“搭”盐桥，打破癌症之王关键靶标“不可成药”魔咒

KRAS基因结构处的蛋白体积小、表面光滑，像一个闪亮光滑的小球，缺乏传统小分子药物可以结合的“深口袋”结构，一度被药学界公认为是“不可成药”的靶标。

胰腺癌是一种恶性程度极高的消化系统肿瘤，也是实体瘤中致死率最高的癌症类型之一。胰腺癌由于难诊断难治疗，也被称为“癌症之王”。

胰腺癌的一个重要特点是约95%的肿瘤中携带着KRAS基因突变，它是最为依赖KRAS基因突变的肿瘤类型之一。其中，KRAS基因突变上的G12D点位激活突变最为普遍。开发有效的KRAS-G12D抑制剂，是胰腺癌临床药物治疗的迫切需求。

日前，清华大学药学院张永辉教授和湖北大学 学院郭瑞庭教授团队联合开发了一款靶向KRAS-G12D的长效抑制剂TH-Z835，并通过晶体学研究揭示了其独特的双态靶向结构基础。其研究成果近日在线发表于学术期刊《细胞发现》上。

KRAS基因通常“无药可靶”

论文通讯作者张永辉说：“我们在药物研发时，会仔细观察靶标蛋白的结构，寻找能结合两个关键位点的化合物。具有‘深口袋’结构的靶标蛋白是比较理想的，这样药物就可以进入其中，并与多个位点结合，从而发挥药效。但KRAS基因结构处的蛋白体积小、表面光滑，像一个闪亮光滑的小球，缺乏传统小分子药物可以结合的‘深口袋’结构，一度被药学界公认为是‘不可成药’的靶标。此外，它在激活状态下与三磷酸腺苷GTP结合紧密，这增加了抑制激活的KRAS的难度。”

安进公司近期开发了针对KRAS-G12C的抑制剂，可以共价结合突变体第12位半胱氨酸C12，目前已经获得美国食品和药物管理局批准。

然而，胰腺癌常见的致癌性KRAS-G12D突变体的抑制剂研发却一直进展不佳。最近的研究探索了多种靶向KRAS-G12D的方法，包括靶向开关I/II 口袋的吲哚基小分子、靶向P110位点的化合物KAL-21404358、靶向A59位点的泛RAS抑制剂化合物3144和靶向KRAS-G12D活性状态的环肽KD2。

然而，这些分子都不能有效靶向KRAS-G12D。因此，如何打破KRAS-G12D“不可成药”的魔咒，是科学家一直探索的问题。

造一座设计精巧的盐桥

“我们仔细研究了KRAS-G12D的晶体结构，发现突变体第12位天冬氨酸的羧酸基团在生理条件下脱去质子后带有负电荷，因此我们通过在抑制剂中引入碱性的、带正电荷的基团与突变体的羧酸形成正、负电荷相互吸引的盐桥。这种正、负电荷之间的强盐桥相互作用类似于建筑结构中的榫卯结构，使蛋白与小分子药物这两个构件像榫和卯一样连接并固定。”张永辉介绍。

KRAS基因结构的蛋白中有一个核苷酸结合位点，可以在非常低的浓度下结合二磷酸鸟苷（GDP）或三磷酸鸟苷（GTP）。其中，与GDP结合时是失效的“不活跃”状态，而与GTP结合后就呈现出有效的“活跃”状态。在这两种状态转换时，KRAS的三维结构会发生很大的变化。

“在这项研究中，研究人员发现G12D抑制剂的结合模式与G12C抑制剂是截然不同的，有着独特的结构作用机制。”论文共同通讯作者郭瑞庭教授介绍，“我们在TH-Z835的晶体结构中观察到，小分子的烷基氨碱性侧链与突变体第12位天冬氨酸之间形成了正、负电荷相互吸引的盐桥。与此同时，抑制剂分子通过‘挤压’KRAS内部结构形成了一个新的结合‘口袋’，小分子结合在这个‘口袋’之中，并与周围多个重要氨基酸形成了关键氢键作用。”

“因此抑制剂可以有针对性地与KRAS-G12D突变体结合，使KRAS突变蛋白失活，不再向癌细胞发出生长或分裂指令，从而达到靶向抑制癌症的目的。”张永辉说。