KRAS基因結(jié)構(gòu)處的蛋白體積小、表面光滑，像一個閃亮光滑的小球，缺乏傳統(tǒng)小分子藥物可以結(jié)合的“深口袋”結(jié)構(gòu)，一度被藥學(xué)界公認(rèn)為是“不可成藥”的靶標(biāo)。

胰腺癌是一種惡性程度極高的消化系統(tǒng)腫瘤，也是實(shí)體瘤中致死率最高的癌癥類型之一。胰腺癌由于難診斷難治療，也被稱為“癌癥之王”。

胰腺癌的一個重要特點(diǎn)是約95%的腫瘤中攜帶著KRAS基因突變，它是最為依賴KRAS基因突變的腫瘤類型之一。其中，KRAS基因突變上的G12D點(diǎn)位激活突變最為普遍。開發(fā)有效的KRAS-G12D抑制劑，是胰腺癌臨床藥物治療的迫切需求。

日前，清華大學(xué)藥學(xué)院張永輝教授和湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院郭瑞庭教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開發(fā)了一款靶向KRAS-G12D的長效抑制劑TH-Z835，并通過晶體學(xué)研究揭示了其獨(dú)特的雙態(tài)靶向結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。其研究成果近日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞發(fā)現(xiàn)》上。

KRAS基因通?！盁o藥可靶”

論文通訊作者張永輝說：“我們在藥物研發(fā)時，會仔細(xì)觀察靶標(biāo)蛋白的結(jié)構(gòu)，尋找能結(jié)合兩個關(guān)鍵位點(diǎn)的化合物。具有‘深口袋’結(jié)構(gòu)的靶標(biāo)蛋白是比較理想的，這樣藥物就可以進(jìn)入其中，并與多個位點(diǎn)結(jié)合，從而發(fā)揮藥效。但KRAS基因結(jié)構(gòu)處的蛋白體積小、表面光滑，像一個閃亮光滑的小球，缺乏傳統(tǒng)小分子藥物可以結(jié)合的‘深口袋’結(jié)構(gòu)，一度被藥學(xué)界公認(rèn)為是‘不可成藥’的靶標(biāo)。此外，它在激活狀態(tài)下與三磷酸腺苷GTP結(jié)合緊密，這增加了抑制激活的KRAS的難度。”

安進(jìn)公司近期開發(fā)了針對KRAS-G12C的抑制劑，可以共價結(jié)合突變體第12位半胱氨酸C12，目前已經(jīng)獲得美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)。

然而，胰腺癌常見的致癌性KRAS-G12D突變體的抑制劑研發(fā)卻一直進(jìn)展不佳。最近的研究探索了多種靶向KRAS-G12D的方法，包括靶向開關(guān)I/II 口袋的吲哚基小分子、靶向P110位點(diǎn)的化合物KAL-21404358、靶向A59位點(diǎn)的泛RAS抑制劑化合物3144和靶向KRAS-G12D活性狀態(tài)的環(huán)肽KD2。

然而，這些分子都不能有效靶向KRAS-G12D。因此，如何打破KRAS-G12D“不可成藥”的魔咒，是科學(xué)家一直探索的問題。

造一座設(shè)計(jì)精巧的鹽橋

“我們仔細(xì)研究了KRAS-G12D的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)突變體第12位天冬氨酸的羧酸基團(tuán)在生理?xiàng)l件下脫去質(zhì)子后帶有負(fù)電荷，因此我們通過在抑制劑中引入堿性的、帶正電荷的基團(tuán)與突變體的羧酸形成正、負(fù)電荷相互吸引的鹽橋。這種正、負(fù)電荷之間的強(qiáng)鹽橋相互作用類似于建筑結(jié)構(gòu)中的榫卯結(jié)構(gòu)，使蛋白與小分子藥物這兩個構(gòu)件像榫和卯一樣連接并固定。”張永輝介紹。

KRAS基因結(jié)構(gòu)的蛋白中有一個核苷酸結(jié)合位點(diǎn)，可以在非常低的濃度下結(jié)合二磷酸鳥苷（GDP）或三磷酸鳥苷（GTP）。其中，與GDP結(jié)合時是失效的“不活躍”狀態(tài)，而與GTP結(jié)合后就呈現(xiàn)出有效的“活躍”狀態(tài)。在這兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，KRAS的三維結(jié)構(gòu)會發(fā)生很大的變化。

“在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)G12D抑制劑的結(jié)合模式與G12C抑制劑是截然不同的，有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)作用機(jī)制?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡吖鹜ソ淌诮榻B，“我們在TH-Z835的晶體結(jié)構(gòu)中觀察到，小分子的烷基氨堿性側(cè)鏈與突變體第12位天冬氨酸之間形成了正、負(fù)電荷相互吸引的鹽橋。與此同時，抑制劑分子通過‘?dāng)D壓’KRAS內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成了一個新的結(jié)合‘口袋’，小分子結(jié)合在這個‘口袋’之中，并與周圍多個重要氨基酸形成了關(guān)鍵氫鍵作用?！?/span>

“因此抑制劑可以有針對性地與KRAS-G12D突變體結(jié)合，使KRAS突變蛋白失活，不再向癌細(xì)胞發(fā)出生長或分裂指令，從而達(dá)到靶向抑制癌癥的目的。”張永輝說。

來源：科技日報