2021年5月29日，美国食品和药物管理局（FDA）批准靶向抗癌药Lumakras（sotorasib，AMG510）上市，Sotorasib是一款高选择性的、不可逆转的KRASG12C突变抑制剂，是全世界第一款治疗KRAS基因突变癌症的靶向药。用于治疗携带特定的KRAS基因突变（KRAS-G12C），且用过至少一次其他药物（比如化疗、免疫疗法）的晚期非小细胞肺癌患者。

FDA基于总缓解率（ORR）和缓解持续时间（DoR）数据获得加速批准，后期的III期临床试验正在进行。

PART.01

有关KRAS基因突变

Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物(KRAS)突变主要发生在吸烟人群中，在西方国家占肺癌发病率约20-25%，在亚洲约占10-15%。KRAS的变异主要发生在代码12（＞80%）和13上，大约39%的变异为KRAS-G12C（甘氨酸GlycineG突变为半胱氨酸CysteineC），其他变异包括KRASG12V和KRAS-G12D等，吸烟人群和非吸烟人群有着不同的变异。KRAS变异的肺癌人群较野生型有较差的生存期（OS）。 

RAS蛋白通过不同的效应物调节，控制多种细胞功能的信号转导（RAS在这些靶点的上游），例如生存、增殖和分化。本构激活RAS癌蛋白在不存在的情况下启动细胞内级联反应细胞外信号，导致不受控制的细胞增殖和细胞存活异常。这些细胞功能的失调构成了癌症的许多标志。RAF是丝裂原活化蛋白激酶中的第一个激酶(MAPK)途径，使MEK磷酸化，进而激活细胞外信号调节激酶(ERK)。ERK都激活胞质底物并转移到细胞核以刺激参与细胞增殖、存活、分化和细胞周期调节。已经广泛证明MAPK信号通路在RAS介导的肿瘤发生。

磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶(PI3K)在RAS介导的肿瘤发生中发挥关键作用。激活时，PI3K通过磷酸化将磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)转化为磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸(PIP3)，并且PIP3激活磷酸肌醇依赖性激酶1(PDK1)，它在转磷酸化AKT，一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶。AKT激活导致其几种生理功能的磷酸化底物，如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、叉头boxO(FOXO)或核因子(NF)-κB，刺激细胞周期进展、存活、代谢、迁移和抵抗细胞凋亡。

RALGDS是另一种RAS效应器，其底物是RAS家族RAL-A/B小GTP酶。RALGDS也可以通过JunN-末端激酶(JNK)通路刺激转录促存活和细胞周期进程基因。这个信号通路在RAS介导的肿瘤发生中也有非常重要的作用。

KRAS靶点成药

KRAS是人类RAS基因家族的成员，编码一个小的GTPase膜结合蛋白，它可以存在于两种不同的状态：GDP结合，处于非活动状态，GTP结合，处于活动状态并通过与不同的下游效应器相互作用来转导信号。

突变的RAS癌蛋白在功能上发生改变，致癌形式阻止GAP增加GTPase的内在催化速率，从而将RAS保持在其组成性GTP结合的活性状态，从而激活致癌途径和细胞信号转导。

KRAS靶点被认为不可成药的靶点，有几个因素需要克服，野型KRas蛋白表面缺少小分子药物结合的较大的口袋。KRas和GTP高亲和力，无法竞争。另外，如果选择性较差，毒性会限制剂量。经过几年的努力，针对KRAS突变体的共价抑制剂研究的突破让通过异构位点（allosteric）靶向KRAS突变体成为可能。结构分析已揭示突变体的突变半胱氨酸12残基KRasG12C与存在的小口袋(P2)相邻仅在不活动的KRas-GDP状态下，这个表面凹槽成为最可能成药的靶点，广泛搜索与不可逆结合的共价抑制剂作为开发热点。

 

PART.02

药物开发

Sotorasib是在ARS-1620（华人科学家刘异博士研发）基础上对分子结构不断优化而来的，其与胱氨酸结合的烯烃特异性结构没有改变，增加了一些特异性位阻基团，选择性以及疗效较ARS-1620更好。

ARS-1620

Lumakras (AMG510)

ARS-1620的突破历程

半胱氨酸的硫基侧链，它独特地使其能够与小分子抑制剂形成共价键。已经发现，ARS-1620的烯烃结构可以与硫键形成不可逆共价键。

不断的强化迭代筛选和基于结构的设计导致发现了小分子抑制剂，它们选择性地和不可逆地与在突变体KRasG12CP2口袋中半胱氨酸结合的并将其锁定在不活动的KRas-GDP状态。

其实，在治疗慢性淋巴细胞白血病的BTK抑制剂也是采用这个策略，这些结构下端都有相似的结构，可以与半胱氨酸的巯基发生共轭。但是一旦肿瘤蛋白发生突变，由半胱氨酸突变为其他丝氨酸（BTK会产生C481突变），活性以及选择性降低，会产生耐药性。

ARS-1620验证了KRAS(G12C)的直接抑制作用，但是进一步进行改良是困难的。因为ARS-1620占据的口袋体积小，为其他的蛋白质-配体相互作用提供了有限的途径，药效优化受到限制。

AMG510的改良过程

经结构分析，发现这个蛋白His95有一个另一种取向产生的表面凹槽，如被芳香环占据，会增强了与KRAS(G12C)蛋白的相互作用。AMG510作为His95沟结合分子优化的最佳候选药物。 

AMG510对KRAS(G12C)的占有率，在两种测定中均达到接近最大水平，约为0.2μM。AMG510还严重削弱了NCI-H358和MIAPaCa-2中的细胞活力（IC50分别为0.006μM和0.009μM，比ARS-1620强约40倍；

位阻基团的优化

两种构型的IC50相差巨大，而且可以相互转换。

 

药物热稳定性差，构型会发生翻转，药效降低。构型对药效关系较大，在苯胺邻位加入基团，阻止翻转，对不同基团进行了筛选研究。

测定了不同基团的异构体相互转化的能量，邻位为异丙基和甲基以及异丁基基团时，翻转需要的能量最高。异丁基翻转的t1/2只有约5小时，不适合进一步开发。

PK以及靶标优化

在(R)-24表现出中等口服生物利用度(21%)和良好的体内靶标覆盖率（在Cmax时p-ERKIC50的覆盖率为4.5倍），25化合物28展示了更适度的体内靶标覆盖，并且化合物31-33未能显示出明显的体内靶标结合。

提高生物利用度的结构优化

随后发现(R)-24的结晶物的相对于无定形形式口服生物利用度显着降低(4-12%)。两种策略进行结构改造：(1)改变喹唑啉酮C6卤素取代基（R部分），降低(R)-24的亲油性，和(2)在口袋结构环上（X和Y处）引入氮原子增加极性，而不改变药物活性。

双氮取代(36)嘧啶类似物增强了水中溶解度，但有较低的渗透性和口服生物利用度。接下来研究喹唑啉酮C6取代基是否降低其亲脂性、增强水溶解度同时保持细胞活性。C6氟代替氯取代基(化合物37)导致细胞活性降低，同时降低水溶性。但是，同时引入氮原子，可以导致显着增强的水溶解度。通过这些研究中，(R)-38作为候选药物。进一步研究(R)-38的PK/PD关系，结果表明，ERK磷酸化的最大抑制是达到给药后60-120分钟，(R)-38血浆峰值是给药后30分钟，在120分钟时间点，(R)-38的浓度较低。

药效学

在具有人类肿瘤细胞MIAPaCa-2T2(p.G12C)小鼠中，肿瘤每天增长约86%，每天给药10-100mg/kg，10mg/kg的(R)-38显著抑制了肿瘤，在≥30mg/kg的剂量下肿瘤消退。

实现MIAPaCa-2T2肿瘤消退所需的(R)-38剂量比ARS-1620低至少3.3倍。基于令人信服的及其显着的治愈KRASp.G12C突变体的能力以及抗体内肿瘤药理学特征，(R)-38是具有前途的药物，开始对(R)-38作为AMG510用于临床开发。

动物安全性

使用Sprague-Dawley大鼠和Beagle犬评估了安全性长达3个月的重复剂量毒理学研究。在这两个物种中sotorasib治疗导致胆固醇增加和红细胞(RBC)减少与骨髓组织学发现无关的参数。肝脏是大鼠高剂量胆红素、AST和ALT升高的常见目标和增加的胆红素和碱性磷酸酶、肝脏重量增加和小叶中心肝细胞肥大暴露量约为960mg人体剂量下临床AUC的0.4倍。较高的ALT/AST也在临床上观察到，LUMAKRAS标签包括肝脏升高的警告。

PART.03

临床试验

AMG510于2018年8月进入人体临床试验，评估其在KRASp.G12C突变肿瘤中的安全性、耐受性、药代动力学特性和疗效的I/II期试验(NCT0360088334)。早期结果研究证实AMG510表现出色晚期KRAS患者作为单一疗法给药时的耐受性和有希望的抗肿瘤活性p.G12C突变实体瘤。

SAD临床试验

采用双参数贝叶斯逻辑回归模型（BLRM/BOIN设计）剂量爬坡试验设计，不限定入组人数，比传统的3+3方法效率更高。剂量组分别为180,360,720,和960mg四个剂量。

探索MTD的毒性概率表

由于没有确定适应症，试验纳入了包括59例非小细胞肺癌，结直肠癌42人，其他肿瘤类型28人（篮式设计），可以看出开发者主要是想在NSCLS（KRASp.G12C突变高表达）方面有所突破。

DLT确定：根据CTCAEV5.0制定

血液学毒性-发热性中性粒细胞减少症-中性粒细胞减少感染-4级中性粒细胞减少症-≥3级血小板减少症持续>7天-3级血小板减少症伴≥2级出血-4级血小板减少症-4级贫血·非血液学毒性-≥4级呕吐或腹泻-3级腹泻或3级呕吐持续超过3天，尽管最佳医疗支持-尽管有最佳医疗支持，但≥3级恶心持续3天或更长时间-任何其他≥3级不良事件。

试验结果：960mg剂量没有达到MTD。

有效性：客观反应：肺癌32.2%，直肠癌7.1%，其他癌14.3%。

疾病控制：肺癌88.1%，直肠癌73.8%，其他癌75.0%，在治疗非小细胞肺癌方面表现较其他癌种要好很多，故下一步重点在非小细胞癌种进行临床研究。

MAD和II期临床试验

非小细胞癌方面的研究-NCT03600883,采用I/II期无缝设计，采用BLRM试验设计，提高了RP2D的准确性，同时也加快了剂量爬坡的速度。研究包括多剂量耐受性，PK/PD研究，食物影响，确定了有效剂量以及有效性。

1）药物代谢 

以上药代数据显示每个剂量组的药代数据接近，没有区别。高剂量组没有出现较高的暴露量。FDA认为960mg剂量组并非最优剂量，Sotorasib的BCSII类，其药剂处方仍有优化的余地。

2）有效性临床试验

试验设计

受试者：病理记录显示局部晚期或转移性恶性肿瘤；通过DNA测序鉴定出KRASp.G12C突变。受试者必须接受过适合其肿瘤类型和疾病阶段的先前标准治疗，或者在研究者看来，不可能耐受或从适当的护理标准治疗中获得临床上有意义的益处。给药剂量为每天960mg；

主要终点是由盲法、独立、影像学审查的客观反应（完全或部分反应）

次要终点指标为应答持续时间，疾病控制，应答时间，疾病进展以及生存率以及安全性。

样本量考虑（单臂试验设计）：

在所有2线治疗NSCLC的ORR中雷莫芦单抗联合多西他赛疗效最好。

 

雷莫芦单抗联合多西他赛作为晚期NSCLC患者二线治疗试验结果显示，最终ORR为23%。基于SAD试验的32%ORR，把握度90%，95%置信区间下限高于23%，需要受试者105例。

试验结果

在126名入组患者中，大多数(81.0%)接受过铂类化疗和PD-1或PD-L1治疗。124名患者有基线时可测量的疾病，并评估反应。在46名患者中观察到客观反应（37.1%)，其中4人(3.2%)有完全反应，42人(33.9%)有部分反应。中位缓解持续时间为11.1个月。100名患者（80.6%），中位无进展生存期为6.8个月，中位总生存期为12.5个月。126例中有88例发生了与治疗相关的不良事件患者(69.8%)，包括25名患者(19.8%)的3级事件和4级事件事件1(0.8%)。客观反应为37.1%，达到了预期。

Sotorasib常见的所有等级的副作用和不良反应有：腹泻（42%）、肌肉骨骼疼痛（35%）、恶心（26%）、疲劳（26%）、肝毒性（25%）、咳嗽（20%）、呕吐（17%）、便秘（16%）、呼吸困难（16%）、腹痛（15%）、浮肿（15%）、食欲变差（13%）、关节痛（12%）、肺部感染（12%）、皮疹（12%）。

腹泻发生率还是较高的，这是大部分口服小分子靶向药物（不同靶向药物如，EGFR、VEGFR以及PI3Kδ等）以及卡瑞利珠单抗、尼妥珠单抗、帕博利珠单抗和信迪利单抗（免疫药物注射）等单克隆药物共同的副作用。目前,临床上尚无治疗分子靶向药物相关性腹泻的特效药物,仍在沿用以往用于治疗化疗性相关腹泻的洛哌丁胺等药物。分子靶向药物相关性腹泻的发病机制目前尚不明确，可以看出与靶点以及是否是口服无关，然而这种不良反应在动物安全性试验的报道较少，是人类特异性原因还是神经方面等其他因素，目前不得而知。

PART.04

其他有关试剂盒

上市前，申请人与Guardant和Qiagen合作提交Guardant360CDx试剂盒(P200010/S012)和QIAGENtherascreen®KRASRGQPCR试剂盒(P110027/S012)批准申请(PMA)，分别用于定性检测KRASG12C基因突变（用血细胞检测即可，无需活检样本）。

知识产权情况

化合物专利：作为用于治疗肺癌、胰腺癌或结直肠癌的KRASG12C抑制剂的苯并异噻唑、异噻唑并[3,4-b]吡啶、喹唑啉、酞嗪、吡啶并[2,3-d]哒嗪和吡啶并[2,3-d]嘧啶衍生物；

中国申请号201780087190.7，目前处于公开状态，公开号CN110366550A。 

授权分析：占据His95表面凹槽的特异性分子结构，以及改变生物利用度以及溶解度分子结构部分可以授权，其他结构不具有新颖性。

PART.05

小结

Sotorasib在ARS-1620基础上对化学结构上进行了改造，其选择性以及疗效更佳。采用高效快速的临床试验设计，Ia期采用BOIN以及篮式试验设计，快速确定适应症以及最佳有效剂量。Ib期MAD与单臂的有效性试验完美相结合，确定了PK、PD以及有效性指标ORR，最终临床试验结果显示，在ORR上完胜雷莫芦单抗联合多西他赛治疗方法。后期III期临床试验正在进行。

Sotorasib针对KRAS的靶向药的开发，具有里程碑式的意义，其在肿瘤界的影响力可以与伊马替尼媲美。RAS基因被发现是肿瘤中最常见的突变基因之一，相信在后期会有更多的此靶点的抗肿瘤药物发现和上市。

参考文献：

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