RAS靶向治疗新方向:从活性构象抑制到蛋白降解
RAS靶向治疗新方向:从活性构象抑制到蛋白降解
RAS突变驱动胰腺癌、结直肠癌和肺癌等多种肿瘤,但因结构口袋浅、GTP结合紧密,长期难以成药。RAS(ON)抑制剂、分子胶和PROTAC的出现,使RAS干预从阻断信号走向清除致癌蛋白。
关键词:RAS;KRAS;NRAS;HRAS;RAS(ON);小GTP酶;E3连接酶;分子胶;PROTAC;蛋白降解
1 RAS为什么是重要肿瘤靶点
1.1 RAS不是通路名称,而是蛋白靶点
RAS靶点通常指KRAS、NRAS和HRAS编码的Ras蛋白。Ras蛋白属于小GTP酶,通过GDP结合态和GTP结合态之间的转换控制信号输出。正常细胞中,RAS活化具有刺激依赖性和短暂性;肿瘤细胞中,致癌突变可使RAS长期维持GTP结合活性态,持续驱动细胞增殖、存活、代谢适应和迁移侵袭。因此,RAS既是分子开关,也是可被抑制剂、分子胶或PROTAC识别和干预的蛋白靶点。
1.2 KRAS、NRAS和HRAS的差异
KRAS、NRAS和HRAS同属RAS原癌基因家族,但不能在实验设计和药物筛选中简单互相替代。KRAS编码K-Ras蛋白,是当前RAS靶向药物开发中最核心的成员;NRAS编码N-Ras蛋白,常与黑色素瘤和血液系统肿瘤相关;HRAS,即Harvey Rat Sarcoma Viral Oncogene Homolog,编码H-Ras蛋白,是RAS家族的经典成员之一,更常用于脂质化、膜定位和HRAS选择性干预研究。
成员 | 主要肿瘤背景 | 靶向研究重点 |
KRAS | 胰腺癌、结直肠癌、肺腺癌 | G12C、G12D、G12V;RAS(ON)抑制剂、泛RAS抑制剂和降解剂开发 |
NRAS | 黑色素瘤、血液系统肿瘤 | Q61突变;MAPK依赖性、BRAF/MEK耐药和联合干预 |
HRAS | 头颈部鳞癌、膀胱癌 | CaaX基序、法尼酰化、膜定位和HRAS选择性干预 |
1.3 RAS结构决定其靶向难度
Ras蛋白具有GTP结合结构域、Switch I区、Switch II区和C端膜定位相关区域。GTP结合结构域决定其小GTP酶属性,但RAS与GTP/GDP结合紧密,直接竞争核苷酸结合位点难度很高。Switch I和Switch II区在GDP/GTP状态转换中发生构象变化,决定RAS与RAF、PI3K、RalGDS等效应蛋白的结合能力,也是RAS(ON)药物识别的重要区域。C端高变区和CaaX基序参与脂质化修饰与膜定位,使RAS信号依赖特定膜区室和空间构象。
2 RAS突变如何持续激活致癌信号
2.1 GDP/GTP分子开关
RAS的信号状态由GDP/GTP循环决定。GDP结合态通常为低活性状态,GTP结合态即RAS(ON)状态,可结合下游效应蛋白并启动信号转导。GEF如SOS1促进GDP释放和GTP结合,使RAS进入ON状态;GAP如NF1促进GTP水解,使RAS回到OFF状态。致癌突变削弱GTP水解或GAP介导失活后,RAS便会长时间维持活性构象。
2.2 G12、G13和Q61突变
RAS致癌突变多集中在G12、G13和Q61位点。G12和G13位于GTP结合口袋附近,可影响GAP介导的GTP水解;Q61直接参与GTP水解反应的催化过程。KRAS G12C、G12D、G12V、G13D和NRAS Q61等突变在结构构象、下游依赖、药物结合口袋和耐药路径上均存在差异,不能只用“RAS突变”笼统概括。
2.3 下游信号输出
活性RAS主要通过RAF-MEK-ERK、PI3K-AKT和RalGDS-Ral等分支调节肿瘤细胞行为。RAF-MEK-ERK通路与增殖和转录输出密切相关,常用p-MEK、p-ERK、DUSP6等指标判断;PI3K-AKT通路参与存活、代谢和抗凋亡,常用p-AKT、p-mTOR和细胞活性指标评价;Ral和Rho/Rac相关分支参与囊泡运输、细胞骨架、迁移和侵袭。单一p-ERK读数不能覆盖全部RAS生物学效应,也不能直接证明RAS是否被降解。

图1 RTK介导的RAS GDP/GTP循环及主要下游信号通路
3 RAS为什么从“难成药”变成可靶向
3.1 传统成药障碍
RAS曾长期被认为难以成药,核心原因包括核苷酸结合位点难以竞争、蛋白表面缺乏深口袋、Switch区构象动态性强,以及RAS功能依赖膜定位和效应蛋白互作。体外能够结合RAS的候选物,未必能在细胞内接近正确构象或有效阻断信号。因此,RAS药物开发的关键逐渐从“竞争GTP结合”转向“识别突变口袋、活性构象和蛋白互作界面”。
3.2 突变特异性抑制剂
突变特异性抑制剂利用特定突变形成的结构差异实现选择性结合。KRAS G12C抑制剂是这一方向的代表,通过突变半胱氨酸形成共价结合,从而限制KRAS信号输出。该策略选择性强、机制清晰,但覆盖范围有限,难以直接扩展到G12D、G12V、Q61等所有RAS突变背景。评价这类药物时,应重点确认突变型/野生型选择性、RAS-效应蛋白互作下降和MAPK通路抑制,而不应只看细胞增殖是否下降。
3.3 RAS(ON)活性构象抑制剂
RAS(ON)抑制剂将识别对象从单一突变口袋拓展到GTP结合活性构象。daraxonrasib等RAS(ON)多选择性策略的核心,是识别活性RAS并阻断RAS与下游效应蛋白之间的信号连接。这类策略的意义在于证明活性RAS构象本身可以成为药物开发入口。若候选物只表现为p-ERK下降,但没有证明GTP态RAS选择性或RAS-效应蛋白互作下降,就不能充分支持RAS(ON)靶向机制。
4 E3连接酶如何把RAS干预推进到蛋白降解
4.1 E3连接酶在RAS降解中的角色
E3连接酶不是RAS家族成员,也不是RAS下游通路,而是泛素-蛋白酶体系统中的底物选择节点。RAS降解研究中,RAS是待清除的靶蛋白,E3连接酶负责将靶蛋白引入泛素化流程。小分子结合RAS并不会自动导致降解,只有当RAS与E3连接酶形成有利于泛素转移的空间关系,才可能出现蛋白酶体依赖性降解。
4.2 PROTAC与分子胶降解机制
PROTAC通过双功能分子将RAS结合端和E3连接酶配体连接起来,使RAS与CRBN、VHL等E3系统形成三元复合物。分子胶降解剂则通过诱导或稳定蛋白互作,使E3连接酶识别新的底物。二者都依赖E3连接酶,但作用方式不同;更重要的是,分子胶式抑制剂与分子胶降解剂不能混为一谈,前者可阻断信号但未必诱导蛋白降解。
(1)RAS结合端
决定候选物识别KRAS、NRAS、HRAS,还是特定突变型或RAS(ON)构象。
(2)连接臂或诱导界面
决定RAS与E3连接酶之间的空间距离、取向和柔性,直接影响是否适合泛素转移。
(3)E3连接酶系统
决定候选物募集CRBN、VHL或其他E3系统,并影响降解效率、细胞背景依赖性和脱靶风险。
策略 | 作用对象 | 关键验证 |
突变特异性抑制剂 | 特定突变口袋 | 突变型/野生型选择性 |
RAS(ON)抑制剂 | GTP结合活性构象 | GTP态选择性、RAS-效应蛋白互作下降 |
分子胶式抑制剂 | 活性RAS相关复合物 | 区分信号抑制与蛋白降解 |
分子胶降解剂 | E3-靶蛋白新互作 | E3依赖性、泛素化、蛋白酶体依赖性 |
PROTAC | RAS与E3连接酶 | 三元复合物、总RAS下降、DC50/Dmax |
4.3 CRBN和VHL的选择
CRBN和VHL是靶向蛋白降解研究中常用的E3连接酶系统。二者在配体结构、复合物构象、底物谱和细胞表达背景方面不同,因此更换E3系统后,降解效率变化不一定来自RAS结合端本身,也可能来自三元复合物取向、泛素化位点可及性或E3表达差异。RAS降解剂开发不能只优化靶点亲和力,还要验证E3依赖性和蛋白酶体依赖性。
5 RAS抑制与RAS降解如何区分
5.1 功能抑制不等于蛋白降解
RAS功能抑制的核心是降低RAS信号输出,总RAS蛋白可以保持不变。突变特异性抑制剂和RAS(ON)抑制剂可降低RAS-RAF互作、p-MEK、p-ERK和细胞增殖,但这并不说明RAS被清除。RAS靶向降解则必须看到总KRAS、NRAS或HRAS水平下降,并进一步证明泛素化增强、E3依赖性和蛋白酶体依赖性。
观察结果 | 更可能说明 | 不能直接说明 |
p-ERK下降,总RAS不变 | RAS信号或MAPK通路被抑制 | RAS蛋白被降解 |
总RAS下降,未验证泛素化 | RAS蛋白水平降低 | 一定是靶向降解 |
总RAS下降且蛋白酶体抑制剂可恢复 | 蛋白酶体参与该过程 | 一定依赖特定E3 |
E3敲低后降解减弱 | 降解依赖相关E3系统 | 已完全排除其他蛋白稳态影响 |
RAS泛素化增强并伴随总蛋白下降 | 支持靶向降解机制 | 可忽略脱靶或细胞毒性 |
5.2 实验评价重点
RAS抑制剂评价应覆盖靶点结合、GTP态/GDP态构象选择、RAS-效应蛋白互作和下游通路输出。RAS降解剂评价则必须增加E3募集、RAS泛素化、总RAS下降、蛋白酶体依赖性和E3依赖性验证。只观察细胞增殖下降或p-ERK下降,不能证明靶向降解成立。
6 RAS靶向耐药与联合干预
6.1 抑制剂耐药
RAS抑制剂耐药常来自靶点改变和通路补偿。靶点层面包括二级突变、药物结合口袋改变和RAS构象变化;通路层面包括RTK反馈激活、SHP2/SOS1依赖增强、MAPK通路恢复和PI3K-AKT补偿。若原靶点被抑制但p-ERK或p-AKT恢复,应优先排查旁路RTK、SHP2/SOS1和下游通路突变。
6.2 降解剂耐药
RAS降解剂还可能受到蛋白稳态系统限制。CRBN或VHL表达下降、E3复合物功能异常、蛋白酶体活性改变、RAS结合表位变化或细胞内定位改变,都可能削弱降解效率。此类耐药不一定表现为候选物无法结合RAS,也可能表现为E3募集失败、泛素化不足或蛋白酶体处理能力下降。
6.3 联合干预方向
联合干预应根据耐药来源选择节点。上游反馈明显时,可围绕RTK、SHP2或SOS1进行干预;下游MAPK或PI3K-AKT恢复时,应评估MEK、ERK、PI3K或AKT相关节点;降解效率不足时,则需要重新评估E3连接酶表达、连接臂结构、三元复合物稳定性和蛋白酶体依赖性。联合策略不能只看细胞活性下降,还应判断是否真正压制耐药环节。
7 RAS靶向研究相关产品
产品模块 | 货号 | 名称 | 级别和纯度 | 应用定位 |
靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS Protein | 无载体, 生物活性, ActiBioPure™, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | 野生型KRAS结合筛选和突变蛋白对照 | |
突变型靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS (G12C) Protein | 无载体, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | G12C抑制剂或降解剂的靶点结合评价 | |
突变型靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS (G12D) Protein | 无载体, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | G12D抑制剂或降解剂的靶点结合评价 | |
突变型靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS (G12V) Protein | 无载体, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | G12V突变选择性筛选 | |
突变型靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS (G13D) Protein | 无载体, His标签, ≥95%(SDS-PAGE), 见COA | G13D突变构象和药物响应评价 | |
突变型靶点蛋白 | Recombinant Human KRAS (Q61H) Protein | 无载体, 生物活性, ActiBioPure™, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | Q61位点GTP水解缺陷机制研究 | |
家族成员蛋白 | Recombinant Human GTPase HRAS Protein | 无载体, 无叠氮钠, His标签, ≥95%(SDS-PAGE) | HRAS选择性结合、GTPase相关生化研究、抗体验证和体外蛋白互作 | |
基因干预工具 | KRAS Human Pre-designed siRNA Set A |
| 敲低后验证KRAS依赖性 | |
基因干预工具 | NRAS Human Pre-designed siRNA Set A |
| 敲低后验证NRAS相关MAPK依赖性 | |
基因干预工具 | HRAS Human Pre-designed siRNA Set A |
| 敲低后验证HRAS成员特异性 | |
蛋白检测工具 | KRAS Mouse mAb | ExactAb™, 已验证, 见COA | 检测KRAS表达水平和降解效率 | |
蛋白检测工具 | Recombinant NRAS Antibody | 重组, ExactAb™, 已验证, 0.5 mg/mL | 检测NRAS表达水平和敲低效果 | |
蛋白检测工具 | Recombinant HRAS Antibody | 敲低验证 | 检测HRAS表达水平和敲低效果 | |
RAS-SOS1调控 | BAY293,KRas / SOS1相互作用抑制剂 | Moligand™, ≥98%(HPLC) | 阻断KRAS-SOS1互作并验证上游激活依赖性 | |
RAS-SOS1调控 | SAH-SOS1A TFA | ≥99% | 验证SOS1介导的RAS-GTP形成 | |
RAS抑制工具 | RAS GTPase inhibitor 1 |
| RAS核苷酸交换和信号抑制筛选 | |
泛KRAS抑制工具 | Pan KRas-IN-1 | ≥98% | 多突变背景KRAS抑制筛选 | |
突变抑制剂 | KRAS G12C inhibitor 14 | ≥98% | G12C抑制剂活性筛选和药效对照 | |
突变抑制剂 | KRAS G12C inhibitor 15 | ≥99% | G12C抑制剂活性筛选和药效对照 | |
突变抑制剂 | KRAS G12D inhibitor 1 | ≥98% | G12D抑制剂活性筛选和药效对照 | |
突变抑制剂 | KRAS G12D inhibitor 14 | ≥99% | G12D抑制剂活性筛选和药效对照 | |
突变抑制剂 | KRASG12D-IN-1 | ≥98% | G12D靶向抑制和突变选择性评价 | |
突变抑制剂 | KRas G12R inhibitor 1 | ≥98% | G12R突变背景药效评价 | |
靶向降解工具 | KRAS degrader-1 |
| 验证KRAS总蛋白下降和降解机制 | |
靶向降解工具 | KRAS G12C degrader-1 |
| G12C突变背景靶向降解初筛 | |
PROTAC降解工具 | PROTAC KRAS G12C degrader-1 | ≥99% | 评价G12C PROTAC降解效率 | |
PROTAC降解工具 | PROTAC KRAS G12C degrader-2 | ≥98% | 比较G12C PROTAC降解效果 | |
PROTAC降解工具 | PROTAC KRAS G12D degrader 1 | ≥98% | 评价G12D PROTAC降解效率 | |
E3招募工具 | Recombinant Human CRBN Protein | ≥90%(SDS-PAGE) | 用于CRBN配体结合、PROTAC–CRBN相互作用和三元复合物形成分析 | |
E3招募工具 | CRBN ligand-1 |
| 构建CRBN招募端和PROTAC分子设计 | |
E3招募工具 | VH 032, phenol,羟基官能化的VHL配体 | ≥98%(HPLC) | 构建VHL招募端和PROTAC分子设计 | |
E3招募工具 | VH 298,VHL的抑制剂 | ≥98%(HPLC) | VHL配体竞争和E3依赖性验证 | |
E3招募工具 | VHL Ligand 14 | ≥99% | VHL招募型PROTAC连接臂设计 | |
泛素化验证工具 | Recombinant Human Ubiquitin Protein | 无载体, His标签, ≥95%(SDS-PAGE), 见COA | 构建体外泛素化反应体系 | |
泛素化验证工具 | Recombinant Human HA-Ubiquitin Protein | 无载体, 无叠氮钠, His标签, HA标签, ≥98%(SDS-PAGE) | 检测HA标记泛素化水平 | |
泛素化验证工具 | Recombinant Ubiquitin Antibody | 重组, ExactAb™, 已验证, 见COA | 检测靶蛋白泛素化增强 | |
反馈耐药工具 | SHP2-IN-6 hydrochloride | ≥98% | 阻断SHP2介导的RTK-RAS反馈激活 | |
反馈耐药工具 | Recombinant SHP2 Antibody | 重组, ExactAb™, 已验证, 1.0 mg/mL | 检测SHP2表达和反馈通路状态 | |
反馈耐药工具 | SOS1-IN-11 | ≥98% | 阻断SOS1-RAS反馈激活 | |
反馈耐药工具 | PROTAC SOS1 degrader-1 TFA | ≥99% | SOS1降解联合RAS靶向耐药研究 |
RAS靶向研究的关键已经从“能否抑制下游信号”扩展到“能否识别活性构象并清除致癌蛋白”。RAS GTP酶决定靶点状态和构象识别,E3连接酶决定泛素化和蛋白酶体降解是否发生。围绕这两类核心工具建立实验体系,是理解RAS(ON)抑制剂、分子胶和PROTAC作用机制的基础。
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[1] PROTAC设计三要素:E3连接酶配体、Linker与靶蛋白配体(附阿拉丁试剂选型指南)
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