KRAS G12C inhibitors (Leidos Biomedical Research)

引言 如果把KRAS看作肿瘤细胞里最难缠的“油门”，过去我们常把注意力放在两个问题上：它有没有突变？它能不能被药物锁住？ 但5月27日，《Cell》的研究报道“Farnesylation-driven KRAS phase separation promotes colon tumor growth”，把视角移到了另一个更隐蔽的层面：KRAS在细胞里以什么形态存在。研究人员发现，KRAS可以在细胞质中形成类似液滴的凝聚体（condensates），而这些凝聚体并非旁观者，它们会促进KRAS加工、膜定位和信号放大，并与结肠癌进展及药物反应相关。 这意味着，KRAS的问题可能不只是“开关是否失灵”，还包括 “它是否聚集成了更高效的信号加工站”。 真正危险的，可能不是KRAS变多，而是KRAS聚起来了 KRAS（Kirsten Rat Sarcoma viral oncogene homolog）是癌症中最常被激活的驱动基因之一。经典观点认为，RAS蛋白在鸟苷二磷酸（GDP）结合的“关闭态”和鸟苷三磷酸（GTP）结合的“开启态”之间切换；一旦突变削弱其GTP水解能力，KRAS就会持续激活下游通路，例如RAF-MAPK通路和PI3K-AKT-mTOR通路，推动增殖、转移和免疫逃逸。 这项研究一开始做了一个很值得注意的比较。研究人员检测了 86对结肠癌组织及其匹配的邻近正常组织。结果显示，癌组织中总体KRAS水平只比邻近正常组织升高约 1.27倍，差异虽有统计学意义，但并没有与肿瘤分期、分级、转移状态或预后形成明显对应关系。 真正拉开差距的是KRAS在细胞质中的分布形态。 研究人员观察到，许多KRAS并不是均匀散布，而是以点状、团簇状的凝聚体形式存在。与邻近正常组织相比，结肠癌组织中出现KRAS凝聚体的细胞比例明显升高，单位面积内KRAS凝聚体的数量也明显升高。更关键的是，这两个指标会随着肿瘤分期进展、病理分级升高和淋巴结转移而增加。 这给我们一个提示：在肿瘤中，蛋白总量并不总是最敏感的信号。一个蛋白是否被重新组织成特定空间结构，有时比“多了多少”更能解释它的生物学后果。KRAS液滴不是噪声，而是有“液体性”的结构 那么，KRAS凝聚体到底是什么？是不可逆聚集，还是一种受调控的动态结构？ 研究人员在多种结肠癌细胞系中观察到内源性KRAS形成细胞质点状结构，包括HT29、HCT15、HCT8、LoVo和HCT116。用三种独立KRAS抗体验证后，这些信号会在KRAS敲低后消失，说明它们不是抗体背景或成像假象。 进一步实验显示，KRAS可以进入Triton X-100不溶的高分子凝聚体组分中。为了排除这只是脂筏（lipid raft）相关不溶组分，研究人员使用甲基-β-环糊精（methyl-β-cyclodextrin, MβCD）干扰脂筏。脂筏标志物FLOT2明显减少，但KRAS在不溶组分中的存在并未受影响，提示这些KRAS主要属于脂筏非依赖的高分子凝聚体。 更有意思的是，GFP标记的KRAS在细胞中既定位于细胞膜，也形成细胞质凝聚体。三维重构显示，这些凝聚体形态多样；活细胞延时成像可以看到凝聚体融合；荧光漂白恢复（fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）实验显示，被漂白的KRAS凝聚体能快速恢复荧光。这些结果符合液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）的典型特征：它不是静态沉淀，而是动态交换的生物分子凝聚体。 在体外体系中，纯化KRAS蛋白在聚乙二醇8000（PEG-8000）存在时可使溶液变浑浊，并形成可见凝聚体；而GFP本身保持透明。凝聚体可被SDS或蛋白酶K破坏，并随KRAS浓度升高而增加；盐浓度也会影响其形成，说明静电作用参与其中。 换句话说，KRAS自身具备相分离能力，并不完全依赖细胞内其他结构“托举”。一个半胱氨酸，决定KRAS能不能凝成液滴 KRAS为什么会相分离？答案集中在蛋白C端的高变区（hypervariable region, HVR）。预测显示，KRAS第165至188位氨基酸区域具有较高内在无序性（intrinsic disorder）。删除HVR后，GFP-KRAS不再形成凝聚体；将HVR接到GFP上，则足以诱导GFP形成凝聚体。 但关键并不是整个HVR，而是其中第185位半胱氨酸C185。把C185突变为丝氨酸，即C185S，会完全破坏KRAS在细胞内和体外的相分离能力。C185正是KRAS发生法尼基化（farnesylation）的位点。法尼基化是一种脂质修饰，它会给KRAS装上疏水性脂质尾巴，帮助KRAS后续进入内质网（endoplasmic reticulum, ER）加工，并最终定位到质膜（plasma membrane, PM）。 关键机制：C185法尼基化，而不是整个加工链条，驱动KRAS形成凝聚体。 研究人员用法尼基转移酶抑制剂（farnesyltransferase inhibitors）tipifarnib和FTI-277处理细胞，KRAS凝聚体被消除。相反，阻断后续甲酯化（methylesterification）或敲低负责AAX切割的RCE1，并不明显影响KRAS法尼基化和凝聚体形成。 更进一步，研究人员把KRAS的CVIM法尼基化基序替换成更偏向香叶基香叶基化（geranylgeranylation）的CCIL基序，KRAS仍可形成凝聚体。将Lyn、GAP43、MARCK或CDC42中的疏水脂酰化结构域接到GFP上，也能诱导GFP形成凝聚体；一旦突变对应脂质修饰位点，凝聚能力就消失。研究人员由此提出，法尼基化带来的疏水性，是驱动KRAS相分离的核心因素。 这里最值得思考的是：过去我们把法尼基化主要理解为“上膜通行证”，现在它还可能是“液滴组装信号”。同一个翻译后修饰，既改变定位，也改变分子组织方式。KRAS凝聚体像一个加工前站，把RCE1拉到一起 KRAS成为成熟的膜定位蛋白，需要经历一系列加工。C185先发生法尼基化，随后KRAS被招募到内质网；Ras转化酶1（Ras-converting enzyme 1, RCE1）切除AAX序列；接着异戊烯半胱氨酸羧甲基转移酶（isoprenylcysteine carboxylmethyltransferase, ICMT）介导甲酯化，最终促进KRAS稳定定位到质膜。 问题是，法尼基化后的KRAS带有疏水尾巴，它如何在细胞质中稳定存在，又如何高效找到内质网上的加工机器？这篇研究给出了一种可能答案：KRAS先以凝聚体形式在细胞质中组织起来，再提高与RCE1相遇和加工的效率。 在表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）刺激后，KRAS信号迅速增强。5分钟时，pERK水平上升，说明MAPK通路被激活。与此同时，KRAS凝聚体也在5分钟内增加，并在15分钟左右达到峰值。细胞分级实验显示，KRAS在内质网组分中的富集约在10至15分钟出现，膜组分中的富集约在15分钟后增加，并在30分钟左右达到更明显水平。也就是说，KRAS凝聚体的增加早于或至少同步于KRAS向内质网和质膜富集。 研究人员进一步分选GFP-KRAS凝聚体，并用液相色谱-质谱（LC-MS）分析其中蛋白组成。EGF处理后，变化蛋白主要富集于内质网膜相关类别，其中RCE1是显著命中的蛋白之一。免疫沉淀结果显示，在KRAS凝聚体组分中，KRAS与RCE1的结合会随EGF刺激时间增强；而非凝聚体KRAS与RCE1结合较弱，且对EGF不敏感。超分辨成像还显示RCE1可与KRAS共同形成凝聚结构；敲低KRAS会抑制EGF诱导的RCE1聚集。 这使KRAS凝聚体不再只是一个“形态现象”。 它更像是一个加工前站：把底物KRAS和加工酶RCE1在空间上靠近，从而提高KRAS加工、膜转运和信号放大的效率。747个已批准药物里，筛出了他汀 如果KRAS凝聚体能促进肿瘤生长，那么能否用药物拆掉它？ 研究人员筛选了 747种美国食品药品监督管理局（US Food and Drug Administration, FDA）批准的小分子药物。结果很集中：能够完全消除KRAS液-液相分离的药物，主要是几种他汀类药物（statins），包括瑞舒伐他汀（rosuvastatin）、阿托伐他汀（atorvastatin）、辛伐他汀（simvastatin）和匹伐他汀（pitavastatin）。随后实验显示，这些药物在不同细胞中以剂量依赖方式减少KRAS凝聚体。 他汀类药物的经典靶点是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMG-CoA reductase, HMGCR），它位于甲羟戊酸途径（mevalonate pathway, MVA pathway）的上游。该途径不仅生成胆固醇，也产生蛋白异戊二烯化所需的中间代谢物。研究人员发现，匹伐他汀会降低KRAS法尼基化、减少KRAS凝聚体，并削弱KRAS膜定位能力。 回补实验把因果链条扣得更紧。 当研究人员向培养体系加入MVA或香叶基香叶基焦磷酸（geranylgeranyl pyrophosphate, GGPP）后，即使存在匹伐他汀，KRAS法尼基化和凝聚体形成也能被恢复。相反，名字中带有“statin”但机制无关的pentostatin和cilastatin，并不能明显影响KRAS相分离。 这说明，匹伐他汀干扰KRAS凝聚体，主要不是因为“它叫他汀”，而是因为它切断了法尼基化所依赖的代谢供给。拆掉液滴，肿瘤真的会慢下来吗？ 体外现象再漂亮，也必须经受功能实验检验。研究人员使用CRISPR-Cas9敲除KRAS，结肠癌细胞增殖和移植瘤生长显著下降。随后，他们在KRAS敲除细胞中重新表达不同版本的KRAS：完整KRAS可以恢复肿瘤生长；删除HVR、失去凝聚和膜定位能力的KRAS不能有效恢复；而加入Lyn疏水定位序列、重新获得凝聚和膜定位能力的KRAS ΔHVR，则能在相当程度上恢复肿瘤生长、pERK水平和Ki-67增殖标志物表达。 这组实验的逻辑很关键：如果只是KRAS蛋白存在就足够，那么ΔHVR也应当能恢复功能；但它不能。只有能够形成凝聚体并正确膜定位的KRAS，才具备更强的促肿瘤能力。 在小鼠移植瘤实验中，匹伐他汀处理可抑制肿瘤生长；加入MVA或GGPP后，这种抑制效果大幅减弱。更直接的是，当肿瘤细胞表达Lyn-KRAS ΔHVR这种能绕开匹伐他汀影响、维持凝聚和膜定位的构建体时，匹伐他汀对肿瘤生长、pERK、Ki-67和KRAS凝聚体的抑制都被削弱。各组小鼠体重没有明显差异，提示在该实验条件下，观察到的抗肿瘤效应不太可能简单归因于全身毒性。 由此形成一条较清晰的因果链： 法尼基化促进KRAS凝聚；凝聚促进加工和膜定位；膜定位放大MAPK信号；信号增强推动肿瘤生长；干预法尼基化和凝聚过程，可以压低这一链条。G12C抑制剂之外，为什么还需要“第二把钥匙” KRAS G12C抑制剂（KRAS G12C inhibitors, G12Ci）是近年来RAS靶向治疗的重要突破，例如AMG 510，也就是sotorasib。但临床和实验中，一个反复出现的问题是：肿瘤会通过多种方式重新激活RAS-MAPK信号，产生耐药。 这项研究建立了KRAS G12C结肠癌患者来源异种移植模型（patient-derived xenograft, PDX），并用AMG 510进行多轮治疗，直到形成耐药模型。整个过程包括约 6轮给药与停药，持续约9个月。结果符合预期：AMG 510能显著抑制亲本敏感PDX的肿瘤生长，却不能有效抑制耐药PDX；pERK在敏感模型中被压低，在耐药模型中则不再明显响应。总KRAS蛋白水平在敏感和耐药模型间没有明显变化。 值得注意的是，AMG 510可降低敏感PDX中的KRAS凝聚体，但在耐药PDX中这一作用消失。随后，匹伐他汀单药能在敏感和耐药PDX中抑制肿瘤生长；匹伐他汀与AMG 510联合使用，则比单药产生更强的抗肿瘤效果，并进一步降低pERK活性和KRAS细胞质凝聚体水平。 研究人员还观察到，破坏KRAS凝聚能力的DnaJB1-KRAS G12C构建体可以增强细胞对AMG 510的敏感性；匹伐他汀与泛RAS抑制剂（pan-RAS inhibitor）RMC-6236在多种癌症类型中显示协同效应。由此看，靶向KRAS凝聚体并不一定替代KRAS突变位点抑制剂，而更可能成为组合治疗中的“第二把钥匙”：一把锁住突变蛋白活性，另一把削弱其空间组织和信号加工效率。这项研究最值得警惕的地方：不要把他汀直接等同于抗癌药 这项研究很吸引人，但不能被过度解读。它并不是在说“吃他汀可以治疗结肠癌”。研究中的药效证据主要来自动物模型、细胞模型和类器官模型，且使用了特定剂量、特定给药方式和特定KRAS背景。临床上他汀用于肿瘤治疗的结果一直并不一致，这可能与药物类型、剂量、肿瘤分子分型、代谢状态以及联合方案有关。 研究本身也承认了几个限制。第一，虽然抑制KRAS凝聚能增强AMG 510敏感性，但KRAS凝聚体是否在临床耐药持留细胞中具有因果作用，还需要系统验证。第二，KRAS凝聚体的预后价值来自相对较小的队列，需要更大样本、更多转移状态和分子亚型来确认。第三，KRAS凝聚体中还有哪些组分真正参与调控，目前尚未完全解析。 但这并不削弱研究的意义。它真正打开的是一个新问题：癌基因产物的致癌能力，是否不仅取决于突变和表达量，还取决于它在细胞内如何组织自己？ KRAS曾长期被认为难以成药，后来G12C抑制剂证明了它可以被直接靶向。现在，这篇研究又把焦点推向了另一个层面：也许我们不仅可以靶向KRAS的口袋、构象和核苷酸状态，还可以靶向KRAS形成凝聚体的能力。对于一个被研究了数十年的癌基因而言，这仍然是一个值得继续追问的新入口。 参考文献 Wang X, Zhang Y, Lu M, Gong Y, Guan T, Hou G, Wei Y, Wang M, Liu H, Huang L, Zheng S, Lin Q, Zhang W, Xiang Z, Ma J, Li L, Meng H, Tong X, Ji H, Huang J, Hu Y. Farnesylation-driven KRAS phase separation promotes colon tumor growth. Cell. 2026 May 27:S0092-8674(26)00519-2. doi: 10.1016/j.cell.2026.05.002. Epub ahead of print. PMID: 42202789. 声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！ 往期热文： Nature Methods | 不只看基因突变：这张全癌种lncRNA空间图谱，揭开肿瘤异质性的另一层语言 Nature | 母体肠道为何在哺乳期更抗感染？答案藏在近端小肠的嗜酸性粒细胞里 Cell | 别再只问“致不致病”：1140万张细胞图像重新定义变异功能解读 Cell | 告别“伪相关”：通过给细胞构建“数字孪生”，全新计算框架突破单细胞调控网络推断瓶颈 Nature Biotechnology | 超越AlphaFold3：基于多肽识别谱的语言模型，实现T细胞激活功能的精准预测 Cell | 打造单细胞的“虚拟沙盘”：将基因调控引入微分方程，精准预见细胞命运 Nature | 只压抑“解馋”不影响“刚需”？研究揭示减重药物操控稳态与奖赏摄食的神经分野 Nature | 为什么体外难感染，体内易沦陷？破解HIV-1细胞间传播的30年悖论 Cell | 肿瘤竟自带“血脑屏障”？揭秘小细胞肺癌免疫逃逸的物理“城墙” Nature | 打破空间生物学与液体活检次元壁！cfDNA甲基化无创重构肿瘤微环境“空间生态型”