这一长期难题提供了新的希望。

　　

在癌症研究的漫长战线上，KRAS曾是一个令人望而生畏的“不可成药”靶点。这个小小的GTP酶如同一个分子开关，在细胞的生长、增殖和存活信号传递中扮演着核心角色。当它因基因突变而“卡”在激活的GTP结合（ON）状态时，便会持续驱动下游的MAPK和PI3K–AKT等信号通路，最终导致肿瘤的发生与发展。KRAS是实体瘤中最常突变的癌基因之一，大约30%的肺癌、40%的结直肠癌和高达90%的胰腺导管腺癌（PDAC）都携带致癌性KRAS突变，其中KRAS^G12D、KRAS^G12V和KRAS^G12C最为常见。尽管针对KRAS^G12C的特异性抑制剂近年来已获批上市，为部分患者带来了曙光，但对于临床意义重大的KRAS^G12D和KRAS^G12V等突变体，目前仍缺乏获批的靶向疗法。此外，许多已报道的KRAS抑制剂主要选择性靶向其失活的GDP结合（OFF）状态，而对肿瘤中大量存在的活性GTP结合状态（ON）抑制能力有限。因此，开发一种能够有效靶向多种KRAS突变、尤其是能够同时抑制其ON和OFF状态的广谱抑制剂，成为了一个亟待满足的巨大临床需求。

为了回应这一挑战，研究人员在《Cancer Discovery》上报告了他们的最新发现：BBO-11818，一种强效、选择性、口服生物可利用的非共价全KRAS（pan-KRAS）抑制剂。这项研究的意义在于，BBO-11818能够同时靶向KRAS的ON和OFF状态，并对包括KRAS^G12D、KRAS^G12V在内的多种临床相关突变体展现出高效抑制活性，为治疗携带这些突变的广泛癌症患者带来了新的希望。

研究人员运用了多种关键技术方法来推进这项研究。在分子和生化水平，他们利用表面等离子共振（SPR） 技术评估了化合物与不同KRAS突变体蛋白的结合亲和力，并通过生化蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）均相时间分辨荧光（HTRF） 实验检测了化合物对KRAS与关键效应蛋白RAF1相互作用的破坏能力。为了在原子层面解析作用机制，他们通过X射线晶体学 解析了BBO-11818与GDP和GppNHp（一种不可水解的GTP类似物）结合的KRAS^G12D的共晶结构。在细胞功能层面，研究使用了磷酸化蛋白质印迹法 评估化合物对MAPK信号通路关键蛋白pERK的抑制，并采用细胞活力检测 和三维（3D）球体培养 等方法评估其对肿瘤细胞增殖的抑制效果。在体内药效学研究中，他们利用细胞系来源的异种移植（CDX）模型 和患者来源的异种移植（PDX）模型 评估了BBO-11818单药及与多种疗法（如抗PD-1抗体、抗EGFR抗体、RAS:PI3Kα breaker化合物BBO-10203）联用的抗肿瘤活性。临床样本方面，文中提到的I期临床试验（NCT06917079）计划纳入携带各种KRAS突变的结直肠癌、胰腺癌和肺癌患者。

研究结果

BBO-11818的发现：一种强效、选择性的KRAS双重抑制剂

研究团队从先前报道的共价KRAS^G12C抑制剂BBO-8520出发。虽然BBO-8520对KRAS^G12C的ON和OFF状态均有活性，但其对非G12C突变体的抑制能力有限。通过基于结构的药物设计，特别是对喹唑啉4号位进行优化，研究人员先得到了化合物2，其结合KRAS^G12D、KRAS^G12V和KRAS^WT的OFF和ON状态的能力较BBO-8520有数十至上千倍的提升。为进一步改善其吸收、分布、代谢和排泄（ADME）性质，特别是口服生物利用度，研究人员将2-甲基丙基酰胺替换为甲基氨基甲酸酯，最终得到了BBO-11818。SPR结合实验显示，BBO-11818能以高亲和力结合KRAS^G12D、KRAS^G12V和KRAS^WT的ON和OFF状态，并且对KRAS的选择性超过NRAS或HRAS 500倍以上，表明它是一个KRAS特异性抑制剂。生化PPI HTRF实验进一步证实，BBO-11818能有效破坏RAF1-RBD与KRAS^G12D、KRAS^G12V、KRAS^G12C、KRAS^G12R以及KRAS^WT的相互作用，显示了其功能性抑制活性。

晶体结构揭示BBO-11818可同时结合ON和OFF状态的KRAS^G12D

为了阐明BBO-11818的作用模式，研究人员解析了其与GDP和GppNHp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，诱导出一种与效应蛋白结合不相容的开放Switch-I构象。两种结构高度相似，BBO-11818与蛋白之间形成了广泛的范德华力接触、氢键和一个盐桥。特别值得注意的是，在GppNHp结合的结构中，BBO-11818形成了几乎完全相同的相互作用网络，这表明尽管结合活性状态的KRAS在能量上可能面临更多构象限制，但BBO-11818的化学结构允许其有效结合两种状态。与共价抑制剂BBO-8520相比，BBO-11818在C4取代基上用甲基氨基甲酸酯替换了丙烯酰胺弹头，其羰基与第12位残基（如D12）的主链胺形成氢键，而吡咯烷基团则通过范德华力与第12位残基的侧链相互作用。这种设计使其能够兼容包括G12C、G12D、G12V、G12R在内的多种常见G12突变，从而解释了其在生化PPI实验中的广谱活性。

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

通过³¹P核磁共振（NMR）光谱分析发现，BBO-11818与GTP结合的KRAS^G12D结合后，能显著地将状态1（信号无能）-状态2（信号有能）的构象平衡向状态1（非活性，效应子结合缺陷构象）方向移动，几乎完全消除了信号有能的γ2峰。这表明BBO-11818能将KRAS锁定在无法激活下游信号的状态。此外，BBO-11818还能有效抑制鸟苷酸交换因子SOS介导的KRAS^WT及多种致癌突变体的核苷酸交换，但对NRAS^WT无此作用。阻断核苷酸交换（防止KRAS从OFF状态被激活