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作为最强的促癌基因，KRAS激活突变自1982年发现以来，已经过去了40多年。
然而靶向KRAS突变的第一款药物，直到三年前才获批上市。不过，药物虽然已经出现，但是治疗效果却不尽如人意。
在接受治疗的患者中，对药物有反应的患者不足50%；即使是那些有反应的患者，大多也会在半年之内发生耐药且癌症复发[1]。
药物的疗效不够好，说明了一个问题：我们对KRAS突变驱动癌症发生发展的机制，仍没有认识清楚。
近日，由美国国家癌症研究所Douglas R. Lowy和Brajendra K. Tripathi领衔的研究团队，在著名期刊《自然·癌症》上发表了一篇研究论文[2]，揭示了一个出人意料的RAS促癌新机制。
他们发现了一个基础的、致癌的、非典型的RAS-GTP活性功能，它能增加依赖于核输出蛋白1（XPO1）的核组蛋白赖氨酸甲基转移酶EZH2向细胞质输出，这会导致重要抑癌蛋白被降解，进而促进癌症的进展。
值得注意的是，他们还证实，RAS的这一促癌活性独立于经典的PI3K/AKT和RAF/MEK信号通路。更重要的是，这个研究不仅指出了MEK抑制剂和PI3K抑制剂等经典RAS信号传导抑制剂疗效有限的潜在原因，还指出了RAS抑制剂联合疗法新思路。
▲ 论文首页截图
Lowy/Tripathi团队发现这一全新机制也属于偶然。
一直以来，他们都在研究一个重要抑癌基因——肝癌缺失基因1（DLC1）。在2021年的时候，他们在肺癌中发现，细胞质中的EZH2会甲基化DLC1的一个特定赖氨酸残基，导致DLC1通过泛素化途径降解，而且这一过程可能与KRAS有关[3]。
这一发现让Lowy/Tripathi感到非常奇怪。因为从名字就可以看出，组蛋白赖氨酸甲基转移酶EZH2其实是个核蛋白，那它怎么会跑到细胞质里面去消灭抑癌蛋白呢？
他们先找到了核输出蛋白1（XPO1），因为它负责大多数核蛋白进入细胞质，而且也在EZH2中发现了与XPO1互作的核输出信号。于是，他们用XPO1特异性抑制剂selinexor处理A549非小细胞肺癌细胞系，结果发现细胞质中检测不到EZH2了，而细胞核中EZH2的未受干扰。
考虑到他们三年前的研究还发现了KRAS的身影，他们又在携带KRASG12S突变的A549细胞系中，测试了敲除KRAS对EZH2的影响。他们发现，无论是敲除KRAS还是抑制XPO1，都会导致细胞质中EZH2减少，以及抑癌蛋白DLC1的水平增加。而且，与单独抑制相比，联合抑制XPO1和KRAS不会进一步增加DLC1蛋白水平，这表明XPO1和KRAS可能在一条线上。
此外，在携带KRASG12C突变型的NCI-H23肺癌细胞系中，KRAS-G12C特异性抑制剂sotorasib与XPO1抑制剂联用，也会导致细胞质中EZH2减少。
不难看出，KRAS确实在调控细胞质中抑癌蛋白DLC1的水平。
▲ KRAS对细胞质中EZH2和DLC1的影响
既然KRAS牵涉其中，Lowy/Tripathi团队很自然就想到了KRAS下游的两条经典信号通路——MAPK和PI3K信号通路，毕竟绝大多数RAS的致癌活性被认为是由二者介导的。
然而，出人意料的是，无论是单独使用MEK抑制剂（U0126-ethanol）或PI3K抑制剂（wortmannin），还是二者联合处理携带KRASG12C突变的人肺腺鳞癌细胞系H1703，都并不影响细胞质中EZH2或DLC1蛋白水平。相比之下，XPO1抑制剂增加了DLC1蛋白水平。
基于以上结果，Lowy/Tripathi团队认为KRAS对XPO1依赖性信号通路的影响，独立于经典KRAS信号通路。
▲ KRAS对XPO1依赖性信号通路的影响，独立于经典KRAS信号通路
接下来的问题是，KRAS究竟是如何通过XPO1影响了细胞核蛋白往细胞质中输出。
Lowy/Tripathi团队的研究结果显示，整个过程可以分成四步：第一步，Ras相关核蛋白（Ran）·GTP、XPO1和需要运输的靶蛋白EZH2，会在细胞核中形成三聚体蛋白复合物Ran·GTP-XPO1-EZH2；第二步，三聚体蛋白复合物会经由核孔复合体（NPC）穿过核孔，并与核孔复合体暴露在细胞质中的部分NUP358结合；第三步，细胞质中的RAS-GTP会与Ran·GTP酶激活蛋白1（RanGAP1）形成复合物，促进Ran·GTP向Ran·GDP水解，并将EZH2释放到细胞质中；第四步，细胞质中的EZH2会将抑癌蛋白DLC1甲基化，然后使其泛素化并降解。
不难看出，XPO1抑制剂在细胞核内抑制了三聚体蛋白复合物的形成，进而抑制EZH2进入细胞质；而KRAS抑制剂则通过抑制KRAS-RanGAP1复合体的形成，抑制EZH2的释放，进而保全抑癌蛋白DLC1。
▲ 机制示意图
在研究机制的过程中，Lowy/Tripathi团队还发现，GTP结合形式的KRAS优先结合RanGAP1；而且与野生型KRAS相比，RanGAP1与突变型KRAS-G12C和KRAS-G12D的结合更强。
此外，考虑到人肺癌中抑癌蛋白DLC1的活性降低还与AKT和SRC激酶有关[4]，因此Lowy/Tripathi团队测试了KRAS抑制剂联合AKT抑制剂和SRC抑制剂的抗癌效果，结果发现三者联合抗癌效果最强。
▲ KRAS抑制剂联合AKT抑制剂和SRC抑制剂，抗癌效果更好
总的来说，Lowy/Tripathi团队发现了一种以前未被描述过的RAS与RanGAP1构成的复合物，并证实RAS参与了核蛋白往细胞质转运的过程，揭示了KRAS促癌的全新机制。
Douglas R. Lowy和Brajendra K. Tripathi认为，他们这一发现至少有两个临床价值。首先，它部分解释了经典RAS信号通路抑制剂（如MEK抑制剂和PI3K抑制剂）临床疗效有限的原因；其次，将SRC抑制剂与KRAS抑制剂联用，可能会提升KRAS抑制剂的抗癌效果。
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参考文献：
[1].Klomp JE, Diehl JN, Klomp JA, et al. Determining the ERK-regulated phosphoproteome driving KRAS-mutant cancer. Science. 2024;384(6700):eadk0850. doi:10.1126/science.adk0850
[2].Tripathi BK, Hirsh NH, Qian X, et al. The pro-oncogenic noncanonical activity of a RAS•GTP:RanGAP1 complex facilitates nuclear protein export. Nat Cancer. Published online November 11, 2024. doi:10.1038/s43018-024-00847-5
[3].Tripathi BK, Anderman MF, Bhargava D, et al. Inhibition of cytoplasmic EZH2 induces antitumor activity through stabilization of the DLC1 tumor suppressor protein. Nat Commun. 2021;12(1):6941. Published 2021 Dec 3. doi:10.1038/s41467-021-26993-3
[4].Tripathi BK, Anderman MF, Qian X, et al. SRC and ERK cooperatively phosphorylate DLC1 and attenuate its Rho-GAP and tumor suppressor functions. J Cell Biol. 2019;218(9):3060-3076. doi:10.1083/jcb.201810098
本文作者丨BioTalker
