三种RAS 癌基因构成了人类肿瘤中最常见的突变基因家族。突变活化的RAS基因在驱动肿瘤发生和生长中的作用刺激了研究人员投入很大精力来开发抑制突变RAS功能的癌症疗法。不幸的是，尽管对此研究已有三十多年，但临床上有效的抗RAS疗法依然让人难以捉摸。这使人们逐渐意识到，RAS可能不是一个药物靶点。然而，对RAS本身复杂性的更为深刻的认识以及新的技术和方向的出现，使得RAS研究领域出现了一些新的兴奋点，突变的RAS最终很可能会被征服。这篇文章总结了目前取得的一些成就。
RAS基因是第一个在人类肿瘤中被识别的突变基因，开启了分子靶向抗肿瘤药物的时代。虽然目前发现的肿瘤基因的数目超过600个，但三种RAS基因构成了癌症中最常见的突变癌基因家族，约25%的人类肿瘤中发现了RAS突变。虽然对RAS抑制剂的研究已经有30多年，但临床上有效的抗RAS疗法依然让人难以捉摸。历史上抗-RAS药物开发基本都是以失败告终。不过，就像孙子兵法中所写的那样，不知彼，不知己，每战必殆。美国国家肿瘤研究所在2013年启动了“RAS Initiative”项目，这对RAS宣告了一场新的战争。虽然我们对RAS的了解还远远不够，但现在有一种感觉，RAS作为药物靶点的时刻已经临近。
肿瘤中异常的RAS功能
在肿瘤中，三种RAS突变的频率是不一样的。在所有RAS驱动的肿瘤中，KRAS突变频率最高（85%），NRAS其次（12%），HRAS最低（3%）。在美国肿瘤所致死亡排名前三的肿瘤中，RAS突变最为常见：胰腺癌导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PSACs；95%）、结直肠腺癌（colorectal adenocarcinomas，CRCs；52%）和肺腺癌（lung adenocarcinomas，LACs；31%）。相反，RAS突变在乳腺癌、卵巢癌和脑肿瘤中非常罕见（小于2%）。
KRAS是PDACs、CRCs、LACs中的主要突变形式。NRAS是皮肤黑色素瘤和急性髓性白血病的主要突变形式。HRAS是膀胱癌和头颈鳞癌中的主要突变形式。在所有突变中，RAS为何占比这么大，并且在特定肿瘤中为何优先发生特定RAS突变？这都是需要回答的问题。
早期RAS药物发现中的失败
早期开发RAS抑制剂的方法主要是以理解突变RAS蛋白的生化缺陷为指导。三种RAS基因编码四种密切相关的小鸟苷三磷酸酶（guanosine triphosphatases，GTPases；可水解鸟苷三磷酸）：HRAS、KRAS4A、KRAS4B和NRAS。目前对RAS方面的了解绝大多数集中在HRAS上。法尼基转移酶抑制剂（farnesyltransferase inhibitors，FTIs）开发的失败是由于一个观念的错误，即认为这四种RAS蛋白在功能上是一样的。随着研究的深入，人们逐渐意识到，不同的RAS蛋白在肿瘤中发挥着不同的作用。因此，研究人员将重点转移到了最常见的突变形式KRAS及其主要的剪切突变体KRAS4B上。
RAS蛋白作为分子开关的功能，调节着多种细胞质信号转导网络。RAS以两种状态存在：鸟苷二磷酸（guanosine diphosphate，GDP）结合的“关”状态和GTP结合的“开”状态。活化的RAS-GTP能够结合一连串的下游效应分子。RAS GDP-GTP循环被鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factors，GEFs；如SOS1）调节，促进RAS-GTP的核苷酸交换和形成。GTP酶活化蛋白（GTPase-activating proteins，GAPs）刺激GTP的水解，从而形成非活性RAS-GDP。
肿瘤相关的RAS基因携带错义突变，可发生单氨基酸替换。这些突变破坏了固有的GAP刺激的GTP水解率或者增加固有的交换率，从而刺激活性RAS-GTP的形成。因此，早期的想法就集中在开发针对GTP结合的小分子拮抗剂。然而，RAS对GTP的高亲和性（皮摩尔）以及GTP细胞内的相对高浓度（毫克分子）使得这方面的尝试未获得成功。寻找针对RAS突变蛋白的具有GAP活性的小分子类似物，同样没有成功。这些早期尝试的失败，以及对RAS蛋白表面疏水袋认识的缺乏，使得人们开始怀疑，RAS可能是难以驾驭的。这种想法使得人们开始追求间接的策略，即靶作用于那些可能促进RAS膜相互作用或效应分子信号转导的那些蛋白。随后，合成致死（两个基因共突变导致细胞死亡）的理念被应用于识别那些与突变RAS相互作用的基因。随着对肿瘤细胞代谢研究的兴起，科学家开始寻找对RAS依赖的代谢。直到最近，这一领域才将关注点回到对RAS的直接抑制上，并且有了一些意外发现。这些发现表明，RAS很可能是一种易于驾驭的药物靶点。下面介绍在这一领域中一些关键的新发现。
靶作用于RAS质膜定位
科学家认识到RAS致癌活性主要依赖于与质膜的内表面产生联系，并且后续识别了一些调节该联系的翻译后修饰，这开启了抗RAS药物开发的新纪元。RAS亚型起初在胞质中被合成为非活性蛋白。RAS的C末端四肽CAAX（C：半胱氨酸；A：脂肪族氨基酸；X：末端氨基酸）基序（motif）给出一系列翻译后修饰信号。第一步是法尼基转移酶将一个法尼基转移到CAAX的半胱氨酸残基上。第二步是发生在内质网的胞质面（外表面），RAS转移酶1（RAS converting enzyme 1，RCE1）将后三个氨基酸水解去除。最后，异戊烯半胱氨酸羧甲基转移酶（isoprenylcysteine carboxyl Methyltransferase，ICMT）促进甲基转移到C末端氨基酸以消除负电荷，从而防止质膜排斥。CAAX信号修饰，以及棕榈酸基团（HRAS、KRAS4A和NRAS）和/或聚赖氨酸序列（KRAS4A和KRAS4B）的加入，促进了RAS与质膜的联系。
考虑到法尼基脂质修饰在翻译后修饰以及RAS致癌活性中的关键作用，从1990年开始了对FTIs的密集研究。很多化合物被开发，并且在体外实验以及小鼠模型中都有效阻断了HRAS驱动的肿瘤细胞生长。其中两个抑制剂，罗纳法尼（lonafarnib）和替吡法尼（tipifarnib）在KRAS突变的胰腺癌、结直肠癌和肺癌中进行了临床III期研究，但是结果以失败告终。
最近识别的一个靶点是异戊二烯基的结合蛋白——磷酸二酯酶δ（phosphodiesterase δ，PDEδ）。PDEδ作为一种增溶因子，能够帮助RAS蛋白转运到高尔基体或者再循环内体，之后再转运到质膜。从原则上讲，靶作用于PDEδ能够克服FTIs所面临的一些问题。然而，由于PDEδ也调节其他法尼基化蛋白的功能，因此，PDEδ抑制剂很可能产生脱靶效应。
靶作用于RAS下游效应信号通路
抑制效应信号通路是抗RAS策略中最具有吸引力的方向之一。但是，在至少11种在催化上不同的效应家族中，哪个效应因子应作为靶点以及是否需要对多种效应因子同时进行抑制，是关键的问题。其中最吸引人的两个效应通路是RAF-MEK-ERK丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）级联通路和PI3K-AKT-mTOR信号通路。编码每一种通路的基因突变能够驱动人类肿瘤发生，其基因产物是可成为药物靶点的蛋白激酶。目前的证据表明，RAF通路是RAS依赖性肿瘤生长的更关键的效应分子。
目前，第一代RAF抑制剂——维罗非尼（vemurafenib）和达拉非尼（dabrafenib）被批准用于治疗BRAF突变的黑色素瘤。然而，这些抑制剂在RAS突变的肿瘤细胞中产生了相反的结果，通路被激活而并非被抑制。由于第一代RAF抑制剂只具有BRAF选择性，相反会激活CRAF，从而激活MEK-ERK信号转导。这一发现导致第二代RAF抑制剂的开发（LY3009120和PLX8394），它们不会再激活MAPK信号通路。
在临床上，目前有两种MEK1和MEK2的高选择性抑制剂——曲美替尼（trametinib）和cobimetinib被批准用于治疗BRAF突变黑色素瘤。但是这些抑制剂在RAS突变的肿瘤中效果不明显，在一定程度上是由于缺失了ERK介导的反馈抑制机制。
PI3K-AKT-mTOR在RAS依赖性肿瘤生长中的作用可能不明显，但是尽管如此，它对RAF-MEK-ERK级联反应是一个很好的补充。
对RAS的直接抑制
1989年，有报道称HRAS的晶体结构表面并不存在能够供小分子发挥作用的“口袋”。因此，很长时间内，这阻碍了直接结合RAS的分子开发。但是，就在最近，这一领域出现了新的进步。在2012年，通过化学库筛选，一些研究团队识别了能够直接与KRAS4B相互作用的小分子。一些化合物与KRAS4B发生相互作用，其作用位点对于SOS1的相互作用非常重要，并可防止RAS-GTP形成。一些化合物结合KRAS效应因子相互作用结构域，阻断与CRAF的相互作用，并且抑制其他效应因子的激活。这些分子在体外实验中展现出低亲和力（微摩尔）。尽管这些化合物在基于细胞的实验中能够抑制肿瘤细胞生长，但这种效果究竟是通过抑制KRAS功能还是脱靶效应实现的目前并不清楚。尽管如此，这些早期的成功刺激着其他研究者开始从事RAS直接抑制剂的探索。
总结与展望
虽然抗RAS药物的研究历史比较曲折，但我们相信，在不久的将来，会发现抗RAS的理想药物。但是，也不能太过于乐观，因为RAS突变的肿瘤细胞仍有很多秘密有待发现。越来越多的事实提示，当我们最终取得了成功，将不可能是针对所有RAS突变肿瘤都有效的“一刀切”的治疗。突变RAS的功能在很大程度上受细胞和基因环境的影响。考虑到RAS突变肿瘤的遗传异质性，需要开发多种抗RAS策略来匹配不同亚型。新的发现正在以前所未有的速度出现。新进入RAS领域的研究者也带来了观点和新方法来靶作用于RAS。哪种方法将带来第一个临床上批准的RAS抑制剂？哪种方法能够发现最有效的RAS抑制剂？由于已处于临床评价阶段，预计基于效应分子抑制剂的治疗可能是第一个应用于临床的抗RAS治疗。然而，直接靶作用于RAS长期来看可能是最有效的抗RAS治疗。其他方法是否可能更成功？随着癌症免疫治疗的复兴，也许RAS信号通路与肿瘤免疫会被确认和探索。通过RNAi或CRISPR9来抑制突变RAS表达可能也会有效。总之，虽然通往成功的障碍还在，但我们有理由相信，我们的研究者已经准备好最后降服RAS。
（作者：贺利军)
参考文献：Science 2017;355:1158-1163