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作為最早被發現的致癌基因之一，KRAS 突變在人類癌症中非常普遍，占30%左右。而 KRAS（G12C） 突變是肺癌中最常見的致癌突變之一【1,2】。由於在結構上缺乏讓小分子或藥物結合的靶點,幾十年來科研人員一直在尋找專一靶向對這個小GTP酶的藥物卻沒有任何突破。所以KRAS被廣泛認為是一個不能成藥的蛋白。直到近幾年，能夠特異靶向KRAS（G12C）突變的小分子藥物終於被研發出來，這些G12C抑制劑能夠特異結合非活性KRAS(G12C) [即GDP結合的KRAS]，通過影響KRAS-GDP和KRAS-GTP的循環，而顯著降低GTP結合的KRAS水平（活性KRAS），從而抑制KRAS與下游信號分子的相互作用【3-6】。目前已有兩種G12C抑制劑被批准進入臨床試驗【5,6】。而現有的臨床一期試驗數據表明近半數的肺癌病人對這類抑制劑僅有部分的反應（partial response)。這意味著此種抑制劑並不能有效的治療這些患者。雖然他們都存在KRAS（G12C）突變，但他們對這種抑制劑都有不同程度的「耐藥性」。為什麼會存在這種現象，以及如何提高此類病人對G12C抑制劑的敏感度成為影響G12C抑制劑在臨床上成功治療相關癌症的關鍵。
2020年1月8日，紀念斯隆.凱特癌症中心的Piro Lito教授課題組（第一作者為Jenny Y.Xue和Yulei zhao博士）在Nature雜誌上發表了文章「Rapid non-uniform adaptation to conformation-specific KRAS(G12C) inhibition"。在此文中，其團隊檢測和解讀了癌細胞在接受G12C抑制劑作用時的表現以及產生耐藥性的機制並提出了有效的解決方法。
在這篇文章中，作者首先發現多種具有KRAS(G12C）突變的癌細胞系在G12C抑制劑的作用下， 其內部KRAS（G12C) 的活性（GTP結合狀態）最初是被抑制的，然而之後其活性很快（72小時左右）又會重新增高，同時其下游的信號通路也隨之激活，這種變化過程與繼發耐藥性相一致。
為了研究癌細胞是如何對G12C 抑制劑進行反應並產生這種耐藥性的，研究人員利用單細胞RNA測序技術，從單細胞水平上研究了三種肺癌細胞系分別在G12C抑制劑處理的0，4，24和72小時的組成及狀態。他們發現在抑制劑作用的短時間內，一些癌細胞處於靜止狀態（quiescent state), 此類細胞中KRAS活性很低。然而同時存在其他一些細胞能夠重新進入細胞周期，進而繼續進行增殖。通過進一步研究發現，一些處於靜止狀態的癌細胞在對於KRAS下游增殖信號通路受抑制的情況下能夠產生新的KRAS（G12C）蛋白。
此後研究人員利用CRISPR全基因組篩選技術來尋找能增強這些癌細胞系對G12C抑制劑有協同作用的基因。通過對篩選以及單細胞RNA測序得到的數據進行綜合分析，作者發現EGFR和AURK信號通路在增強癌細胞對G12C抑制劑敏感度上有重要作用。在給予荷瘤小鼠G12C抑制劑的同時，加入EGFR抑制劑或AURKA抑制劑能夠有效增強腫瘤對於G12C抑制劑的敏感度。更多研究發現，這些新生成的KRAS（G12C）蛋白能夠在上皮生長因子受體激酶（EGFR） 和 蛋白激酶AURKA的作用下持續保持活性（GTP結合狀態）：EGFR能夠促使KRAS從GDP狀態轉化為GTP結合狀態（活化狀態）；而AURKA 能夠通過結合KRAS來保持其活化狀態。由於G12C抑制劑只結合非活性狀態下的KRAS（G12C）（GDP結合狀態），從而失去對這些KRAS的抑制作用，因此這些細胞能夠對G12C抑制劑耐受（圖一）。而如果這些細胞中的EGFR和AURKA 活性很低或者受到抑制，那麼新生成的KRAS蛋白不能夠很快的從非活性狀態轉為活性狀態，進而增強了G12C抑制劑結合併抑制它的幾率。
綜上，此篇工作發現KRASG12C突變的癌細胞通過產生新的KRASG12C蛋白，後者在EGFR和AURK信號通路的作用下能夠快速轉變並保持在活性狀態，進而使細胞對此類抑制劑產生耐受。此項研究為臨床應用G12C抑制劑進行相關癌症治療時所產生的部分耐受問題提供了理論基礎，並為如何克服此類耐受提供了可行的依據。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1884-x
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