KRAS基因

KRAS是制造K-Ras蛋白质的基因。是1960年代沃纳·克尔斯滕在柯氏鼠类肉瘤病毒（Kirsten RAt Sarcoma virus）中发现的，故名“KRAS”。KRAS基因也称为“柯氏鼠类肉瘤病毒基因”或“克尔斯滕大鼠肉瘤基因”。人类的KRAS基因位于12号染色体短臂12p12。

于1982年杰佛瑞·库珀与 罗伯特·温伯格在癌细胞中发现了活化形式，为第一次在人类确认的致癌基因。KRAS基因属“原致癌基因”。此原癌基因是哺乳动物 Ras 基因家族中 “Kirsten ras 致癌基因”的同源物。

KRAS 基因编码的K-Ras蛋白质属于Ras超家族中的一种P21/Ras水解酶，是一种小分子量的 GTP 酶（鸟苷三磷酸水解酶）。

正常的K-Ras 蛋白质在活化态与非活化态间交替。结合GTP（鸟苷三磷酸）的K-Ras 蛋白质为活化态，一旦GTP转为GDP（鸟苷二磷酸）时为非活化态。活化态的KRAS-GTP复合物参与早期讯号传导路径。讯号链将细胞表面受体的讯号一路传递到细胞核内，指示细胞增殖（生长和分裂）以及分化（成熟并承担专门的功能），调控基因表达、调控细胞生长、分化和凋亡等过程。K-Ras 蛋白具GTP 酶性质，会将结合的 GTP转化为 GDP而去活化。

KRAS基因突变会导致变异的K-Ras蛋白持续结合GTP，保持活化不受控，持续引发一系列的蛋白激酶，造成更多细胞核转录因子的磷酸化，促使细胞成长分裂。即使细胞表面受体没有接到讯号，细胞内也会出现过度活跃的讯号传递导致细胞不受控制的增殖，造成癌细胞的异常增殖和存活。

在所有人类恶性肿瘤中，有20 %存在 Ras基因的突变，尤其是KRAS。KRAS是所有肿瘤中突变频率最高的致癌基因。

三种最常见会有 KRAS 突变的肿瘤分别为胰脏癌 (90%)，大肠直肠癌 (50%)，非小细胞肺癌(17%)。

有 KRAS 突变的肿瘤预后较差，在治疗中容易产生抗药性。

作为一个在人类癌症中高频率突变的基因，KRAS基因是标靶治疗的主要研究目标。

## 正常功能

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K-Ras蛋白就像一个开关，由GTP和GDP分子控制。它必须与GTP分子结合才能活化传递讯号。当K-Ras蛋白将GTP转化为GDP时，它就处于关闭状态。当K-Ras蛋白与GDP结合时，不会传递讯号。

人类的 KRAS基因位于12 染色体上(位址 12p12.1)，它有一个5′非转译区的外显子和四个编码外显子，共有188-189

个氨基酸编码。

K-Ras蛋白的分子量为 21千道尔顿，位于细胞膜的内面，以C-末端的法尼基化（Farnesylation）与细胞膜相连。

承接上游受体酪氨酸激酶的刺激，向下结合反应蛋白(如Raf和PI3K)传递讯息，促使细胞的周期进展，以及细胞分化生长，改变细胞骨架。

当表皮生长因子与细胞膜上的表皮生长因子受体（EGFR）结合，会促使K-Ras蛋白质结合GTP而活化，进而引发一系列的讯息传递

到细胞核内，活化细胞核转录因子，调控细胞成长及分化。当 KRAS基因突变时会导致其编码的蛋白质持续结合GTP而异常的活化，即不受生长因子受体的调控，也造成“EGFR”之标靶治疗无效。

人类的 RAS 基因家族包含 KRAS、HRAS 与NRAS。这些蛋白的调控方式相同，但它们在细胞内的作用位点似乎有所不同。

在基因正常未突变的情境，RAS 家族（KRAS、NRAS 和 HRAS）中的RAS蛋白质在非活化态（与 GDP 结合）与活化态（与 GTP 结合）之间循环。

K-Ras蛋白与 GTP 结合成活化状态。它具有内在的酶活性，能够将 GTP转化为 GDP而去活化。GTP转化为 GDP通常很慢，但可以透过 GAP类辅助蛋白(GTP 酶活化蛋白，例如 RAS p21 protein activator 1 ) 显著加速转化到非活化态。又K-Ras蛋白如果与GEF类蛋白(鸟嘌呤核苷酸交换因子，如 SOS1 ) 结合，则可以加速释放GDP进入下一轮结合胞质溶胶中的 GTP成活化态的 K-Ras蛋白-GTP复合体，接着释放 GEF，进入下一轮转化 GTP为 GDP的循环。

K-Ras蛋白质以蛋白质动力学作为一个分子开关。一旦被异位调节活化，它就能招集并活化传播生长因子信号，以活化其他细胞信号传送受体所需的蛋白质例如 c-Raf 和 磷酸肌醇3-激酶（PI3K）。KRAS 有正调控（Upregulation）GLUT1 葡萄糖转运蛋白，会促进癌细胞中的瓦氏效应。

## 突变的临床影响

KRAS 基因突变会导致 K-Ras蛋白持续活化，进而促进肿瘤的发生和发展。这种突变是人类癌症中最常见的主驱动基因突变之一。KRAS的过度表现也与癌细胞转移能力有关。

KRAS基因属哺乳动物Ras基因家族中“柯氏鼠类肉瘤病毒致癌基因”的同源物。

KRAS基因的突变常为点突变，即单一氨基酸替换，特别是单一核苷酸替换，导致K-Ras蛋白功能不正常，GTP水解功能受损。这些变异的蛋白质在没有“配体与表皮生长因子受体结合”的讯号下持续活化。KRAS突变有不同类型，致癌突变点最常见的位置是位于第一外显子12号密码子（如G12C, G12D, G12V）、其次13号（如G13D）、再其次第二外显子61号（如Q61R/H/K）。KRAS基因的突变发生于癌变的早期，然而单独KRAS突变并不足以启动“腺瘤一腺癌序列

”（Adenoma-Carcinoma Sequence）。

KRAS基因的突变与多种恶性肿瘤有关，包括肺腺癌、黏液性腺瘤、胰脏管腺癌和大肠直肠癌。有几种生殖细胞系的KRAS突变则与努南氏症候群和心脸皮肤症候群有关。在白血病、大肠直肠癌、胰脏癌和肺癌中的KRAS突变则是发生在体细胞。

### 抗药性

当突变 KRAS 被抑制，部分癌细胞会“唤醒”其他 KRAS 家族成员，重新启动细胞增殖；部分癌细胞则启动 DNA 修复基因，加速修补受损基因。这些改变让癌细胞有抗药性，甚至衍生新基因突变。抗药性癌细胞通常会更依赖 DNA 修复机制。尤其 CDK12 与 CDK13 两种蛋白激酶。研究显示，使用 蛋白激酶抑制剂，如 SR‑4835，可导致抗药性癌细胞无法顺利细胞分裂，最终癌细胞死亡。同时使用KRAS抑制剂与蛋白激酶抑制剂，可能增加副作用与交互作用风险，可能波及正常细胞。

突变后的 KRAS 蛋白也会影响癌细胞对标靶治疗和化学治疗等的反应。

### 大肠直肠癌

在大肠直肠癌约 50% 可发现KRAS基因突变，90%的KRAS突变位于第12位和13位密码子，90%中约70%发生于第12位, 30%发生于13位密码子。少部分发生于第61、63位密码子。

KRAS的突变会导致“表皮细胞生长因子受体”单株抗体的标靶疗法无效。KRAS突变后影响之程度受突变发生的顺序影响很大。原发的 KRAS 突变通常只会导致自限性、增生型或边缘型之病变，但如果 KRAS突变发生在 APC基因突变之后，则往往会进展为癌症（腺瘤一腺癌序列）。KRAS基因突变发生在结直肠癌症发生的早期阶段。盲肠比其他部位的大肠直肠癌有更高的 KRAS突变率。在大直肠癌肝脏转移的术后复发中，具G12V、G12C 或 G12S 突变者与较差的存活期有相关。

研究显示, 原发大肠直肠癌和转移癌的KRAS基因状态保持高度一致。KRAS基因状态也不会因治疗而改变。

#### EGFR 标靶治疗

随着 irinotecan （伊立替康）、 oxaliplatin （奥沙利铂）等化疗药物以及“EGFR”单株抗体标靶疗法，大肠癌的中位存活期已延长至20个月以上。

表皮生长因子受体(EGFR)的单株抗体，能与细胞膜表面EGFR结合, 阻挡了表皮生长因子的信号下传。对于转移性结直肠癌的患者，若 KRAS基因没有突变，则化疗合并标靶治疗会比单独化疗更有效。“表皮细胞生长因子受体”单株抗体的标靶药品，有 bevacizumab（商品名 维必施®， Vectibix®，帕尼单抗）和 cetuximab（尔必得舒®，Erbitux®，西妥昔单抗）。

K-ras蛋白是EGFR讯号路径下的传递者。患者若有 KRAS基因突变，K-ras蛋白可持续活化不受控，持续讯号传递，即使给了单株抗体阻止EGFR，仍然不能阻止讯号传递，癌细胞仍旧持续生长。所以RAS基因若有突变，则预测 EGFR标靶药物无效。

对于使用“EGFR单株抗体”标靶药物的大肠直肠癌患者，预测药物反应的最可靠方法是检测 KRAS基因中是否有特定突变。在 50% 的结直肠癌中有KRAS突变，这些患者对维必施或尔必得舒的治疗会无效。

在治疗期间发生 KRAS突变是标靶治疗出现抗药性的常见因素。研究建议将早期启动MEK抑制剂当作治疗的策略之一，以延缓或逆转抗药性的发生。

临床研究表明，癌细胞若有KRAS突变表示对“EGFR”单株抗体的治疗会有抗药性，因此，美国国家综合癌症网络、美国临床肿瘤学会和欧洲药品评估机构制定的结肠癌和直肠癌医学指南，规范只限没有KRAS突变的患者才适合接受EGFR抗体之标靶治疗。

#### KRAS 扩增

KRAS基因扩增（amplification，基因的拷贝数增加）可导致其蛋白质过度表达，进而促进癌症生长。

带有这种 KRAS 基因扩增的肿瘤对“表皮细胞生长因子”单株抗体的标靶治疗没有反应。尽管 KRAS扩增在结直肠癌中并不常见，但可能是部分患者对EGFR标靶治疗无效的原因。在卵巢癌、胃癌、子宫癌和肺癌中也可发现野生型 KRAS的扩增。

### 肺癌

KRAS 突变是非小细胞肺癌 (NSCLC) 中最常见的致癌基因突变。KRAS突变状态在非小细胞肺癌的预后上仍有争议

KRAS基因和EGFR基因(表皮生长因子受体)的突变通常是互斥的。对于有 KRAS突变而 EGFR为野生型的肺癌患者来说，使用 EGFR拮抗剂，例如 Erlotinib（得舒缓®，厄洛替尼）或 Gefitinib（艾瑞莎®，吉非替尼）的反应率低，估计为 5% 或更低。而患者若有“表皮生长因子受体 (EGFR)”基因突变，则可以预测对得舒缓或艾瑞莎的反应较好。有报告患者有EGFR突变，其对得舒缓的反应率为 60%，延长了几乎一倍的存活期。

Sotorasib (洛满舒®，Lumakras)针对 KRAS基因在 G12C 的突变，是首个核准用于 KRAS 突变癌症患者的标靶疗法。KRAS 突变约占非小细胞肺癌突变的 25%，G12C 突变发生于约 13% 的非小细胞肺癌患者。

美国食品药物管理局及欧洲联盟核准“sotorasib”用于接受过一线治疗且具有 RAS G12C 基因突变，无法开刀或已转移的非小细胞肺癌病人，当作第二线治疗。

### 胰脏癌

超过 90% 的胰脏管腺癌有KRAS基因的突变。

虽然 KRAS G12 突变，例如G12C、G12D、G12V等，在胰脏癌中很常见，但只有 1-2% 的胰脏癌患者为 G12C 突变，这限制了针对 KRAS G12C 突变的“sotorasib”在胰脏癌的应用。而另一种 KRAS 抑制剂 “MRTX1133” 则针对 G12D 突变，该突变存在于超过 40% 的胰脏管腺癌中，目前正在进行包括胰脏腺癌在内的实体肿瘤治疗的临床试验。

## KRAS 检测

KRAS突变并非单一形式，而是存在多种亚型，其中最常见的包括 G12C、G12D、G12V 和 G13D 等。不同亚型的 KRAS 突变可能具有不同的生物学特性和对治疗的反应。例如，KRASG12C突变在非小细胞肺癌中发生率为13-15%，而在大肠直肠癌中，只占 3%~5%。针对G12C突变的标靶药物已获得批准上市。然而，KRASG12C并不是常见的突变亚型。

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G12D 是最常見的突變，佔 28%。G12V 是第二常見的突變，佔 22%。G12C 佔突變總數的 15%<ref></ref>。
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KRAS基因突变最好用肿瘤组织进行检测,其次使用切片标本, 或(周边血)（液态切片）检测血液中的癌细胞或DNA片段（循环肿瘤DNA，ctDNA），来评估癌细胞的基因组特征。液体活检可以用于检测 KRAS 突变，监测肿瘤的治疗反应，以及肿瘤的复发。大肠直肠癌原发肿瘤及转移肿瘤其 KRAS基因状态基本上相同, 所以可以二者之一测定。基因检测的方法很多

,各有优缺点。

KRAS 突变与结直肠癌的预后有关。一般而言，KRAS 突变的结直肠癌患者对传统化疗的反应较差，生存期也较短。检测结直肠癌细胞中KRAS基因的突变。也有助于识别转移性大直肠癌患者是否受益“表皮细胞生长因子受体”的单株抗体标靶治疗，如 Erbitux。如果检测到 KRAS基因突变，则表示 EGFR标靶治疗无益。

EGFR的单株抗体标靶治疗是用于治疗转移性结直肠癌。2009年7月，美国食药局更新了两种药物－ Vectibix和 Erbitux的药品说明书。

明确指出，由于此类药物对 KRAS突变的患者无效，因此要求对所有转移性大肠直肠癌患者在使用 Vectibix和 Erbitux前必须先进行RAS（KRAS/NRAS）基因检测，以确认属野生型不存在突变，从而确保治疗有效并避免无谓的副作用。

### 全 RAS 基因检测

KRAS基因检测最早仅于12和13密码子，后续则逐渐增加了其他突变位点

检测。目前，NRAS基因的12、13、59、61、117和146密码子也作为使用EGFR单株抗体的标靶治疗之前检测的项目，也就是所谓的全RAS基因检测（All-RAS Gene Testing）。

目前用于转移性大肠直肠癌的标靶药物有二类,血管新生因子受体（VEGF）及表皮细胞生长因子受体（EGFR）的单株抗体。如果RAS基因出现了变异，那么EGFR单株抗体的标靶药物会没有效。只能选择 VEGF受体的单株抗体。所以转移性的结直肠癌患者联合使用EGFR单株抗体标靶治疗与化学治疗之前，先确认KRAS基因和NRAS基因均为野生型。

## 作为治疗标靶

KRAS基因突变致使KRAS蛋白过度活化是20%的人类癌症发病的基础机制，使得KRAS成为癌症治疗研发的标靶。然而，进展一直缓慢，长久以来被认为是“不可成药”（Undruggable），因为KRAS蛋白表面光滑、缺乏明确结合位点、功能机制隐蔽，难以设计小分子药物进行靶向。此外，它 GTP的亲和力高，使得竞争性抑制剂的开发困难。KRAS 突变不仅影响肿瘤细胞的生长，还会影响肿瘤微环境的组成和功能。KRAS 突变可以促进肿瘤血管的生成，抑制免疫细胞的浸润，从而促进肿瘤的生长和转移。因此，针对 KRAS 突变的标靶治疗需要考虑肿瘤微环境的影响，开发能够调节肿瘤微环境的联合治疗策略。

标靶疗法之设计：直接抑制突变的KRAS蛋白、抑制 KRAS蛋白转活化（KRAS-off 抑制剂）、抑制活化态的 KRAS蛋白（KRAS-on 抑制剂）。

治疗策略包括

- 合并组合疗法

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為了提高療效，將各種療法做組合，如合併 EGFR/MAPK 途徑上的其他標靶藥物，合併免疫檢查點抑制劑，合併化療。KRAS G12C 抑制劑是首先上市的針對KRAS致癌基因突變之藥物。因其副作用是可接受的，因此使得合併其他療法來增進療效變的可行，目前有許多臨床試驗正在進行。
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不可逆共價結合突變位點的[[殘基]]（如 G12C），使 RAS-GDP凍結在非活化態。目前核准上市的KRAS抑制劑共有五款，皆為KRAS G12C 的位點特異性共價抑制劑，分別是Sotorasib（2021年美國<ref name="FDA PR 20210528"/>）、Adagrasib（2022/2024年美國<ref> </ref>）、Glecirasib（2025年中國<ref></ref>）、氟澤雷塞（2024年中國<ref></ref>）、格索雷塞（2024年中國<ref></ref>）<ref name=时代财经/>。
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針對 G12D 等突變開展結構導向的非共價抑制劑。可作用於活化或非活化狀態。
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- 针对 KRAS 的下游信号通路

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抑制 KRAS的下游信號通路，例如 SHP2 抑制劑阻斷 SHP2 的活性，抑制 RAS-MAPK 信號通路的傳導。MEK 抑制劑和 ERK 抑制劑等藥物已在臨床試驗中顯示出一定的療效，但單獨使用往往會產生抗藥性。因此，研究將這些藥物與其他療法聯用，以提高療效。
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- 针对 KRAS 的辅助蛋白

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SOS1 是一種名為「鳥嘌呤核苷酸交換因子」（Guanine Nucleotide Exchange Factors, GEFs）的 KRAS 活化輔助蛋白，催化非活性KRAS-GDP複合物解離GDP，結合GTP轉為活性KRAS-GTP複合物。而SOS1 抑制劑，如BI 1701963，將 KRAS蛋白保持在非活性狀態，阻斷下游信號傳導。其治療策略的前景，是與 KRAS 抑制劑聯用，以克服抗藥性並增強療效。 
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- 泛 KRAS 抑制剂

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目前上市的KRAS<sup>G12C</sup>的抑制劑對其他更常見的 KRAS 突變點無效。因此研究開發能夠抑制所有 KRAS 突變體的“泛KRAS抑制劑”（Pan-KRAS）。
```

- 利用“合成致死”

```
兩個別非致死基因在同時被抑制時可導致細胞死亡的現象為「合成致死」。臨床應用有BRCA基因突變與PARP抑制劑的例子。研究尋找與 KRAS 突變具有合成致死性的基因搭檔以開發藥物。例如，一些研究表明，KRAS 突變的癌細胞對某些 DNA 修復抑制劑更加敏感。
```

- 合并免疫疗法

```
免疫療法利用患者的免疫系統來攻擊癌細胞。具有 KRAS突變的腫瘤，其表面有較多的腫瘤新生抗原 (neoantigen)，再加上 KRAS G12C 抑制劑，會引起 CD8<sup>+</sup> T cell，巨噬細胞，樹突狀細胞聚積，這些都有利於合併使用{le|免疫檢查點|Immune checkpoint}}抑制劑<ref></ref><ref></ref>。
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- KRAS 蛋白降解靶向嵌合体

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[[蛋白降解靶向嵌合體]](PROTACs)是雙功能小分子藥物。它利用細胞自身的「泛素-蛋白酶體系統」(UPS) 來標記並徹底降解致病蛋白，而非僅抑制其功能。具有潛力能克服傳統抑制劑的抗藥性並涵蓋更多KRAS突變類型。其結構包含一個結合目標蛋白的配體、一個結合泛素連接酶(E3 ligase)的配體，由一個連接子(linker)相連，形成一個三元複合物，將目標致病蛋白“拉”向E3連接酶，使其被泛素化並送入蛋白酶體被分解。
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### G12C 突变型

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KRASG12C突变发生在约 13% 的非小细胞肺癌，但在胰腺癌中只有1-2%左右。在大肠直肠癌患者中，约占 3%~5%。

2021年，美国食药局批准了Sotorasib (洛满舒®，Lumakras，安进)，用于治疗 KRASG12C 突变的非小细胞肺癌，这是首个上市的 KRAS 抑制剂。第二个上市的是adagrasib（Krazati®，Mirati Therapeutics）。这两个KRASG12C“位点特异性共价抑制剂”具亲电性可与 KRAS 蛋白上G12C 突变位点残基（第12位置突变为半胱氨酸）的亲核硫原子形成不可逆的共价键，从而选择性锁定 KRASG12C于非活化状态，而不会影响野生型 KRAS。临床试验显示，这些药物可以显著缩小肿瘤，并延长患者的生存期。然而，KRASG12C仅占 KRAS 突变的一小部分，而且在使用这些药物后，往往会产生抗药性。抗药性的产生是多因素的，最主要是基因组的多变性和肿瘤的异质性。

另外 JNJ-74699157 则获得研究性新药许可，可以开始临床试验。

另一种 KRAS G12C 抑制剂 divarasib，在 G12C 突变的非小细胞肺癌、结直肠癌和其他实体肿瘤中，完成 Ia/Ib 期剂量递增试验。现进行 I期和 II期研究中。

### G12D 突变型

G12D是最常见的KRAS突变型，估计37%的胰脏癌和超过12%的大肠直肠癌中有此突变。有几种针对G12D突变的药物正在进行临床或临床前试验，包括Zoldonrasib、INCB161734、LY3962673、AZD0022和PROTAC ASP3082。

化合物 MRTX1133 以非共价键结的方式，占据K-Ras蛋白的 swith II pocket使构形改变，抑制结合下游的蛋白质，有进行实体肿瘤的 1/2 期临床试验，然而，该研究已于2025年第一季终止。

2021年，由美国国家癌症研究所赞助的首个针对KRAS G12D突变的基因治疗开始临床试验招募病患。一篇病例报告中，在作过胰十二指肠切除术、放疗和多药联合化疗之后使用针对G12D突变和HLA等位基因的工程化T细胞治疗。一位患者的肿瘤持续消退，另一名患者则死于癌症。

### G12V突变

药物RMC-5127以G12V突变作为标靶，至2025年10月正在进行临床试验。

### 泛KRAS

同时抑制正常型（野生型）或任一突变型 KRAS 的药物。不只针对单一型突变，而是直接锁定活化状态的 KRAS 蛋白，阻断传递生长讯号。

防止肿瘤在突变型 KRAS 被抑制后，改用正常 KRAS 或其他相关路径重新启动讯号。药物如 RMC-7977。

一种针对KRAS的反义寡核苷酸（Antisense therapy）AZD4785已完成I期临床研究，但由于标靶基因敲落效果不佳，于2019年终止了后续研发。

其他研发中的泛KRAS标靶药物，包括daraxonrasib、JAB-23E73、KO-2806、AMG410和胜肽抑制剂LUNA18。

## 外部链接

- KRAS Reference Standards - 了解KRAS参考值更多相关
- GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Cardiofaciocutaneous Syndrome Gene Reviews 上的心脸皮肤症候群
- GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Noonan syndrome Gene Reviews 上的努南氏症候群
- KRAS2+protein,+human 美国国家医学图书馆的医学主题词表 (MeSH)
- P01116 (蛋白质数据库中可用结构资讯的概述)