本視頻介紹KRAS基因：
結(jié)構(gòu)與功能
在腫瘤中的變異
對(duì)腫瘤靶向用藥的指導(dǎo)作用
設(shè)計(jì)針對(duì)KRAS基因的靶向藥物的難點(diǎn)，和已取得的部分進(jìn)展
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歡迎來(lái)到【陳巍學(xué)基因】，我們這個(gè)節(jié)目主要是給大家介紹基因組學(xué)，和臨床分子診斷的最新技術(shù)進(jìn)展。
今天，會(huì)和大家談一下KRAS這個(gè)基因。
之所以要談KRAS這個(gè)基因，是因?yàn)镵RAS在細(xì)胞生長(zhǎng)的信號(hào)調(diào)控當(dāng)中，起著一個(gè)樞鈕的作用。上游的EGFR（ErbB1）、HER2(ErbB2)、ErbB3、ErbB4等細(xì)胞表面受體，在接收到了外界信號(hào)之后，會(huì)通過(guò)RAS蛋白，把信號(hào)傳遞到下游。
而KRAS是RAS蛋白中的重要一員，KRAS基因的突變，會(huì)直接影響到針對(duì)EGFR基因的抗腫瘤藥物的療效。同時(shí)KRAS基因是否有突變，也是腫瘤預(yù)后的一個(gè)重要指標(biāo)。
正是因?yàn)镵RAS基因如此重要，所以今天我們就來(lái)說(shuō)一下這個(gè)KRAS基因。
今天，我們會(huì)按照如下順序來(lái)講解：
第1，KRAS的基因、和蛋白的結(jié)構(gòu)與功能
第2，KRAS參與的信號(hào)通路
第3，KRAS在腫瘤中的變異
第4，針對(duì)KRAS突變的基因檢測(cè)
第5，研制針對(duì)KRAS的藥物，所面對(duì)的難點(diǎn)，和目前的一些研究進(jìn)展
接下來(lái)，我們就按照這5個(gè)方面，來(lái)進(jìn)行展開(kāi)。
KRAS基因、和蛋白的 結(jié)構(gòu)與功能
KRAS基因的全名叫Kirsten rat sarcoma viraloncogene homolog，翻成中文是“Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物”。
在人的基因組當(dāng)中，有2個(gè)KRAS基因。一個(gè)是KRAS1，位于第6號(hào)染色體的短臂上；另一個(gè)是KRAS2，位于第12號(hào)染色體的短臂上。其中，KRAS1是一個(gè)“假基因”，也就是說(shuō)它不能被轉(zhuǎn)錄成RNA，所以它是沒(méi)有功能的。而KRAS2才是“真基因”，是能夠轉(zhuǎn)錄、并且翻譯成蛋白的，是有生物學(xué)活性的。我們下文所談的KRAS基因和蛋白，都是指這個(gè)“KRAS2”基因和它的蛋白產(chǎn)物。
KRAS基因?qū)儆赗AS基因家族。RAS基因家族當(dāng)中，還有NRAS(neuroblastoma-RAS)和HRAS(Harvey-RAS)。KRAS、NRAS和HRAS，都參與細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳遞。
KRAS蛋白有2種變體。這2種變體，是因?yàn)榈?號(hào)外顯子在RNA的剪接過(guò)程當(dāng)中，有2種不同的剪接方式，就得到了2種mRNA，進(jìn)而翻譯出2種蛋白質(zhì)（變體）。這2種蛋白質(zhì)分別被稱(chēng)為“KRAS4A”和“KRAS4B”，KRAS4B的表達(dá)量明顯多于KRAS4A的表達(dá)量，一般情況下，KRAS4B是KRAS4A的5倍。
KRAS蛋白質(zhì)有188個(gè)氨基酸，它的分子量是21.6KD。
KRAS蛋白定位在細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)，它是通過(guò)一個(gè)法呢酰基（Farnesyl）的修飾基團(tuán)，連到細(xì)胞膜上的。那么，這個(gè)法呢?；?，是通過(guò)翻譯后的蛋白修飾，在法呢?；D(zhuǎn)移酶的作用下，加到KRAS蛋白上的。我們后面還會(huì)再次講到這個(gè)法呢?；男揎棥?/p>
KRAS的正常信號(hào)通路
在正常細(xì)胞當(dāng)中，細(xì)胞膜上的EGFR、HER2、ErbB3、ERbB4等受體單體，在與細(xì)胞膜外的配體結(jié)合之后，就會(huì)變成二聚體。這些二聚體先自身磷酸化，再磷酸化下游的信號(hào)蛋白。其中一條信號(hào)通路就是激活Grb2-Shc，再激活SOS蛋白。SOS蛋白會(huì)激活KRAS蛋白。
與GTP結(jié)合的KRAS蛋白，就有了磷酸激酶的活性，進(jìn)一步激活下游的蛋白。
被激活的下游信號(hào)蛋白，包括：Raf蛋白家族、PI3K蛋白、PLC-ε、RALGDS、TIAM1、RIN1，這些下游蛋白。
這些下游的信號(hào)通路打開(kāi)之后，會(huì)進(jìn)一步激活再下游的信號(hào)通路，進(jìn)而啟動(dòng)細(xì)胞增殖、細(xì)胞遷移等細(xì)胞功能。
KRAS在腫瘤當(dāng)中的變異
接下來(lái)，我們來(lái)說(shuō)KRAS在腫瘤當(dāng)中的變異。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌當(dāng)中，61%有KRAS突變；在結(jié)腸癌當(dāng)中，43%有KRAS突變；在子宮內(nèi)膜癌當(dāng)中，21%有KRAS突變；在肺腺癌當(dāng)中，26%有KRAS突變。也就是說(shuō)，在上述4種癌癥中，有高比例的KRAS基因突變。
在KRAS的基因突變中，97%是第12號(hào)或者第13號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了突變。其中最主要的是G12D、G12V、G13D這三種突變。
KRAS與GDP或者GTP的結(jié)合力是非常強(qiáng)的，它（KRAS）與GTP結(jié)合的親合系數(shù)在PicoMolar（皮摩爾濃度）級(jí)。當(dāng)KRAS與GDP結(jié)合時(shí)候，沒(méi)有激酶活性；而當(dāng)KRAS與GTP結(jié)合時(shí)候，有激酶活性。野生型的KRAS是與GDP結(jié)合，還是與GTP結(jié)合，是受到上游信號(hào)調(diào)控的。
當(dāng)KRAS發(fā)生G12D、G12V、G13D這幾種突變之后，KRAS就會(huì)一直保持與GTP結(jié)合，也就是說(shuō)，KRAS一直保持在有酪氨酸激酶活性的狀態(tài)，并且不斷激活它下游的信號(hào)通路。這些下游的信號(hào)通路打開(kāi)之后，就會(huì)刺激細(xì)胞增殖、遷移。
我們打個(gè)比方來(lái)說(shuō)明這種突變的后果：KRAS就象是銀行金庫(kù)（細(xì)胞增殖、遷移能力）的保管員。正常情況下，只有銀行行長(zhǎng)（上游信號(hào)蛋白）帶著鑰匙（激活信號(hào)）來(lái)，保管員（KRAS）才能打開(kāi)金庫(kù)（細(xì)胞增殖、遷移）?，F(xiàn)在這個(gè)金庫(kù)保管員（KRAS）偷配了金庫(kù)鑰匙，把金庫(kù)大門(mén)大開(kāi)，那么金庫(kù)（細(xì)胞增殖、遷移）也就失控了。
如果一個(gè)腫瘤病人的腫瘤當(dāng)中有KRAS的激活突變，那么針對(duì)EGFR的靶向治療藥，例如：西妥昔、易瑞沙等，它們的治療效果，一般都不會(huì)太好。因?yàn)镵RAS把藥物對(duì)EGFR的抑制作用給繞開(kāi)了。
并且，這些有KRAS激活突變的腫瘤病人，他們的預(yù)后一般也不太好，生存期往往會(huì)明顯短于那些沒(méi)有KRAS激活突變的病人。
所以，腫瘤當(dāng)中的KRAS基因，是否有激活突變，對(duì)于預(yù)判EGFR抑制劑類(lèi)的藥物（的治療）是否會(huì)奏效，很重要。
正因?yàn)槿绱?，?duì)KRAS基因的激活突變的檢測(cè)，現(xiàn)在已經(jīng)是腫瘤靶向藥物的重要伴隨診斷之一。
針對(duì)KRAS基因突變的檢測(cè)
2012年的1月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)Qiagen公司的KRAS突變檢測(cè)方法可以用作西妥昔的伴隨診斷。2015年5月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)羅氏公司的KRAS突變檢測(cè)方法可以用于轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌的診斷。
中國(guó)的廈門(mén)艾德公司、武漢友芝友公司、武漢海吉力公司、蘇州為真公司等，都有提供針對(duì)KRAS基因激活突變的檢測(cè)試劑盒。
上述這些針對(duì)KRAS突變的檢測(cè)方法，都是基于實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法的原理。
開(kāi)發(fā)針對(duì)KRAS藥物所面對(duì)的難題、和一些進(jìn)展
既然KRAS這么重要，而且KRAS基因上有哪些致癌突變也很清楚，那么，為什么到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有一個(gè)直接針對(duì)KRAS基因的靶向藥物上市呢？
困難點(diǎn)在于：
1、KRAS的作用泛圍很廣，KRAS的正?；钚砸彩窃S多正常細(xì)胞功能所需要的活性，如果有一個(gè)直接抑制KRAS的藥物，那么這個(gè)藥物的毒性也可能會(huì)很大，副作用也可能會(huì)很強(qiáng)。并且，KRAS與NRAS、HRAS有很高的同源性，能抑制KRAS活性的藥物，就很可能會(huì)抑制NRAS、HRAS的活性。那么，這個(gè)藥物的毒性就可能很大。
第2，目前已知的KRAS的活性功能域，主要是KRAS與GDP、或者GTP結(jié)合的那個(gè)口袋狀的功能域。而KRAS與GTP、或者GDP的結(jié)合非常強(qiáng)，親合系數(shù)達(dá)到Pico Molar(皮摩爾濃度，10^-12)級(jí)。而正常細(xì)胞里面的GDP與GTP的濃度，達(dá)到了MicroMolar（微摩爾濃度，10^-6）級(jí)。也就是說(shuō)，細(xì)胞內(nèi)正常的GDP與GTP的濃度，比與KRAS結(jié)合所需的濃度，高了10的6次方倍。要做出一種小分子化合物，其與KRAS的結(jié)合能力，要能與GDP、或者GTP相匹敵，是非常難的。
第3，要設(shè)計(jì)一種藥物，只針對(duì)地抑制突變KRAS蛋白的活性，而盡可能少地影響正常KRAS蛋白的活性，這就需要這種化合物對(duì)突變的KRAS有很好的選擇性。這也是這個(gè)藥物設(shè)計(jì)當(dāng)中，所面對(duì)的又一個(gè)難題。
上述三點(diǎn)，就是到目前為止，還沒(méi)有直接針對(duì)KRAS的靶向藥物上市的主要原因。
但是，針對(duì)KRAS的藥物設(shè)計(jì)，并不是完全沒(méi)有進(jìn)展。
到目前為止，還是取得了一些階段性的成果，我們來(lái)介紹其中的一些。
第一、先說(shuō)選擇性抑制突變KRAS基因的研究結(jié)果。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，下面這4個(gè)化合物，
對(duì)有KRAS突變的細(xì)胞的半效抑制濃度（IC50），是對(duì)沒(méi)有KRAS突變的細(xì)胞的半效抑制濃度（IC50）的1/6。那么，半效抑制濃度“IC50”（halfmaximal inhibitory concentration），它的濃度值越低，說(shuō)明這個(gè)藥物的抑制效果越好。
第二，我們剛才提到，KRAS要定位到細(xì)胞膜上，要通過(guò)一個(gè)法呢?；幕鶊F(tuán)，才能定位到細(xì)胞膜上。而KRAS蛋白只有定位到細(xì)胞膜上，它才能較好被其上游信號(hào)蛋白所激活，所以，科學(xué)家考慮是否可以通過(guò)抑制法呢?；D(zhuǎn)移酶的活性，來(lái)抑制KRAS蛋白的法呢酰基化，進(jìn)而減少其定位到細(xì)胞膜上，這樣就可以達(dá)到抑制KRAS活性的目的?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些針對(duì)法呢酰基轉(zhuǎn)移酶的化合物被計(jì)設(shè)出來(lái)，但是這些化合物在后期的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，并不能表現(xiàn)出足夠的對(duì)腫瘤的抑制作用。
第三，KRAS的正常激活，需要有SOS蛋白的參與，所以，另一個(gè)設(shè)計(jì)思路，就是設(shè)計(jì)針對(duì)KRAS-SOS結(jié)合區(qū)域的抑制劑。這兩個(gè)化合物，被發(fā)現(xiàn)能夠抑制KRAS與SOS蛋白的結(jié)合。
到目前為止，雖然科學(xué)家針對(duì)KRAS做了很多努力，但是，還沒(méi)有一個(gè)針對(duì)KRAS的靶向藥物上市。
也因?yàn)樵O(shè)計(jì)直接針對(duì)KRAS的抑制劑較難，許多科學(xué)家，把更多的精力，放到設(shè)計(jì)針對(duì)KRAS下游的信號(hào)通路的靶向藥物當(dāng)中去。例如，設(shè)計(jì)針對(duì)B-RAF的靶向藥物。
以上是本期節(jié)目的全部?jī)?nèi)容。謝謝您的收看，我們下期節(jié)目再見(jiàn)。
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