攻克磷酸酶、轉(zhuǎn)錄因子、KRAS三種“不可成藥”靶點的應(yīng)對策略

傳統(tǒng)的藥物靶點絕大部分是具有適合的結(jié)合位點和明確的活性位點的蛋白質(zhì)。藥物分子往往通過“占位驅(qū)動”的藥理學(xué)作用模式發(fā)揮作用。這種方法雖然可行，但并不能適用于所有的靶蛋白，尤其是在蛋白本身缺乏相應(yīng)的結(jié)合口袋、蛋白的內(nèi)源性底物高親和力、蛋白存在于細(xì)胞內(nèi)部藥物分子無法抵達、蛋白的致病機制不依靠蛋白間相互作用或催化活性等情況下。

隨著對癌癥進展的分子基礎(chǔ)和多種驅(qū)動因素的深入理解，科學(xué)家開始尋找能夠高效抑制生長因子受體、酶類或其他靶點的藥物。

如圖 1 所示，許多的癌癥靶點都有破壞其功能的藥物，通常被認(rèn)為是“可成藥”的藥物靶點 (紅色標(biāo)注)。磷酸酶、轉(zhuǎn)錄因子和 RAS 家族成員是“不可成藥”的三大類靶點 (綠色標(biāo)注)。
 

圖 1. 當(dāng)代癌癥藥物分子靶點的示意圖^[1]
 

RAS 是人類癌癥中最常發(fā)生突變的癌基因；RAS 存在三種不同的亞型 (KRAS、HRAS 和 NRAS) 中，它們具有高度的序列同源性。RAS 蛋白具有固有的 GTPase 活性，在非活性 (GDP 結(jié)合) 和活性 (GTP 結(jié)合) 形式之間循環(huán)。當(dāng)與 GTP 結(jié)合時，它被“打開”并激活細(xì)胞內(nèi)信號通路，突變的 RAS 被持續(xù)性激活并持續(xù)“開啟”，從而增強下游信號并導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。

下面簡單總結(jié)了針對 RAS 突變腫瘤抑制劑主要包括：抑制 RAS 上游蛋白、RAS 蛋白以及 RAS 下游蛋白三個層面的抑制劑。
■ 抑制 RAS 上游蛋白

受體酪氨酸激酶的激活，如 EGFR 家族成員，可促進 RAS 中 GDP 與 GTP 的交換，從而激活 RAS。那么，抑制 EGFR 可以減少這種激活。突變 RAS 蛋白以 GTP 結(jié)合狀態(tài)積累。抑制 SOS 或 SHP2 會降低 GDP-GTP 交換率，并減少 GTP 結(jié)合的 RAS 數(shù)量。

■ 直接靶向 RAS 蛋白

在10年前，直接針對 RAS 抑制劑還非常難以捉摸，隨著科學(xué)家的不斷努力，KRAS 抑制劑 Sotorasib 獲 FDA 批準(zhǔn)上市, 用于治療 KRAS G12C 突變的局部晚期或轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌成年患者。此外還有 KRAS-G12C 結(jié)合的共價等位基因特異性抑制劑等正在臨床實驗階段。

■ 靶向 RAS 下游蛋白

GTP 結(jié)合的 RAS 通過與效應(yīng)蛋白（如 RAF 和 p110）的 RAS 結(jié)合域結(jié)合來激活下游信號，從而分別激活 MAPK 和 PI3K 信號通路。MAPK 和 PI3K 信號通路的每個激酶層面都可以被抑制的。
 

圖 3. RAS 突變腫瘤抑制劑的研究進展^[4]
 

 
轉(zhuǎn)錄因子在癌癥、自身免疫、糖尿病和心血管疾病等疾病中扮演著十分重要的生物學(xué)角色。然而，由于嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)紊亂和缺乏明確的小分子結(jié)合腔，轉(zhuǎn)錄因子在傳統(tǒng)上被認(rèn)為是“不可治療”的靶點。

在許多癌癥進程中，轉(zhuǎn)錄因子可以通過多種作用機制發(fā)生突變或失調(diào)，包括：染色體易位、基因擴增或缺失、點突變和表達改變等。突變或失調(diào)的轉(zhuǎn)錄因子可以介導(dǎo)異常的靶基因表達，是一類獨特的藥物靶點。

目前已經(jīng)證明了多種靶向轉(zhuǎn)錄因子活性的方法，主要包括

■ 抑制轉(zhuǎn)錄因子-輔因子的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用；

■ 抑制轉(zhuǎn)錄因子和 DNA 結(jié)合；

■ 通過改變泛素化水平和隨后的蛋白酶體降解或通過抑制轉(zhuǎn)錄因子表達調(diào)節(jié)因子，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性水平。
 

圖 4. 靶向轉(zhuǎn)錄因子的作用機制^[6]

A. 特異性小分子阻斷轉(zhuǎn)錄因子/DNA 相互作用。B. 小分子抑制轉(zhuǎn)錄因子/蛋白質(zhì)相互作用。C. 靶向轉(zhuǎn)錄因子或輔因子并通過泛素化進行降解。D. 通過抑制轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑來控制轉(zhuǎn)錄因子的表達。
 

磷酸酶是將目標(biāo)蛋白上磷酸基團去掉的酶類。它被證明與癌癥、糖尿病、肥胖癥、神經(jīng)退行性疾病等多種疾病密切相關(guān)。根據(jù)氨基酸底物不同，磷酸酶可以分為如下三種：
 

圖 5. 磷酸酶家族^[8]

A. 絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶，B. 酪氨酸磷酸酶（PTPs），C. 或能夠使絲氨酸/蘇氨酸殘基和酪氨酸殘基（DUSP/MKP和PRL磷酸酶) 去磷酸化的雙特異性磷酸酶（DUPs）

與它相對應(yīng)的蛋白激酶已經(jīng)是非常成熟的藥物靶點。然而，安全有效的磷酸酶抑制劑仍然難以尋覓。因此，磷酸酶在傳統(tǒng)上被認(rèn)為是“不可治療”的靶點。

最近，這一領(lǐng)域發(fā)生了突破性進展。不同于大多數(shù)藥物與它們靶點的活性位點相結(jié)合，這些磷酸酶抑制劑的作用方式是與活性位點之外的別構(gòu)位點相結(jié)合。別構(gòu)抑制可能是打破磷酸酶“不可成藥”性的成功策略。

如圖 6 所示，SHP2 抑制劑 SHP099、RMC-4630 和 SHP244 結(jié)合致癌性 SHP2 磷酸酶的 SH2 結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域，并將酶鎖定在非活性構(gòu)象中。BCI-215 作為 DUSP1 和 DUSP6 的變構(gòu)抑制劑，可結(jié)合在磷酸酶催化位點附近，阻礙底物結(jié)合所需的變構(gòu)變化。PP2A 的間接活化劑 FTY720 和 CC11 與二聚體 PP2A 抑制劑蛋白質(zhì) SET 結(jié)合并釋放 SET 單體以允許 PP2A 催化亞單位的催化活性。
 

圖 6. 磷酸酶靶向治療的作用模式^[8]

   
在過去的十年中，分子癌癥靶點得到了顯著的驗證，這些靶點以前被認(rèn)為是具有挑戰(zhàn)性的，甚至是不可克服的。其中，最顯著的是“不可成藥”的三大類靶點：磷酸酶、轉(zhuǎn)錄因子和 RAS 家族成員。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，新型的小分子抑制劑 (激動劑) 和生物制劑的開發(fā)和應(yīng)用極大地促進了抗腫瘤的新藥研發(fā)。展望未來，我們相信：靶向“不可成藥”靶點，攻克癌癥指日可待。

參考文獻
1. Lazo JS, Sharlow ER. Drugging Undruggable Molecular Cancer Targets. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2016;56:23-40.
2. Blair HA. Sotorasib: First Approval. Drugs. 2021 Sep;81(13):1573-1579. doi: 10.1007/s40265-021-01574-2.
3. Cox AD, Fesik SW, Kimmelman AC, Luo J, Der CJ. Drugging the undruggable RAS: Mission possible? Nat Rev Drug Discov. 2014 Nov;13(11):828-51.
4. Moore AR, Rosenberg SC, McCormick F, Malek S. RAS-targeted therapies: is the undruggable drugged? Nat Rev Drug Discov. 2020 Aug;19(8):533-552.
5. Henley MJ, Koehler AN. Advances in targeting 'undruggable' transcription factors with small molecules. Nat Rev Drug Discov. 2021 Sep;20(9):669-688.
6. Walters HA, Temesvari LA. Target acquired: transcriptional regulators as drug targets for protozoan parasites. Int J Parasitol. 2021 Jul;51(8):599-611.
7. Bushweller JH. Targeting transcription factors in cancer - from undruggable to reality. Nat Rev Cancer. 2019 Nov;19(11):611-624.
8. Vainonen JP, Momeny M, Westermarck J. Druggable cancer phosphatases. Sci Transl Med. 2021 Apr 7;13(588):eabe2967.