癌症是世界範圍內疾病導致人口死亡的主要原因，然而目前我們對於癌症發生發展機制還缺乏深入的瞭解。研究表明，訊號通路中關鍵蛋白活性的抑制或過度啟用在癌症發生發展中扮演了重要的角色，在此基礎上提出的分子靶向治療一定程度上減少了癌症死亡率。

絲裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase， MAPK） 訊號通路是哺乳動物細胞中的基本通路，與細胞增殖、分化、凋亡及血管生成等生理活動密切相關，研究表明，MAPK 通路中某些蛋白的異常啟用是導致多種癌症的重要原因，因此，干預該通路可以作為腫瘤治療的策略之一。在本文中，我們將對 MAPK 訊號通路與癌症的關係，以及相關的藥物研究作相關的介紹。

MAPK 通路

MAPK 是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，目前已鑑定出 6 組成員，分別是細胞外調節蛋白激酶 （extracellular signal-regulated kinase， ERK） 1/2，ERK 3/4， ERK 5，ERK 7/8，Jun 氨基末端激酶 （Jun N-terminal kinase， JNK）1/2/3，p38 ɑ/β/γ（ERK6）/δ。不同 MAPK 與特異的 MAPK 激酶 （MAPKK），MAPK -激酶-激酶 （MAPKKK） 聯絡，形成保守的三級酶促級聯反應 （MAPKKK→MAPKK→MAPK），上游的訊號透過該級聯反應由 MAPK 傳遞至下游的核轉錄因子、細胞骨架蛋白，形成完整的 MAPK 訊號通路，最終完成細胞生理活動的調節。在所有 MAPK 通路中，ERK1/2 通路研究得最為深入，與癌症的關係也最為密切。JNK 通路與 P38 通路在調節細胞的炎症、凋亡等活動中具有重要作用，啟用這兩條通路可以促進癌細胞的凋亡，臨床上應用三氧化二砷治療白血病正是透過活化 JNK 通路實現，諾考達唑和紫杉醇作為化療藥物則透過活化 P38 通路治療癌症。

MAPK通路

ERK1/2訊號通路

ERK1/2 訊號通路在調節細胞的增殖、分化、凋亡、遷移等活動中發揮重要的作用。當外界訊號如生長因子、有絲分裂原等與受體結合後，啟用受體酪氨酸激酶活性，透過下游銜接蛋白將訊號傳遞給小 GTP 酶 Ras，Ras 由 GDP 結合型轉變為 GTP 結合型，啟用下游 Raf，活化的 Raf 使 MEK1/2 上的絲氨酸位點磷酸化而啟用，後者磷酸化 ERK1/2 上的蘇氨酸和酪氨酸殘基並激活，活化的 ERK1/2 進一步啟用核轉錄因子或者胞漿蛋白而產生一系列的變化。在這個過程中，任何一級的蛋白變異都有可能導致癌症的產生。研究發現，ERK 通路蛋白的突變經常會在癌症中出現，大約有三分之一的人類腫瘤表達了組成型啟用突變的 RAS，大約有 8% 的腫瘤出現了 BRAF 的異常啟用。

靶向ERK1/2訊號通路的抗癌策略

靶向RAS的藥物開發策略

過去 30 年來，大量研究發現了不同型別腫瘤中 RAS 家族蛋白的高突變率 （KRAS 20%， NRAS 8。0%， HRAS 3。3%），表明該家族蛋白在癌症治療中的潛在作用。研究者也探明瞭 RAS 突變致癌的基本機制，即組成型啟用的 RAS 穩定於 GTP 結合的活化狀態，從而使下游通路一直被啟用，最終造成細胞的過度增殖。然而由於 RAS 與 GTP 結合的高親和力，靶向抑制 GTP 結合口袋的藥物開發一直是一個巨大的挑戰。

RAS 結合於細胞膜是其啟用的必要過程，由此提出的一個策略是阻止其向細胞膜的轉移。法尼基轉移酶是催化 RAS 結合於細胞膜的關鍵酶，然而針對此酶開發的抑制劑 （FTIs） 效果並不理想，因為 RAS 與細胞膜的結合同樣可以被香葉基基轉移酶催化。PDEδ 是促進 RAS 正確定位於細胞膜的重要蛋白，有研究報道，靶向此蛋白的抑制劑可有效抑制 KRAS 的致癌訊號，然而這種策略能否產生有效的抗癌藥物還有待於觀察。

近年來，直接靶向 RAS 的藥物開發又被人們重新提起，基於蛋白結構設計化合物的方法，研究者開發出了一系列 RAS 調節劑。

鳥嘌呤交換因子 SOS 可以催化 RAS 由 GDP 結合狀態向 GTP 結合狀態的轉換。利用片段化合物篩選的方法，有兩組研究者得到了能夠與 RAS 結合並干擾其與 SOS 相互作用的化合物。然而，由於這些小分子在 RAS 上的結合口袋比較淺，因此能否透過進一步的最佳化得到臨床有效的化合物仍然是一個問題。此外，也有研究者透過虛擬篩選的手段對阻斷 RAS-GTP 和 RAF 結合的小分子進行了篩選，並鑑定出一些實際有效的化合物。然而，這些化合物的選擇性以及有效性仍然存疑。

KRAS（G12C） 突變是癌症中的常見突變，有研究者報道了一組結合於該突變蛋白的半胱氨酸反應性抑制劑。他們的研究策略有兩個目標，首先是利用半胱氨酸反應性小分子化合物庫篩選得到與 G12C 微弱結合的小分子，並在此基礎上得到結構最佳化的小分子，其次是首次尋找一種作用於突變 RAS 的，具有治療意義的抑制劑。透過對 G12C 與抑制劑結合狀態的結構研究發現，找到的這些半胱氨酸反應性小分子是結合於 RAS 上的新口袋，它位於效應器結合的開關Ⅱ區的下方。這些化合物的結合改變了 RAS 的核苷酸結合偏好，使 GDP 結合優於 GTP 結合，從而使 RAS 處於失活狀態，封鎖 RAS 的訊號。目前，基於該策略開發的藥物包括Lumakras （sotorasib， AMG510），Adagrasib （MRTX849） 等均已取得良好的臨床效果。

KRAS（G12C）突變蛋白上半胱氨酸反應性小分子結合口袋

RAF 在癌症中的作用

RAF 激酶家族包括 3 種亞型，分別是 ARAF，BRAF 和 CRAF，它們具有高度的同源性和類似的結構域。激酶C端包含有激酶結構域，缺乏 RAS-GTP 時，N 端會與 C 端結合使激酶處於非活性構像。

RAS 被啟用後，RAS-GTP 與 RAF 的 RAS 結合域結合。RAF 的啟用是一個複雜的過程，包括 RAF 的招募，細胞膜上 RAS-RAF 複合物的形成，RAF 上許多陽性和陰性調節位點的磷酸化和去磷酸化，RAF 的同二聚化和異二聚化，但是確切的順序和詳細的細節目前仍不清楚。不過 RAF 抑制劑的作用機制揭示了二聚化是 RAF 發揮催化活性以及 RAF 抑制劑發揮作用的關鍵步驟。

CRAF 是第一個被認為具有潛在致癌作用的亞型，圍繞它的研究和藥物發展工作也是最早展開的。然而人類癌症中的 CRAF 突變十分稀少，早期開發的 CRAF 抑制劑主要基於其作為 RAS 效應器的功能。

2002 年，研究者在人類腫瘤中發現了大量的 BRAF 突變，研究的焦點也從 CRAF 轉向了 BRAF。相比於 CRAF，BRAF 具有更高的基礎活性。因此，單一突變足以使 BRAF 高度異常啟用，而 CRAF 則需要額外的突變才能達到同樣的活性。

纈氨酸到穀氨酸的突變（V600E）是最常見的 BRAF 突變，在所有致癌 BRAF 突變中佔到了 90% 以上。其他的致癌 BRAF 突變通常聚集於 BRAF 的啟用片段或者富含甘氨酸的肽環中。相比於 CRAF 和 BRAF，ARAF 的激酶活性較低，ARAF 突變已經在一小部分肺癌以及來自 Langerhans 細胞組織細胞增生症患者的樣品種檢測到。

首個獲得批准上市的 RAF 抑制劑——sorafenib，是 CRAF 和廣泛的 BRAF 抑制劑。但一項隨機的臨床Ⅲ期試驗表明，針對攜帶 BRAF（V600E） 突變的轉移性黑色素瘤，sorafenib 並未表現出有效的作用。

MEK 在癌症中的作用

MEK1 和 MEK2 是密切相關的雙重特異性激酶，介導了生長因子訊號從啟用 RAF 到 ERK 的傳導。雖然人類腫瘤中很少發現 MEK 啟用變異的存在，但由於 MEK 處於通路中 RAS 和 RAF 蛋白的下游，為 RAS 和 RAF 突變導致腫瘤的治療提供了一種新的策略，因此是一個很有吸引力的靶點。目前，已經有選擇性、非 ATP 競爭性的 MEK 變構抑制劑進入臨床發展階段。包括第一個進入臨床的小分子抑制劑 CI-1040（雖然最後由於口服活性和療效等問題並未被批准上市），以及第一個被 FDA 批准的 MEK1/MEK2 抑制劑 trametinib等。

ERK抑制劑

ERK1 和 ERK2 具有高度一致的氨基酸序列（85%），它們的酪氨酸和蘇氨酸殘基可被 MEK 磷酸化而啟用。啟用的 ERK 可以調節一系列的細胞活動，包括細胞生殖和生存等。與 RAF 和 MEK 相比，ERK1 及 ERK2 選擇性抑制劑的開發並不理想，一部分原因是早期的假設認為 ERK 僅僅是 MEK 的下游靶標，ERK 抑制劑並不會具備比 MEK 抑制劑更加理想的效果。

然而，最近的研究引起了人們開發 ERK 抑制劑的興趣。首先，對於 RAF 和 MEK 抑制劑的研究使人們意識到，靶向同一通路不同組分的抑制劑可以產生複雜多樣的生物學效應。其次，ERK 訊號通路不同組分的抑制劑促進的負反饋迴路可能顯示出重要的差異。此外，RAF 及 MEK 抑制劑的耐藥性通常會涉及到 ERK 訊號通路的恢復，也表明 ERK 抑制劑的潛力。目前，已有 ERK 相繼被報道，包括 SCH772984，BVD-523 及 GDC0994 等。

總的來說，MAPK 訊號通路尤其是 ERK1/2 通路與癌症存在密切的聯絡，針對通路中關鍵蛋白設計的抗癌小分子也顯示出巨大的潛力，隨著研究的不斷深入，相信在不久的未來將會開發出更多具有顯著效果的小分子抑制劑藥物，向著攻克癌症的方向更近一步。

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