撥雲見日：KRAS突變非小細胞肺癌的靶向治療革命與未來展望

在我們細胞中，存在著一套精密的調控系統，確保它們在正確的時間生長、分裂與凋亡。其中，KRAS 基因就像一輛汽車的油門，正常情況下，它能收放自如，精準地控制細胞分裂的「引擎」—也就是生長訊號的傳遞。

I. KRAS突變的致癌機轉

然而，在某些癌細胞中，這個油門卻像是被一顆小石頭卡住，無法鬆開，導致細胞引擎持續催送，最終失控增生，形成腫瘤-這就是 KRAS 基因突變 的致癌機轉。KRAS 突變常見於非小細胞肺癌、大腸直腸癌及胰臟癌中，其中一種特定突變-G12C，佔了相當大的比例^[1](圖一)。

圖一，不同癌症類型中 RAS 突變的發生頻率各不相同，且主要集中於 RAS 致癌基因外顯子中的 G12、G13 與 Q61 氨基酸位置(取自Yang and Wu, 2024)。
(A) KRAS 突變最常見於胰臟導管腺癌，其次為結直腸癌與肺腺癌。
(B) KRAS 突變主要集中在基因外顯子中的 G12、G13。
(C) NRAS 突變則多見於皮膚惡性黑色素瘤，突變主要集中在外顯子Q61。

數十年來，KRAS突變被視為癌症治療領域中一座難以逾越的高山，因其蛋白質表面缺乏明顯的藥物結合口袋，缺乏可讓藥物結合的明顯「把手」或「口袋」。這使得它們就像一顆難以抓住的光滑球體，它被科學界視為一個「不可成藥 (undruggable)」的棘手目標，但近期這個魔咒已被打破，科學家們已逐漸解決這個難題，並開發出革命性的標靶藥物，為相關癌症的治療帶來新的曙光。

KRAS「油門」在正常細胞的運作

1. 正常細胞的守護者：KRAS基因的「開關」角色

在健康的細胞裡，KRAS 基因所製造的 KRAS 蛋白，扮演著一個至關重要的分子「開關」角色。它位於細胞膜內側，負責接收來自上游的生長因子訊號，並將這個「生長」命令傳遞下去，啟動細胞分裂的程序。

這個開關有兩種截然不同的狀態，由它結合的分子決定(圖二)：

為了確保這個開關能精準切換，細胞內還有兩個關鍵的調控蛋白來輔助(圖二)：

GEFs (鳥苷酸交換因子): 像是負責「踩油門」的腳。當細胞需要生長時，GEFs 會幫助 KRAS 蛋白將 GDP 換成 GTP，使其切換至 On 狀態。
GAPs (GTP酶活化蛋白): 像是負責「放開油門」的腳。當生長訊號應該停止時，GAPs 會伸出一個稱為「精胺酸手指 (arginine finger)」的特殊結構，幫助 KRAS 蛋白將 GTP「水解」變回 GDP，使其切換回 Off 狀態。

這個開關機制的精準平衡，是維持細胞正常生長與分化的基石。然而，當這個精密的系統因基因突變而出錯時，細胞生長失去調節的後果便隨之而來。

圖二，KRAS 訊息傳遞途徑。在基礎狀態下，KRAS 與 GDP 結合並維持不活化狀態。當細胞外生長因子將訊號傳遞至受體酪胺酸激酶時，SOS 會與 KRAS-GDP 複合物作用，使 GDP 釋放並由 GTP 取代。GTP 與 KRAS 結合後會引發其蛋白構形變化，使 KRAS 被活化。相反地，GAP 會增強 KRAS 內在的 GTPase 活性，加速將 GTP 水解為 GDP 的反應。KRAS 在活化與不活化狀態之間循環，形成一個強而有力的分子開關，用以調控多條訊號傳導路徑，包括 RAF-MEK-ERK pathway、PI3K-AKT-mTOR pathway，以及其他與細胞增生、分化與存活相關的路徑(取自Yang and Wu, 2024)。

2. 失控的癌細胞：KRAS G12C突變如何引發癌症

在眾多 KRAS 突變中，G12C 是非小細胞肺癌中最常見的一種。這個突變的本質僅是 KRAS 基因序列上的一個鹼基改變（c.34G>T），致使其製造的蛋白質在第 12 位胺基酸上，由原本的甘胺酸 (Glycine) 變成了半胱胺酸 (Cysteine)。

這個看似不起眼的胺基酸置換，卻觸發了一連串失控的連鎖反應-這改變的蛋白質結構，使得負責「關閉」訊號的 GAP 蛋白的催化功能被癱瘓了。GAP 蛋白的「精胺酸手指」無法再有效地幫助 KRAS 蛋白水解 GTP。換言之-負責「放開油門」的腳失效了，結果，突變的 KRAS 蛋白被永久鎖定在與 GTP 結合的「開啟 (On)」狀態，不斷地向細胞內部發出生長訊號，驅使細胞無止盡地分裂，最終形成癌症。

然而，正是這個突變帶來的獨特化學結構—突變產生的「半胱胺酸」，為科學家們提供了突破口。

II. 破解「不可成藥」的魔咒：標靶藥物的誕生

長久以來，科學家之所以認為 KRAS 是一個「不可成藥」的目標，主要有兩個原因：

1. 表面光滑平坦： KRAS 蛋白的表面缺乏明顯的、可供藥物分子嵌入並結合的「口袋」結構。

2. 親和力極高： KRAS 蛋白與其活化分子 GTP 的結合力非常強，達pico molar(pM)，開發藥物與 GTP 競爭結合位置極其困難^[2]。

然而，G12C 突變提供了藥物的突破口：由突變產生的半胱胺酸 (Cysteine)，其化學結構就像是在 KRAS 蛋白光滑的表面上，多出了一個獨特的「化學錨點」，其半胱胺酸側鏈上的硫醇基 (-SH)，啟發科學家設計出一種藥物，能夠精準地與這個錨點形成共價鍵—是非常穩定且牢固的化學結合，就像用強力膠水把藥物永久地黏在突變蛋白上一樣。

圖三，Sotorasib可與 KRAS G12C 形成共價鍵結合，使 KRAS 蛋白的結構穩定地維持在關閉(Off)狀態，無法與 GTP 結合來啟動生長訊號，以抑制 KRAS G12C 訊號傳導。

這類被稱為「關閉型 (Off-type)」抑制劑（如 Sotorasib）的作用原理可以分為以下三個步驟(圖三)^[3]：

1. 精準鎖定： 藥物分子在體內循環時，只會尋找並辨識那些帶有 G12C 突變的 KRAS 蛋白，而不會影響正常的 KRAS 蛋白。

2. 趁虛而入： 雖然突變的 KRAS 蛋白絕大多數時間都處於活化的「開啟」狀態，但它並非靜止不動。它會以可預測的規律循環，從「開啟」狀態切換回短暫的「關閉 (Off)」狀態（半衰期約12分鐘）。藥物分子抓住這個週期性出現的機會之窗，鑽入其表面一個被稱為「Switch II 口袋」的區域。

3. 永久上鎖： 一旦進入口袋，藥物分子會立刻與 G12C 突變產生的半胱胺酸形成穩定的共價鍵。這個結合會將 KRAS 蛋白的結構穩定地維持在關閉狀態，使其再也無法與 GTP 結合來啟動生長訊號，從而徹底阻斷了癌細胞的失控增長。

這個巧妙的設計，終於將理論上的突破轉化為實際的臨床治療成效。

III. 臨床成果：KRAS G12C標靶藥物帶來的治療曙光

Sotorasib是全球首個獲批的KRAS G12C抑制劑，其關鍵臨床試驗數據為該領域確立了療效標準。在標靶治療時代，伴隨式診斷（Companion Diagnostics, CDx）已不再僅僅是藥物開發的附屬品，而是實現個體化治療、優化臨床試驗設計並最終確保藥物商業成功的核心基石。對於KRAS G12C抑制劑而言，其角色尤為關鍵。傳統的組織活檢雖是金標準，但其侵入性與樣本獲取的困難限制了其在動態監測中的應用。液態活檢，特別是基於循環腫瘤DNA（ctDNA）的檢測，為此提供了創新的解決方案。以Guardant360® 為例，該液態活檢平台已在CodeBreaK 100試驗中進行了臨床試驗，用於篩選適合Sotorasib治療的KRAS G12C突變患者^[4]。

在關鍵的CodeBreaK 100 (II期)試驗中，Sotorasib針對經治的KRAS G12C突變晚期NSCLC患者，展現了具臨床意義的療效：

隨後的CodeBreaK 200 (III期)平行比較試驗進一步鞏固了Sotorasib的地位。結果顯示，相較於標準化療藥物Docetaxel（歐洲紫杉醇），Sotorasib顯著延長了無惡化存活期（PFS，風險比HR=0.66），並取得了更高的客觀緩解率（28.1% vs. 13.2%）。

安全性概況方面，Sotorasib的耐受性普遍可控。最常見的治療相關不良事件（TRAEs）為腹瀉（34%）、噁心（25%）和疲勞（21%）。而最值得關注的≥3級不良事件主要為肝功能指數升高，包括丙胺酸轉胺酶（ALT）升高（5%）和天門冬胺酸轉胺酶（AST）升高（4%），這些事件通常是暫時性的，可透過劑量調整進行管理。

IV. 無可避免的挑戰：後天抗藥性機制的深入剖析

癌細胞為求生存而演化出的多樣化抗藥性機制，其複雜性正是推動開發新一代抑制劑的核心驅動力，目前已知的Sotorasib抗藥性機制可大致歸納為三大類(圖四)：

圖四，在 38 位具有 KRAS G12C 突變的癌症患者中，有 17 位至少出現一種抗藥性機制，其中包含(1). KRAS基因上產生新的突變，如橫軸綠字標示者;(2).旁路活化 (Bypass Pathway Activation)，如上游受體酪胺酸激酶（RTKs）的改變和下游信號分子的活化; (3). 組織表現型轉化 (Phenotypic Transformation)(取自Mark et al., 2021^【5】。

1. 標靶基因二次突變 (Secondary KRAS Mutations): 此為最直接的抗藥方式，即癌細胞在KRAS基因上產生新的突變。這些二次突變多位於藥物結合的口袋區域或其附近，例如Y96C/D、R68S、H95D/Q/R，或是其他關鍵位點如G13D、Q61H^[5]等。這些突變改變了蛋白質構型，直接阻礙抑制劑與Cys12的共價結合或降低藥物親和力。

2. 旁路活化 (Bypass Pathway Activation): 當KRAS G12C信號通路被抑制後，癌細胞會另闢蹊徑-透過活化其他平行的信號通路來維持其增殖和存活。這種機制不依賴於KRAS基因本身，而是繞過了被阻斷的節點。常見的旁路活化機制包括：

2.1上游受體酪胺酸激酶（RTKs）的改變：如MET基因擴增、EGFR突變或FGFR、ALK、RET基因重組。

2.2下游信號分子的活化：如BRAF V600E突變、NRAS（如Q61K）突變或MAP2K1 (MEK) 突變等。這顯示旁路活化是合併療法的核心科學理據，凸顯了單一標靶抑制的先天脆弱性，並為SHP2、MEK、EGFR等標靶的組合提供了明確的理論支持。

3. 組織表現型轉化 (Phenotypic Transformation): 這是一種非基因組層面的抗藥機制。癌細胞在藥物壓力下發生組織學上的轉化，從而改變其對藥物的依賴性。臨床上已觀察到，部分肺腺癌患者在接受KRAS G12C抑制劑治療後，腫瘤轉化為鱗狀上皮細胞癌。這種轉化使得原本依賴KRAS信號的腺癌細胞，變為不依賴此通路的鱗癌細胞，導致藥物失效。

這些現象強調了在疾病惡化時再進行癌組織亞型檢視的必要性，方法上可採用組織切片，若無法取得組織，可以進行具有癌組織亞型分型輔助資訊的Cancer CGP(Comprehensive Genomic Profiling)類型的基因檢測，如Guardant360 Liquid^[6]。

V. 迎向未來：KRAS標靶藥物研發的下一步

新的攻擊角度： 除了像 Sotorasib 這樣專門攻擊「關閉 (Off)」狀態的藥物，科學家們也正在思考直接攻擊處於活性「開啟 (On)」狀態 KRAS 的抑制劑。

面對這個挑戰，科學家師法自然界，從大自然中找到了靈感-在一些天然藥物如雷帕黴素 rapamycin的作用方式並非直接攻擊目標(圖五)，而是扮演「分子雙面膠/分子魔鬼氈」的角色，將細胞內兩個原本不相干的蛋白質「撮合」在一起，從而產生治療效果。基於這個概念，並透過精密的結構導向化學改造，一種名「三複合物抑制劑」((tri-complex RAS inhibitor)的創新策略應運而生。

圖五，雷帕黴素(Rapamycin)會與細胞內的FKBP12 蛋白結合，結合後的複合物會進一步與mTOR結合，進而抑制mTOR 的活性，因此，透過抑制mTOR，雷帕黴素及其類似物被用作免疫抑制劑和抗癌藥物^[7]。

這個策略的核心思想是：設計一種小分子藥物，作用像Rapamycin做為高效的或「分子雙面膠」，一頭黏住要攻擊的目標，另一頭則黏住細胞內的一位「幫手」，將兩者緊密地綁在一起，形成一個穩定的三方結合體（tri-complex），進而阻斷致癌訊號。

這個策略中有三位關鍵主角：

• 目標： 失控的 KRAS G12C 突變蛋白，為處於活化狀態，也就是致癌的 ON 狀態。

• 幫手： 細胞內大量存在的天然蛋白質——Cyclophilin A (PPIA)。它就像細胞中一位隨時待命的「內援」，在細胞內表現量充足 (圖六)，另外一個重要的特質為分子量大(165 amino acids/~17.8 kDa)，幾乎和其目標蛋白KRAS一樣大(188 amino acids/21.5 kDa)(圖七)，和KRAS G12C結合後可形成空間屏蔽，可以阻斷KRAS和下游的訊號分子結合。

圖六，Cyclophilin A (PPIA)在人體各種組織的RNA表現量(查詢自 GTEx Portal資料庫)。縱軸為RNAseq表現數值(RPKM)，橫軸為各種組織類型，通常RPKM值低於1者，為低度表現，1~10者為中度表現，>10為高度表現，>100則為極高度表現；因此，PPIA表現量為高度表現~極高度表現的基因。

圖七，elironrasib 的三複合體抑制劑（tri-complex inhibitor, TCI） 模式，使抑制劑、細胞內幫手蛋白 PPIA 與處於 GTP 結合狀態的 KRASG12C 形成複合體。此三複合體能抑制致癌訊號，並在多種 KRASG12C 突變的人類癌症前臨床模型中誘導腫瘤縮小(取自於Cregg et al.,2025)^[8]。

•雙面膠： 全新設計的小分子藥物，它的任務就是將「目標」和「幫手」精準地連結起來。

這三位主角完美協同合作，以關閉癌症信號的方式如下：

1. 初始結合：雙面膠-小分子抑制劑首先與細胞內含量豐富的幫手蛋白Cyclophilin A（PPIA）進行可逆性結合，形成一個二元複合物。

2. 表面重塑：小分子抑制劑的結合會誘導PPIA的分子表面發生構象上的精確變化。這一化學重塑過程創造出一個全新的、具有高度親和力的「新形態界面（neomorphic interface）」。

3. 目標識別與結合：這個新形成的界面能夠高度選擇性地識別並親和處於活性GTP結合（'ON'）狀態的KRAS G12C突變蛋白。

4. 三複合物形成與信號阻斷：最終形成一個穩定的PPIA:藥物:KRAS G12C三複合物。在此結構中，PPIA被抑制劑作為「分子膠水」牢固地固定在KRAS蛋白的效應蛋白結合界面上，形成物理位阻（steric hindrance）。這有效地遮蔽了KRAS與下游效應蛋白的結合位點，從而強力阻斷了驅動腫瘤生長的ERK等致癌訊號通路。

研究證實，PPIA、抑制劑和KRAS G12C這三者缺一不可，缺少任何一個組分都無法形成穩定的三複合物，這突顯了此機制的精確協同性。這一獨特的機制是透過精密的結構導向化學設計而實現的。

基於以上理念， Revolution公司研發出新藥Elironrasib，作為一種新型的「on型」（活性狀態）抑制劑，精準打擊主要的KRAS G12C靶點且直接應對並克服這些已知的抗藥性機制。

以下表格深入對比了兩種抑制劑策略在面對抗藥性時的表現^[9]：

VI. 臨床前與臨床數據驗證

將創新的作用機制轉化為可靠的抗腫瘤數據，是評估任何新療法的最終標準。Elironrasib在臨床前及臨床研究中均展現出令人鼓舞的結果，驗證了其設計理念的成功。

1 臨床前功效與選擇性

在臨床前模型中，Elironrasib (RMC-6291) 展現了強效且高度選擇性的抗腫瘤活性。

功效： 在多種KRAS G12C突變的細胞株與患者來源異種移植（PDX）模型中，每日口服給藥均能誘導顯著的腫瘤消退。具體數據顯示，在NSCLC PDX模型中，平均腫瘤消退率高達76%；在結直腸癌（CRC）模型中，平均腫瘤消退率也達到了40%。
選擇性： RMC-6291對靶點的選擇性極高。其對KRAS G12C突變細胞的增殖抑制效力（中位IC50為0.11 nM），比對非G12C突變細胞高出13,500倍，這意味著其在有效劑量下對正常細胞的影響極小，預示著較好的治療窗口。