KRAS靶向联合治疗新策略：多细胞肿瘤球体模型揭示Sotorasib与上游信号通路抑制剂的协同抗肿瘤活性

本文系统评估了KRAS G12C抑制剂sotorasib与SHP2抑制剂batoprotafib、SOS1抑制剂BI-3406等靶向药物在19种多细胞肿瘤球体模型中的联合疗效。研究通过Bliss独立性模型证实，垂直抑制RAS/MEK/ERK通路（如batoprotafib联合trametinib）及双通路阻断（如sotorasib联合mTORC1/2抑制剂sapanisertib）可产生显著协同效应，为KRAS突变实体瘤（尤其是非小细胞肺癌、胰腺癌等）的联合治疗策略提供了临床前依据。

　　

Abstract

KRAS基因作为癌症中最常突变的致癌基因之一，其编码的KRAS蛋白曾长期被视为"不可成药"靶点。近年来，针对致癌KRAS的策略包括直接抑制KRAS蛋白及其通过靶向上下游信号通路介导因子的间接抑制。本研究通过多细胞类型肿瘤球体的高通量筛选，系统评估了靶向小分子药物与KRAS通路抑制剂的联合活性。研究重点探讨了SHP2抑制剂batoprotafib (TNO155)、SOS1抑制剂BI-3406与直接靶向KRAS G12C变体的sotorasib的联合疗效，同时纳入MEK抑制剂trametinib、ERK抑制剂temuterkib等16种FDA批准或研究性抗癌药物进行组合筛选。

Introduction

RAS蛋白家族作为小GTP水解酶，其中KRAS在胰腺导管腺癌(PDAC)、非小细胞肺癌(NSCLC)和结直肠癌等高死亡率癌症中频繁突变。KRAS通过其GTP结合活性形式与GDP结合非活性形式的转换调控信号转导，而G12、G13和Q61位点的功能获得性突变通过增强核苷酸交换率和/或削弱GAP相互作用促进致癌。KRAS介导来自EGFR等生长因子受体的上游信号至下游MAPK、PI3K/AKT/mTOR和RalGEF/Ral通路。

针对KRAS G12C变体开关区域附近新口袋的发现，促使sotorasib(AMG 510)成为首个进入临床试验的KRAS G12C抑制剂，并于2021年获FDA加速批准用于治疗携带KRAS G12C的局部晚期或转移性NSCLC。作为直接抑制KRAS的替代策略，靶向SOS1和SHP2等上游因子的抑制剂也进入临床研发阶段。SOS1作为RAS激活所需的鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)，其Cdc25结构域结合GDP结合的RAS催化GDP与GTP交换；而SHP2作为非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶，通过去磷酸化p120-RasGAP和SPRY等RAS负调控因子增强GTP结合的RAS水平。

Materials and Methods

研究采用包含恶性细胞、人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和人间充质干细胞(hMSC)的多细胞类型肿瘤球体模型，模拟人体实体瘤的微环境。19种恶性细胞系包括来自NCI患者衍生模型库(PDMR)的患者衍生细胞(PDC)和已建立的NSCLC细胞系HOP-62，涵盖结直肠癌、NSCLC和胰腺癌等KRAS突变高发癌种。

化合物测试浓度参考临床C_max或最高10 μmol/L，通过CellTiter-Glo 3D检测细胞活力。联合效应采用Bliss独立性模型评估，通过计算活力曲面下体积(VUS)量化整体药物组合反应。

Results

单药活性显示sotorasib和batoprotafab对KRAS G12C球体具有选择性，而BI-3406在不同KRAS变体中表现出广谱活性。在KRAS G12C模型中，trametinib与temuterkib的敏感性呈显著正相关(Pearson r=0.96, P=0.009)。

垂直抑制RAS/MEK/ERK通路时，batoprotafab与trametinib或temuterkib联用表现出最强协同效应，在多种KRAS变体球体中均观察到加和/协同作用。类似地，BI-3406与trametinib或temuterkib的组合也显示显著相关性(Pearson r=0.5, P=0.033)。值得注意的是，batoprotafab或BI-3406与trametinib联用的平均Bliss分数高度相关(Pearson r=0.74, P=0.0004)，提示二者在RAS信号通路中的干扰位点相似。

受体酪氨酸激酶(RTK)抑制剂nintedanib与batoprotafab或BI-3406联用，在多种KRAS变体模型的高浓度区间均产生加和/协同效应，但对携带BRAF V600E变体的NSCLC模型(349418-098-R)活性有限。

双通路抑制策略中，batoprotafab与mTORC1/2抑制剂sapanisertib或AKT抑制剂ipatasertib的组合在KRAS G12C球体中显示协同活性，尤其在HOP-62 NSCLC模型中协同作用最为显著。值得注意的是，batoprotafab与ipatasertib在KRAS G12D结肠腺癌模型(186277-243-T-J2)中实现两 log 的细胞毒性。

凋亡通路调控方面，BCL-2抑制剂venetoclax与sotorasib、batoprotafab或BI-3406联用主要产生加和效应，而在batoprotafab或BI-3406与venetoclax的高浓度组合中观察到显著协同作用。

直接与间接KRAS抑制剂的联合策略中，sotorasib与batoprotafab的并发抑制在KRAS G12C球体中展现加和/协同活性，其中HOP-62模型达到一 log 细胞毒性，而患者来源的NSCLC模型LG0567-F671实现近99%细胞毒性（两 log 减少）。

主成分分析显示，基于体外反应特征可将19种肿瘤球体模型分为四个 distinct 簇，但KRAS状态与各组合敏感性未见明确关联。

Discussion

KRAS变异见于约12%的癌症，其中PDAC发生率超80%，结直肠癌近40%，NSCLC约20%。尽管sotorasib在靶向人群中产生显著反应，但持久完全缓解仍未实现。本研究通过多细胞球体模型证实，针对KRAS信号网络的联合策略——特别是垂直通路抑制(如SHP2/SOS1与MEK/ERK抑制剂联用)和双通路阻断(如RAS与PI3K/AKT/mTOR抑制剂联用)——可产生协同抗肿瘤活性。

临床转化方面，SHP2抑制剂与免疫检查点抑制剂的联合、KRAS G12C抑制剂与EGFR抗体的组合已显示前景。本研究发现SHP2/SOS1抑制剂与BCL-2抑制剂的协同作用，为实体瘤应用提供新思路，但血液学毒性仍是潜在限制因素。

机制上，SHP2或SOS1抑制可通过降低GDP-GTP交换率，增加KRAS G12C-GDP状态占比，从而增强sotorasib等KRAS G12C抑制剂的疗效。临床研究初步证实，glecirasib与SHP2抑制剂JAB-3312联用在KRAS G12C抑制剂初治NSCLC患者中达到50%客观缓解率。

结论

多细胞肿瘤球体模型的研究结果验证并拓展了我们对KRAS G12C、SHP2和SOS1抑制剂联合策略的理解。多数联合策略已进入临床评估阶段，持续研究将有助于验证这些组合方案的疗效及其癌症治疗潜力。