RAS是第一个在人类肿瘤中被鉴定出来的致癌基因, 也是存在最为广泛的致癌性突变基因之一, 发现至今已超过30年。RAS基因家族目前已知的成员包括KRAS、NRAS和HRAS, 其中KRAS突变最为常见, 大约占85%。三个RAS基因编码的蛋白产物包括NRAS、HRAS、KRAS4A、KRAS4B四个异构体。KRAS基因长约35 kb, 可编码含有189个氨基酸、分子质量为21 kD的蛋白。KRAS蛋白具有三磷酸鸟苷（guanosine triohosphte, GTP）酶活性, 可将GTP分子转换成二磷酸鸟苷（guanosine diphosphate, GDP）分子, 发挥分子开关作用。当KRAS蛋白与GTP结合即为激活状态, 当与GDP结合则为失活状态。KRAS的活化状态受到两类分子的调节：一类是鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor, GEF）, 这类蛋白促进KRAS与GTP结合而活化, 其中包括SOS（son of sevenless）蛋白; 另一类是GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein, GAP）, 这类蛋白能够促进与KRAS结合的GTP水解成GDP, 从而使KRAS失活^[3]。

KRAS单基因突变的特征：KRAS基因是肿瘤中最常见的突变基因之一。KRAS作为重要的肿瘤驱动基因在多种肿瘤中具有高比例的突变, 其在胰腺癌中突变比例最高, 约有90%的胰腺癌患者具有KRAS基因突变, 此外超过40%的原发性结直肠癌患者和30%的非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）（高加索肺腺癌数据）中可以检测到KRAS基因突变。在我国肺癌患者中KRAS基因突变率约为8%~10%。

KRAS主要突变位点在第2号外显子的第12和13密码子, 包括G12C、G12V、G12D、G12F、G12R、G12A、G12S、G13C、G13D等导致氨基酸替换的突变亚型^[4]。结构生物学研究显示, 突变型KRAS蛋白分子内源性或（和）GAP介导的GTP水解酶活性下降, 从而KRAS蛋白水解GTP能力显著减弱。GTP与KRAS的结合得以维持, 处于激活状态的KRAS蛋白增多, 进而导致下游级联信号组成性激活。KRAS通过下游的RAF-MEK-ERK、PI3K-AKT-mTOR、Ral-GEFs等信号通路, 参与细胞增殖、侵袭、转移、抗凋亡、血管新生等生物学过程的调节, 促进肿瘤的发生发展。

KRAS复合其他基因共存突变的特征：在KRAS突变肺癌中, KRAS基因往往与其他基因突变共存, 最常见的共存基因包括TP53、STK11等^[5]。共存基因突变可能会影响临床治疗疗效, 美国MD Anderson癌症中心的研究显示KRAS与TP53、STK11（LKB1）、KEAP1/NFE2L2、CCKN2A/B等基因存在一定频率的共同突变。根据这些突变谱系分析, KRAS突变型肺癌是一群异质性较强的疾病, 且这类疾病往往对治疗产生抵抗, 患者预后较差^{[6, 7]}。

KRAS突变免疫微环境特征：中国NSCLC全面基因组和免疫学特性的研究发现, 免疫评分高的肿瘤[干扰素γ （interferonγ , IFNγ ）、程序性死亡受体配体1（programmed death ligand 1, PD-L1）、程序性死亡受体1（programmed death 1, PD-1）及CD8免疫标志物表达高]更多地富集在KRAS突变型肺癌中^[8]。进一步的KRAS突变NSCLC研究也证明, KRAS突变与PD-1⁺/ CD8⁺ 肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte, TIL）的比例增加相关, 可能带来适应性免疫抗性^[9]。

由于KRAS是小分子蛋白, 同时具有激酶和磷酸酶活性, 长期以来被认为是不可成药的常见癌基因靶点。随着组学技术和药物学的进步, KRAS的信号通路机制理解逐渐深入, 寻找KRAS突变型肿瘤的弱点进行抗肿瘤治疗是可行的策略。

研究显示, KRAS不同家族成员HRAS、KRAS及NRAS蛋白, KRAS不同的突变亚型如G12C、G13D等都存在差异性的下游信号通路和功能特征^[10]。野生型的KRAS也可与突变蛋白相互作用, 如参与GEF或受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）介导GEF依赖的KRAS通路活化。在针对不同KRAS蛋白、不同突变亚型及复合变异亚型的KRAS突变型肿瘤中, 寻找并确认“ 分子通路弱点” 很重要, 这能够为寻找有效抗肿瘤策略提供关键性的科学依据。

目前认为KRAS突变型中的分子通路弱点包括：在KRAS上游信号通路中, （1）Lou等发现KRASG12C突变亚型保留了分子内GTP酶活性, 因而在共价结合抑制突变型蛋白后逐渐关闭KRAS蛋白活性。G12C亚型抑制剂也成为了研发热点。（2）McFall等发现G13D突变亚型与RAS GTP酶活化蛋白（GTPase-activating protein, GAP）neurofibromin（NF1）亲和性下降, 从而GAP或表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）依赖的野生型KRAS蛋白会代偿性发挥作用, 这使得EGFR抑制剂可能发挥抗肿瘤作用。（3）Sheffels等发现KRAS-GEF-SOS2在KRAS突变型肿瘤中介导PI3K-AKT-mTOR活化过程中发挥作用^[10]。除了KRAS蛋白及其上游调节分子通路, 在其下游调节通路同样存在包括SHP2、RRSP、PI3K、mTOR、RAF、MEK、CDK9等重要调节分子活化依赖性^[11]。2018年《Nat Med》杂志同期发表了三篇文章, 在KRAS突变肿瘤中, 细胞模型和动物模型中联合使用SHP2抑制剂和MEK抑制剂可以发挥联合致死效应, 有效抑制肿瘤的生长, SHP2可能成为KRAS突变肿瘤的一个潜在的治疗靶点。这些信息为研发KRAS通路抑制剂提供了数据和思路。

肺癌中除了KRAS单个分子突变亚型分析, 目前基因组或外显子组测序数据显示KRAS突变型肺癌中存在很多其他基因突变共存的复合变异。有些突变基因是重要的抑癌基因或癌基因, 因此对于KRAS突变型肺癌的分子诊断和药物研发需要考虑到这些复合变异的生物学特征和药靶特点。MD Anderson癌症中心的Ferdinandos Skoulidis在文章中指出, 通过整合分型转录组和基因组数据, 可将KRAS突变型肺腺癌分为KL（共存STK11/LKB1突变）, KP（共存TP53突变）, KC（CDKN2A/B失活且低表达转录因子TTF1）三个亚组。KC组常为粘液型组织学表现和受抑制的mTORC1信号活性特征。KL组则高频KEAP1突变失活及低表达PD-L1免疫标志物。KP组高体细胞突变负荷, 高表达炎症和免疫检查点标志物, 无复发生存时间相对较长。三个亚组对药物敏感性也不同, KL组对热休克蛋白HSP90抑制剂较敏感^[5]。这些研究证据为进一步精准分型和治疗策略研发奠定了重要基础。

自KRAS基因发现的30年来, 以化疗为主的治疗模式终于有所突破。AMG510、MRTX849等特异性共价结合KRAS G12C位点的不可逆小分子抑制剂正在早期临床研究中显示活性^{[12, 13]}。这些小分子药物与突变后的半胱氨酸（cysteine, C）残基共价结合而发挥强烈的抑制作用。

AMG510是Amgen公司针对KRAS G12C的新创药物。2019年世界肺癌大会（World Congress of Lung Cancer, WCLC）报告了首个KRAS G12C靶点抑制剂AMG510的Ⅰ 期临床研究结果, 扩展入组了34例NSCLC患者, 在23例有可评价患者中客观缓解率（objective overall response, ORR）为48%、疾病控制率（disease control rate, DCR）为96%。而在960 mg治疗组13例中ORR为54%、DCR为100%。3级及以上治疗相关不良反应发生率为8.8%, 耐受良好。

在2019年美国临床肿瘤学会（American Society of Clinical Oncology, ASCO）会议中报道了涉及不同癌种的35例KRAS G12C突变患者（14例NSCLC、19例结肠直肠癌和2例其他类型肿瘤）, 患者既往接受过≥ 2线治疗。试验主要终点是安全性, 关键的次要终点包括药代动力学、ORR（每6周评估一次）、反应持续时间和无进展生存期（progression-free survival, PFS）。患者按照给药剂量分为4个队列, 分别给予AMG 510每日1次180、360、720、960 mg。试验结果显示, 10例可评估的NSCLC患者中, 5例患者达到部分缓解（partial response, PR）, 另外4例患者SD, DCR为90%。5例PR患者已经治疗7.3~27.4周, 并且仍在接受治疗。其中有1例PR患者在数据截止后病情继续改善, 在第18周获得完全缓解。在18例可评估的结直肠癌患者中, 13例SD, 且大多数患者是接受180 mg或360 mg剂量水平的药物。截止目前, 26例患者仍在继续治疗, 9例患者已终止治疗。安全性方面, 在该项Ⅰ 期研究所测试的4个剂量水平下, 未发现AMG 510的剂量限制性毒性。AMG 510治疗相关的不良事件主要是1级轻微, 发生率68%。有2例3级治疗相关不良事件, 包括贫血和腹泻。未见4级以上严重治疗相关不良事件。

上述临床试验显示AMG 510在晚期KRAS G12C 突变肺癌和其他瘤种患者中显示出有潜力的疗效和可控的安全性, 期待Ⅱ 期临床研究的结果。肺癌中的疗效似乎优于结直肠癌等其他瘤种, 具体的分子细胞生物学原因尚待分析。

Canon等还发现, AMG510药物能够诱发促炎的肿瘤微环境, 动物实验显示靶向抑制G12C能够与免疫检查点药物具有协同抗肿瘤活性^[14]。从而为该靶向药物与免疫抑制剂联合治疗提供了临床前实验数据。

MRTX849是Mirati公司研发的原创新药, 也是针对KRAS G12C突变体的特异性优化口服抑制剂。能够在纳摩尔浓度（nM）水平表现出抑制KRAS G12C突变体功能的效果, 对KRAS G12C的选择性是野生型KRAS和其它蛋白上胱氨酸的1 000倍以上。同时, MRTX849具有口服利用度高, 半衰期长等良好的成药特性。在名为MRTX849-001的Ⅰ /Ⅱ 期临床试验中, 共纳入17例晚期实体瘤患者, 其中10例NSCLC患者, 4例结直肠癌患者, 2例阑尾癌患者, 1例十二指肠癌患者。59%患者都接受过PD-1/PD-L1免疫治疗, 其中90%的肺癌患者接受过免疫治疗。在可评估疗效的12例患者中, 其中6例为NSCLC患者, 4例为结直肠癌患者, 均接受最高剂量（600 mg bid）的MRTX849。这6例NSCLC患者中有3例SD, 3例患者为PR（肿瘤缩小30%以上）, 总体DCR达100%, ORR为50%。不过PR的患者中有2例尚未确认。在4例结直肠癌患者中有1例产生应答。试验尚未确定最大耐受剂量, Mirati公司可能探索更高的用药剂量。目前, 该公司开始扩展接受剂量为600 mg bid的MRTX849治疗的患者群。

目前在众多的KRAS突变亚型中, 只有G12C突变亚型肺癌患者在早期临床试验中看到了显著药物抗肿瘤活性, 针对其他亚型及复合变异亚型有待于进一步治疗方案的研发。

近年来, 免疫治疗临床试验结果显示, KRAS突变NSCLC患者一线或多线使用免疫治疗与化疗相比, 可获益。KEYNOTE-042纳入了1 274例初治的EGFR/间变淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase, ALK）野生型、PD-L1表达阳性（tumor proportion score, TPS≥ 1%）的局部晚期或转移性NSCLC患者, 对比帕博利珠单抗单药和含铂化疗方案的疗效和安全性。亚组分析显示, 301例KRAS突变患者帕博利珠单抗单药治疗的ORR, 中位生存时间（PFS）均优于化疗组, 并且KRAS G12C突变组帕博利珠单抗单药治疗的ORR和PFS高于KRAS突变组^[15]。CheckMate 057研究是一个随机、双盲的Ⅲ 期临床研究, 主要分析了晚期非鳞NSCLC患者二线治疗纳武利尤单抗与多西他赛的疗效差异。结果显示, 62例KRAS突变亚组生存分析较其他亚组相比, 其OS获益纳武利尤单抗组优于多西他赛组[中位总生存期（overall survival, OS）12.2 vs. 9.4个月, 风险比（hazard ratio, HR） 0.73, 95%可信区间（confidence interval, CI） 0.59~0.89, P=0.000 2]^[16]。OAK研究是一个随机、双盲的Ⅲ 期临床研究, 研究对象为既往接受过1~2线的系统性化疗（至少有一次含铂双药化疗）的Ⅲ B-Ⅳ 期NSCLC患者, 主要分析了阿特朱单抗对比多西他赛的疗效差异。亚组分析结果显示, 59例KRAS突变患者可以从阿特朱单抗治疗中取得OS获益（HR 0.71, 95%CI 0.38~1.35）^[17]。然而, 部分研究显示, NSCLC免疫治疗疗效与KRAS基因的突变状态无关。Passiglia的研究中, 在接受纳武利尤单抗的KRAS突变型和野生型NSCLC, PFS和OS分别为4个月 vs. 3个月（P  = 0.5）和11.2个月 vs. 10个月（P = 0.8）^[18]。Jeanson的研究也同样证明, KRAS的突变状态以及不同突变位点不影响免疫治疗疗效^[19]。

KRAS突变型肺癌的临床免疫治疗获益可能与具有较高的肿瘤基因突变负荷（tumor mutational burden, TMB）和PD-L1表达水平相关。KRAS G12A和G12V突变的患者PD-L1表达水平较其他位点突变高, 但在ORR和PFS上差异无统计学意义^[19]。针对共突变基因进一步亚组分析发现, 当伴有LKB1突变时, 其PD-L1表达水平较LKB1野生型低, 并且对PD-1抑制剂的ORR、PFS和OS也相应的降低。对于PD-L1阳性、KRAS和LKB1突变的患者, ORR、PFS、OS也明显降低。PD-L1阴性、KRAS和LKB1突变的患者, 其TMB处于中、高水平, 这部分人群免疫治疗疗效也同样较差, 这提示LKB1可能是免疫治疗原发耐药相关的一个重要基因^[20]。

KRAS靶向药与免疫治疗或其他靶向药联合使用模式也在进一步的探索, 动物模型研究发现, AMG510治疗后, 小鼠可产生促炎的肿瘤微环境, 与免疫检查点抑制剂联合使用可以产生持久的抗肿瘤效应^[14]。目前正在招募KRAS G12C突变的晚期实体瘤患者的一项Ⅰ 期临床试验（NCT04185883）, 评估AMG510单药及以AMG510为基础的各种药物联合方案的安全性和有效性, 其中包括PD-1及MEK、SHP2、Pan-ErbB抑制剂等^[21]。

近40年的研究显示KRAS突变型肿瘤是基础和转化研究及药物研发的难点, 灰暗的前景使得KRAS靶点被烙印为“ undruggable” 。然而近年的研究显示KRAS G12C小分子抑制剂在临床初步研究中显示了突破性的进展, 为KRAS突变型肿瘤带来了希望, 也大大激励了继续对该靶点的深入研究。组学技术的进步推动了KRAS突变型肿瘤信号通路的理解, 对寻找KRAS突变型肺癌等肿瘤中的分子通路弱点非常重要。这些分子弱点一方面促进了药物研发和临床联合治疗策略的试验研究。另一方面这些共存分子变异为KRAS突变肿瘤的精准分型和预后预测提供了工具。相信在不久的未来, KRAS突变型肺癌会取得更多的研究进展, 逐步将KRAS靶点由“ undruggable” 变成“ druggable” , 从而推进肺癌的整体精准策略, 造福患者。