高效选择性KRASG12D PROTAC降解剂的开发及其抗肿瘤机制研究

为解决KRASG12D突变肿瘤靶向治疗难题，研究人员通过理性设计结合多细胞抗增殖评价，开发出新型KRASG12D抑制剂Y-I-1及其衍生的PROTAC降解剂Y-D-2。该降解剂通过泛素-蛋白酶体途径实现纳摩尔级DC50和>95% Dmax的KRASG12D降解，显著抑制肿瘤生长并克服耐药性，为KRAS突变癌症治疗提供新策略。

　　

KRAS基因突变被称为癌症领域的"不可成药靶点"，其中KRAS^G12D亚型在胰腺癌和结直肠癌中占比高达50%以上。尽管近年来MRTX1133等抑制剂取得突破，但耐药性和靶点占有率不足等问题仍制约临床疗效。更棘手的是，KRAS蛋白表面缺乏传统小分子结合口袋，且G12D突变不产生可靶向的半胱氨酸残基，使得药物开发举步维艰。

在这项发表于《European Journal of Medicinal Chemistry Reports》的研究中，中国科研团队创新性地将PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）技术应用于KRAS^G12D靶向治疗。研究人员首先通过分子对接和动力学模拟优化出先导化合物Y-I-1，其独特的3,8-二氮杂双环[3.2.1]辛烷结构能与Asp92形成盐桥，实现纳摩尔级抗增殖活性（ASPC-1细胞IC₅₀=57.6 nM）。随后通过连接VHL（Von Hippel-Lindau）E3连接酶配体，构建出降解剂Y-D-2，在GP2D异种移植模型中实现93.9%的肿瘤抑制率。

关键技术包括：1）基于晶体结构的分子动力学（MD）模拟和结合自由能计算；2）多细胞系（ASPC-1、GP2D等）抗增殖评价；3）AlphaScreen技术检测VHL-KRAS^G12D相互作用；4）定量蛋白质组学分析降解特异性；5）NOD/SCID小鼠异种移植模型验证体内疗效。

2.1. KRAS^G12D抑制剂设计与合成

通过替代MRTX1133的(2R,7aS)-7a-羟甲基结构为哌嗪环，设计出Y-I-1至Y-I-6系列化合物。MD模拟显示Y-I-1与KRAS^G12D形成5个稳定氢键，结合自由能达-111.05 kJ/mol，显著优于其他衍生物。

2.2. 抑制剂抗增殖效能

Y-I-1在KRAS^G12D突变细胞中展现特异性，对ASPC-1和GP2D的IC₅₀分别为57.6 nM和45.4 nM，而对正常细胞LO2的毒性>33 μM。其抑制pERK的IC₅₀低至21.9 nM，证实可有效阻断MAPK通路。

2.3. PROTAC分子构建

选择Y-I-1的哌嗪环作为连接位点，通过不同长度 linker 连接VH032配体，合成Y-D-1至Y-D-4。AS检测显示Y-D-2诱导最强的VHL-KRAS^G12D相互作用（信号强度达对照的8.3倍）。

2.4. 降解剂功能验证

Y-D-2在GP2D细胞中实现DC₅₀=12.9 nM，D_max=96.4%。蛋白酶体抑制剂MG132可完全阻断降解效应，证实其依赖泛素-蛋白酶体途径。定量蛋白质组学显示，在8,484个检测蛋白中仅KRAS显著下调（log2FC<-1）。

2.5. 体内外抗肿瘤机制

Y-D-2通过诱导G1期阻滞（GP2D细胞G1比例提升至68.3%）和凋亡（29.1% Annexin V+细胞）发挥疗效。在15 mg/kg剂量下，小鼠血浆AUC达23,689 h·ng/mL，且未出现明显毒性。

该研究不仅首次报道了KRAS^G12D PROTAC降解剂的优化策略，更揭示了降解剂相较于抑制剂的三重优势：1）克服KRAS扩增导致的耐药；2）实现>90%的靶蛋白清除；3）维持长效通路抑制。作者团队特别指出，Y-D-2中12原子长度的PEG linker对维持三元复合物稳定性具有关键作用，这为后续PROTAC设计提供了重要范式。这些发现为KRAS突变肿瘤的临床治疗开辟了新途径，也为其他"不可成药"靶点的开发提供了技术借鉴。