SOS1蛋白在肿瘤发生中的作用及其抑制剂研究进展

伍雪，胡唯伟，孙继红,，李雪，杨勇*

（1.中国药科大学新药安全评价研究中心，江苏 南京 211198；2.南京圣和药业股份有限公司，江苏 南京 210018）

首个人类原癌基因RAS于1982年被Weinberg和Barbacid发现。后续研究证实细胞恶性转化与编码RAS蛋白的基因突变相关[1]。目前的研究发现，30%以上的人类肿瘤发生与RAS基因的突变相关[2-3]。RAS平滑的蛋白结构以及与三磷酸鸟苷（GTP）的高度亲和力使得RAS一度被人们称为“不可成药靶点”[4]。SOS1（Son of sevenless 1）作为RAS的上游蛋白，与RAS的活化相关。本文就SOS1在肿瘤发生中的作用及其抑制剂的研究进展进行综述。

1 RAS蛋白与肿瘤的发生

RAS基因在人类肿瘤细胞中易发生突变。目前已发现151种不同的RAS点突变，主要集中在G12、G13位以及Q61位，其中77%是G12位点的单突变[5]。

RAS蛋白作为下游通路的一种分子开关，依靠鸟嘌呤核苷酸交换因子（guanine nucleotideexchange factor，GEF）在不活跃状态（RAS-GDP）和活跃状态（RAS-GTP）之间循环转换[5]。RAS蛋白自身具有一定的GTP酶活性，GTP酶活化蛋白（GAP）帮助其促进GTP的水解。突变的RAS蛋白GAP活性显著降低，导致RAS永久激活[6]。

RAS通路的激活受信号分子的调控。信号分子[如表皮生长因子（EGF）]与酪氨酸激酶受体结合，导致后者的受体磷酸化。活化的酪氨酸激酶受体与生长因子受体结合蛋白2（Grb2）的SH2结构域结合。同时，Grb2的SH3结构域募集SOS蛋白形成复合物，将SOS蛋白定位于胞质膜[7]。定位于膜上的SOS蛋白催化RAS与GTP结合（见图1）。RAS-GTP可激活下游通路，其中最重要的是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路[8]。

图1 RAS蛋白的激活过程[2]Figure 1 Process of RAS activation

三种RAS蛋白突变（包括KRAS、NRAS和HRAS这3种常见突变亚型）中，KRAS蛋白最易突变[2]。其与胰导管腺癌、大肠腺癌、肺癌的发生密切相关。KRAS基因编码KRAS4A和KRAS4B。KRAS4A正向调控肿瘤细胞的应激反应[3]。人类肿瘤中KRAS4B普遍存在且高表达[9]。肿瘤微环境中KRAS蛋白通过调节己糖激酶1（HK1）和乳酸脱氢酶A（LDHA）的表达来加快葡萄糖的摄取及能量代谢的过程，帮助肿瘤细胞更好地生存[10]。在KRAS突变中，已发现G12存在15种不同的点突变。其中，G12D突变频率最高，其次是G12V（约占28%）、G12C（约占14%）[11]。不同的KRAS突变与不同信号通路的激活相关，一般G12V和G12C突变与Ral GTPase（RAS信号传导的一个重要下游中介物[12]）下游信号传导相关；G12D突变易激活PI3K通路[13]，促进肿瘤发展。在白血病中，KRAS G12D的突变不仅可以激活下游通路，还可激活NRAS和HRAS的表达，加重病情[14]。

2 KRAS抑制剂耐药性的成因

目前，人们已发现KRAS抑制剂的耐药现象。其原因可归纳为以下两点。

1）产生旁路机制耐药。KRAS G12C抑制剂处理后可产生一部分新细胞。这些细胞保持在KRAS突变激活但对药物不敏感的状态[15-16]。有研究表明，这种耐药性与细胞的EGF受体（EGFR）和Aurora激酶信号转导相关[15]，且EGFR过表达导致的受体酪氨酸激酶（RTK）的反馈激活与KRAS抑制剂MRTX849的耐药相关[17]。鼠类肉瘤病毒癌基因同源物B1（BRAF）受RAS调控，与丝裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）的激活相关。但BRAF V600突变可独立激活MAPK通路，促进肿瘤生长[18-19]。抑癌基因NF1与PTEN的功能缺失突变可导致MAPK通路的过度激活[5]及PI3K/Akt通路的抑制解除[20]。在发生上皮间充质转化（EMT）的细胞中，PI3K/Akt通路也可由胰岛素样生长因子受体（IGFR）-胰岛素受体底物1（IRS1）通路激活，导致细胞对KRAS G12C抑制剂产生耐药现象[21]。局部黏着斑激酶（FAK）与肿瘤细胞的侵袭、转移及增殖相关[22]，同时FAK也是KRAS下游的信号。有研究发现，KRAS G12C抑制剂可激活FAK，进而激活下游信号通路[23]，使细胞出现耐药。

2）与组织学转化相关。肺癌的组织学分型转变可诱导肿瘤产生耐药现象[24]。在肺腺癌研究中发现，肺腺癌组织向鳞状细胞癌组织的转化促进细胞耐药[25]。

SOS1是RAS信号通路的上游节点。有研究发现，减少SOS1的表达或抑制其活性可降低KRAS突变细胞的增殖率及存活率[26]。因此，靶向SOS1的抑制剂不仅可用于治疗KRAS突变的肿瘤，还可克服KRAS抑制剂引发的耐药现象[27]。

3 SOS1蛋白的生物学功能及其在肿瘤发生中 的作用

3.1 SOS1的结构及其功能

SOS蛋白在人体中存在2个同源的亚基SOS1和SOS2[2]。这2个亚型具有不同的功能。在皮肤疾病方面，SOS1和SOS2都参与角化细胞的增殖和生存[28]。信号调节方面，SOS1优先参与细胞外调节蛋白激酶（ERK）的调节，SOS2主要参与PI3K信号的激活[28-29]。敲除SOS2基因的成年小鼠可以存活和繁殖[30]，只是其毛囊中的干细胞数量显著减少[29]，但敲除SOS1基因的小鼠发生胚胎致死现象[31]。因此，SOS1的生理学功能似乎更重要，大多数功能研究都集中于分析SOS1的功能。

SOS1蛋白具有多个结构域，其中包括HD、DH、PH、HL、REM、CDC25H以及PR[32-33]。其中，REM是变构位点，受RAS-GTP调控。CDC25H是催化位点，通过调整自身螺旋发卡的方向促进GDP向GTP的转换。REM、CDC25H以及PR共同参与RAS-GTP的形成。PH则与SOS1的膜定位相关。处于静息状态时，DH、PH和PR构成一个自身抑制模块[26]，该模块可阻断REM结构域的结合位点并抑制CDC25H结构域的催化活性，从而抑制SOS1的生理学功能。当SOS1的REM结构域受到RASGTP的激活，其自身抑制状态解除，恢复GEF功能，这是SOS1受正反馈调节的激活机制[5]。有研究发现，SOS1 W729位点突变可破坏变构位点与RAS的结合[33]；SOS1 F929位点突变可以破坏CDC25H结构域的催化活性以及影响SOS1的膜定位[33-34]。SOS1的膜定位对其生物学功能的发挥具有重要作用。帮助其定位的Grb2蛋白有2个结构域——nSH3和cSH3。这2个结构域分别与SOS1蛋白PR结构域中的PVPPPVPPRRRP和PKLPPKTYKREH多肽有高亲和力[34]，破坏上述多肽将严重影响SOS1的生物活性。这一点在乳腺癌细胞的增殖中很关键[35]。SOS1 S1178位点也是SOS1膜定位的关键位点，该位点的磷酸化可阻断Grb2与SOS1的结合，使SOS1膜定位遭到破坏[36-38]。

3.2 SOS1蛋白与癌症

SOS1蛋白在RAS相关疾病（如努南综合征）中被大量关注[39]，近来也有学者发现SOS1参与不同肿瘤的发展。

在肺腺癌中，SOS1突变与肿瘤的发生相关[14,32]。c-MYC基因是一种致癌基因，受MAPK通路信号的调控，并且c-MYC与胞内有氧糖酵解的过程相关[39]，而有氧糖酵解释放的能量正是肿瘤细胞优先利用的能量。因此，c-MYC基因的表达与肿瘤细胞的增殖相关。突变的SOS1不仅可以上调RAS相关基因的表达、激活MAPK通路，还可以上调c-MYC的表达[32]，促进肿瘤细胞的增殖。也有研究发现，未突变的SOS1蛋白高表达也可促进肺癌细胞在体外的增殖[40]，这一点在急性髓系白血病细胞中也有体现[41]。

在胃癌中，SOS1可促进肿瘤细胞的恶性发展。这一过程主要与ErbB2/HER2信号通路的活化相关[42]。SOS1被RUNX相关转录因子1（RUNX1）反式激活，增强ErbB2/HER2信号通路的活化，促进胃癌细胞的恶性发展[42]。使用RUNX1抑制剂可有效抑制胃癌细胞的恶性发展。

在卵巢癌中，SOS1蛋白主要与肿瘤细胞的侵袭转移相关。SOS1蛋白与ABI1和EPS8形成复合物，该复合物是卵巢癌细胞转移的关键[43]。目前研究发现，TAT-p+p-8肽可通过抑制SOS1/EPS8/ABI复合物的形成，降低卵巢癌细胞侵袭转移的能力[43]。SOS1也可通过激活核因子κB（NF-κB）通路和Snail的转录诱导人卵巢癌HEY细胞骨架重排，促进细胞的侵袭转移[44]。SOS1不仅参与卵巢癌细胞的侵袭转移，也可通过促进c-Met通路的信号转导，参与乳腺癌细胞的生长、侵袭等过程[45]。

在胶质母细胞瘤中，SOS1蛋白的高表达不仅可以降低T98G细胞对miR-152-3p（一种miRNA）和顺铂联合用药的敏感程度，也与miR-152-3p治疗胶质母细胞瘤的脱敏性相关[46]。因此，检测SOS1蛋白的表达量在临床治疗中具有一定意义。

综上所述，SOS1蛋白的促瘤作用不仅与其激活MAPK及其下游通路相关，还与其自身蛋白水平的高表达相关。因此，靶向SOS1的药物既可以抑制RAS蛋白的激活，又可以抑制SOS1蛋白的功能，从而抑制肿瘤细胞的恶性进程。

4 靶向SOS1的小分子抑制剂

4.1 NSC-658497

NSC-658497是一种可阻断SOS1与RAS相互作用的先导抑制剂。在微摩尔级别呈剂量依赖地抑制SOS1GEF的活性。NSC-658497与SOS1的催化位点结合，阻断SOS1与RAS Switch II区域的相互作用。NSC-658497与SOS1结合的关键位点为I825、T828、T829和Y912。NSC-658497的芳香族苯并吡喃和极性硝基苯基是抑制SOS1活性的关键。NSC-658497不仅可以抑制突变型RAS细胞的增殖，同时还可抑制表达野生型KRAS的肺癌和卵巢癌细胞的生长[47]。作为早期的先导分子，研究者仅对NSC-658497进行了构效关系的研究，但目前尚未报道其在动物实验中的研究结果。

4.2 BAY-293

BAY-293是由拜耳公司通过高通量片段筛选得到的喹唑啉类抑制剂，其可破坏KRAS G12C与SOS1蛋白的结合（IC50= 21 nmol · L-1）。10 μmol · L-1BAY-293在KRAS突变的细胞系中，可抑制胞内50% p-ERK1/2的表达。在野生型的KRAS细胞中，MAPK通路也可被BAY-293抑制。在体外实验中，BAY-293与KRAS G12C抑制剂ARS-853可协同抑制肿瘤细胞的增殖。目前尚未查询到与该化合物相关的临床研究[48]。

4.3 BI-3406

BI-3406由勃林格殷格翰公司开发，是一种口服有效且具有选择性的SOS1抑制剂。与BAY-293相同，该化合物母核也是喹唑啉。喹唑啉环以π-π堆叠的方式与SOS1的His 905位点结合，甲氧基阻断SOS1 Tyr 884位点与KRAS Arg 73位点的结合。因此，BI-3406可阻断SOS1与KRAS的蛋白-蛋白相互作用。并且，BI-3406可抑制KRAS G12/G13/Q61突变细胞或野生型细胞内的p-ERK1/2（IC50为17 ～ 57 nmol · L-1），相比于Q61位点突变，G12和G13位点对BI-3406更敏感。然而，BI-3406并不能抑制野生型KRAS细胞的增殖；同时，一些KRAS突变且BRAF也突变的细胞（如HT-29细胞、A375细胞）对BI-3406的治疗也不敏感。因此，BI-3406单药治疗的效果是有限的，需要和其他抑制剂联用。有文献报道，BI-3406与MEK抑制剂联用，可增强肿瘤细胞对MEK抑制剂的敏感程度[5,49]。两药联用，可在体外显著抑制人胰腺癌MIA PaCa-2细胞（KRAS G12C）和人结肠癌DLD-1细胞（KRAS G13D）的增殖。在小鼠PDX模型中进行的体内研究也证明了同样的结果。并且，联合用药还可抑制小鼠体内原本对BI-3406不敏感的KRAS Q61突变细胞的增殖[5]。勃林格殷格翰公司并未申报BI-3406的临床研究，而是开展了其衍生物BI-1701963的临床研究。

4.4 BI-1701963

BI-1701963是首款进入Ⅰ期临床研究的SOS1抑制剂。BI-1701963通过与SOS1催化区域结合，可抑制SOS1与KRAS-GDP的结合，减少KRASGTP的形成，从而抑制MAPK信号通路的激活[50]。在结肠癌和胰腺癌的小鼠PDX模型中，BI-1701963与trametinib联用均可抑制KRAS G12V肿瘤生长。在结肠癌PDX模型中，BI-1701963与AMG510联用可显著抑制KRAS G12C肿瘤的生长，且联用效果优于AMG510或BI-1701963单独使用；BI-1701963与MRTX849联用可缩小KRAS G12C肿瘤体积，而单用MRTX849只能抑制该肿瘤的生长。BI-1701963与irinotecan联用可上调细胞内yH2AX蛋白（与DNA损伤相关）和Caspase 3蛋白的表达。在小鼠CDX模型中，BI-1701963与irinotecan联用对KRAS G12C、KRAS G12V及KRAS G13D肿瘤细胞都有显著的抑制效果；并且，联合用药还可缩小KRAS G12C和KRAS G12V肿瘤体积，而irinotecan或BI-1701963单独使用只能抑制肿瘤生长。在EGFR突变肿瘤中，有研究者发现奥希替尼与BI-1701963联用与奥希替尼单药相比，显著抑制MAPK通路和PI3K/AKT信号通路的激活[49]。

综上，BI-1701963不仅可以抑制KRAS突变肿瘤的增殖，也可增强肿瘤细胞对KRAS G12C抑制剂或irinotecan的敏感性。目前已开展多项临床试验，包括BI-1701963与trametinib联用（NCT04111458）、与BI-3011441联用（NCT04835714）、与MRTX849联用（NCT04975256）、与irinotecan联用（NCT04627142）和与BI-1823911联用（NCT04973163）治疗不同类型KRAS突变实体瘤的研究，除第一项研究外其余均处于招募阶段，目前尚未报道相关临床研究结果。

5 结语

SOS1是研究最充分的GEF，其在KRAS的激活中具有重要功能。目前在研的SOS1抑制剂大多数是小分子抑制剂，且结合靶点主要在His 905位点，药物分子通过占据这个位点阻断SOS1与KRAS的相互结合从而达到抑制KRAS激活的目的。目前SOS1抑制剂的临床研究报道甚少，即使是已进入临床的BI-1701963，其公开披露数据也不多，疗效和潜在毒性尚不明确。继续寻找高靶向性、低毒性的SOS1抑制剂是该类药物后续研究的重点；此外，基于RTK/RAS/MAPK通路复杂的调控机制，临床中单独使用SOS1抑制剂可能很难有效控制肿瘤的生长，探索联合用药的抗肿瘤效果也是未来研究的重要方向之一。