01KRAS突变的生物学特征 No.1KRAS信号激活与突变机制◆ RAS基因家族:RAS基因家族包括HRAS、KRAS、NRAS,均为癌基因,其中KRAS是癌症中突变最频繁的亚型(占RAS突变的81%),其次为NRAS(15%)和HRAS(4%)。◆ KRAS蛋白:是KRAS基因的产物,属于小GTP酶家族,在活性GTP结合状态(KRAS(ON))和失活GDP结合状态(KRAS(OFF))之间动态转换,调控细胞增殖、生存等信号。图1 KRAS GTPase蛋白序列和结构◆ KRAS激活:上游RTK(如EGFR)通过SOS1促进KRAS-GTP形成,下游激活RAF-MEK-ERK和PI3K-AKT等通路,驱动肿瘤发生。图2 KRAS的激活状态及其对信号通路的影响◆ KRAS突变:KRAS突变占人类癌症的20%以上,通过破坏GTP结合口袋的构象,导致GTP酶活性降低,维持KRAS持续激活状态,驱动肿瘤生长。 No.2KRAS突变类型与表达调控◆ KRAS突变类型与肿瘤分布:KRAS突变中约95%发生在G12位点,其次为G13(3–5%)和Q61(1–2%)。G12突变包括G12C、G12D、G12V、G12R、G12S等,其中G12C、G12D、G12V占所有KRAS突变的60–70%。①G12C:约13%,多见于非小细胞肺癌(12–15%),在结直肠癌(2–3%)和胰腺癌(<1%)中罕见。②G12D:约26%,是结直肠癌(30–40%)和胰腺癌(40–50%)的最常见突变亚型。③G12V:约21%,在子宫内膜癌、卵巢癌中占比可达15–20%。图3 各种癌症类型的KRAS突变率◆ KRAS突变受非编码RNA的调控①长链非编码RNA(lncRNA):lncRNA通过调控染色质重塑和转录因子活性,维持KRAS突变细胞的恶性表型。②微小RNA(miRNA):miRNA通过靶向KRAS的3'UTR或下游通路组件,调节信号传导强度。 No.3KRAS突变对肿瘤微环境与代谢的影响◆ KRAS突变对肿瘤微环境与细胞行为影响①癌相关成纤维细胞(CAFs)重编程:KRAS激活TFCP2,诱导CAFs向脂质富集细胞分化,促进血管生成和肿瘤进展。②免疫微环境抑制:KRAS突变通过分泌TGF-β、IL-6等细胞因子,招募调节性T细胞(Treg)和髓系抑制细胞(MDSCs),形成免疫抑制微环境,削弱抗肿瘤免疫应答。③癌症干细胞(CSCs)维持:KRAS突变激活CDK1,促进蛋白O-乙酰葡糖胺糖基化修饰,上调CSC标志物SOX2,增强肿瘤干细胞的自我更新和治疗耐药性。④巨胞饮作用(MP)激活:KRAS突变激活MP,增强细胞对营养物质的摄取,支持肿瘤在代谢压力下的生存。⑤细胞竞争与侵袭:KRAS突变激活NF-κB-MMP21通路,促进肿瘤细胞对邻近正常细胞的排斥和扩散浸润,增强肿瘤的侵袭性。图4 靶向致癌KRAS驱动的肿瘤中的代谢途径◆ KRAS突变促进代谢重编程①糖酵解与谷氨酰胺利用增强:KRAS突变上调己糖激酶、谷氨酰胺酶等酶活性,促进有氧糖酵解和谷氨酰胺分解,为肿瘤细胞提供能量和生物合成前体。②天冬氨酸代谢依赖:突变型KRAS激活PCK1、ASS1等酶,增强天冬氨酸和尿素循环代谢,维持核苷酸合成和氧化还原平衡,支持细胞快速增殖。图5 受致癌KRAS突变影响的KRAS蛋白和代谢途径 No.4KRAS突变的常用检测技术与局限◆ 检测方法①直接测序法(如Sanger测序):敏感性低(需肿瘤细胞占比≥10–25%),可检测未知突变。②BEAMing技术:敏感性高(可检测<1%突变),但临床常规应用受成本限制。③焦磷酸测序(Pyrosequencing):在FIRE-3试验中用于KRAS突变检测,灵敏度1–10%。④Luminex技术:敏感性约1–10%,在RASKET试验中用于KRAS突变分型◆ 临床局限性①样本质量影响:石蜡包埋样本的DNA降解可导致G>A、C>T伪突变,影响结果准确性。②异质性检测:部分KRAS突变呈亚克隆状态,突变等位基因频率低时易漏检。RenyuBio仁域生物02KRASG12C突变 No.1KRASG12C突变的分子特征该突变指KRAS蛋白第12位的甘氨酸被半胱氨酸取代,导致KRAS(OFF)状态积累。这种突变会通过空间位阻阻止GTP酶激活蛋白(GAPs)的相互作用,降低GTP酶活性,进而使活性KRASG12C-GTP蛋白(KRAS(ON))增多。图6 处于失活GDP结合状态的KRASG12C蛋白模型 No.2KRASG12C突变频率与分布◆ 肺癌方面:在非小细胞肺癌(NSCLC)中,KRASG12C突变约占13%-25%,在肺腺癌中更为常见。不同种族和性别存在差异,女性患者的突变率相对较高,且该突变与吸烟密切相关,多见于吸烟者。图7 NSCLC中的热点KRAS突变◆ 结直肠癌方面:在转移性结直肠癌(mCRC)中,KRASG12C突变发生率约为3%。在所有结直肠癌样本中,其突变频率低于G12D、G12V等突变类型,占比约3.4%。 No.3KRASG12C突变的相关临床特征◆ 肺癌临床特征:携带KRASG12C突变的NSCLC患者,肿瘤生长相对迅速,容易发生转移,常见转移部位包括脑等。患者对传统化疗和免疫疗法反应较差,预后不佳,生存期较短。◆ 结直肠癌临床特征:KRASG12C突变的结直肠癌患者,无进展生存期(PFS)较差,接受化疗时,一线化疗的中位PFS为6.4个月,二线为3.9个月,三线为3.0个月。与KRAS非G12C突变患者相比,总生存期(OS)更差。 No.4KRASG12C突变的分子机制与信号通路◆ 突变影响蛋白活性:正常情况下,KRAS蛋白通过结合GTP和GDP在激活和失活状态间转换,调控细胞生长和分化。KRASG12C突变导致第12位氨基酸由甘氨酸突变为半胱氨酸,使KRAS蛋白对GTP的亲和力增强,持续处于激活状态,无法正常调控细胞,促进肿瘤细胞的增殖和存活。◆ 激活下游信号通路:激活态的KRASG12C蛋白可激活下游的MAPK和PI3K-AKT等信号通路。如在MAPK通路中,激活RAF、MEK、ERK等,促进细胞增殖、分化和存活;在PI3K-AKT通路中,激活AKT,抑制细胞凋亡,增强细胞的生存能力。◆ 与其他基因的关系:在肺癌中,KRASG12C突变常与TP53、STK11等基因突变共存,但与EGFR突变、EML4-ALK融合等驱动突变互斥。在结直肠癌中,KRASG12C突变与其他驱动突变大多相互排斥,仅少数病例存在相关共突变。RenyuBio仁域生物03KRASG12D突变 No.1KRASG12D突变的分子特征与临床意义◆ 突变机制:KRASG12D突变指KRAS蛋白第12位甘氨酸被天冬氨酸取代,导致GTP酶活性降低,使KRAS持续处于GTP结合的激活状态,激活下游MAPK(如ERK)和PI3K-AKT信号通路,驱动细胞异常增殖。◆ 信号激活:突变蛋白通过与SOS1(鸟嘌呤核苷酸交换因子)结合,促进GDP向GTP转换,维持信号持续传导;同时,其天冬氨酸(Asp12)可与抑制剂形成盐桥,为药物设计提供靶点。◆ 与其他信号通路的交互①ERBB家族依赖:KRASG12D驱动的肿瘤依赖ERBB受体酪氨酸激酶(如EGFR)激活,抑制ERBB可增强MEK抑制剂疗效。②RhoA/Wnt信号:KRASG12D激活RhoA,抑制Wnt/β-catenin信号,减少肿瘤转移潜能。◆ 临床预后与治疗敏感性①预后争议:部分研究显示KRASG12D突变与更短的无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)相关,但也有研究认为其预后影响与其他KRAS亚型无显著差异。②治疗响应:KRASG12D突变患者对贝伐珠单抗敏感性较低,且STK11/KEAP1共突变会削弱免疫治疗效果。 No.2KRASG12D相关信号通路与调控网络◆ 核心信号通路①ERBB-RAS-ERK轴:KRASG12D驱动的肿瘤依赖ERBB家族受体酪氨酸激酶(如EGFR)激活,抑制ERBB可增强MEK抑制剂疗效🔶4-44🔶。②SOS1-KRAS相互作用:SOS1作为鸟嘌呤核苷酸交换因子,促进KRASG12D的GTP结合,其抑制剂(如BI-3406)可阻断KRAS激活。◆ 非经典通路调控①RhoA/Wnt信号:KRASG12D通过抑制Wnt/β-catenin信号,减少肿瘤转移潜能。②NF-κB通路:KRASG12D与IKKα协同激活NF-κB,促进肿瘤生存,其抑制剂硼替佐米在侵袭性黏液腺癌中显示部分活性。RenyuBio仁域生物04不同KRAS突变亚型的差异(G12C vs G12D) No.1分子机制与信号通路差异◆ 构象与结合特性①G12C:突变产生的半胱氨酸可与抑制剂共价结合(如Sotorasib),锁定KRAS于失活状态。②G12D:天冬氨酸(Asp12)通过盐桥与抑制剂结合(如MRTX1133),但无法形成共价键,需依赖非共价相互作用。◆ 下游信号通路激活模式①G12C:主要激活RAF/MEK/ERK通路,对RALGDS结合影响较小。②G12D:因Asp12的空间位阻,干扰KRAS同源二聚体形成及RALGDS结合,导致RAL信号未激活。此外,G12D激活PI3K/AKT通路的能力更强,且依赖ERBB家族受体酪氨酸激酶(如EGFR)的上游信号。 No.2共突变模式差异◆ 常见共突变①G12C:常与TP53(17–50%)、KEAP1(6–23%)、STK11(10–28%)共突变。②G12D:合并STK11(15.9%)、TP53(33.6%)、KEAP1(9.4%)突变较多,其中STK11/KEAP1共突变与不良预后相关。◆ 与其他驱动突变的互斥性:均与EGFR突变、EML4-ALK融合互斥,但G12D突变与EGFR共突变率(11.6%)略高于G12C。 No.3药物开发策略差异◆ 抑制剂设计思路①G12C:利用半胱氨酸的共价结合特性开发抑制剂。②G12D:依赖非共价结合(如盐桥、氢键),需设计与Asp12特异性作用的分子(如MRTX1133的吡啶并嘧啶骨架)。◆ 联合治疗策略:G12D因依赖ERBB信号,需联合EGFR抑制剂(如Erlotinib)增强疗效;而G12C更常与免疫治疗或SHP2抑制剂联用。RenyuBio仁域生物05KRAS靶向治疗进展与药物开发图8 KRAS的直接抑制剂 No.1KRASG12C抑制剂:从突破到局限◆ 作用机制:首款获批的KRASG12C抑制剂(如Sotorasib、Adagrasib)为“OFF状态”抑制剂,通过与KRASG12C(OFF)中突变的半胱氨酸12附近的变构结合口袋(P2口袋)共价结合,阻止GDP向GTP转换,从而抑制RAS-效应器相互作用。尽管KRASG12C突变会导致KRAS(ON)积累,但细胞中仍有25%的KRAS处于GDP结合的失活状态,这为抑制剂发挥作用提供了可能。图9 对OFF状态KRASG12C抑制剂的“靶向”和“脱靶”机制总结◆ 第一代抑制剂的突破与局限①Sotorasib(AMG510):通过与G12C半胱氨酸共价结合,锁定其于失活状态(KRAS(OFF))。在NSCLC中ORR达33.3%,mPFS6.9个月,但在结直肠癌(CRC)中ORR仅约10%,联合Panitumumab在结直肠癌中mPFS达5.6个月。②Adagrasib(MRTX849):选择性结合KRASG12C-GDP,II期试验显示NSCLC患者ORR为42.9%,联合Cetuximab使结直肠癌ORR提升至34%。③局限性:由于KRAS在GDP和GTP结合状态之间的动态“循环”,使得靶向GDP结合形式无法完全阻断致癌驱动。图10 KRASG12C的耐药机制◆ 第二代抑制剂的优化:提升靶点占有率、延长作用时间,克服第一代抑制剂的耐药问题(如H95D突变)①D-1553:一种新型口服强效KRASG12C抑制剂。I期研究中,NSCLC患者ORR达40.5%,DCR为91.9%,脑转移患者ORR17%(样本量6例)。安全性方面,94.9%的患者出现治疗相关不良事件,38.0%的患者发生3级或4级不良事件,多数不良事件可控。②GDC-6036(Divarasib):亲和力比Sotorasib高5-20倍,单药ORR29.1%,联合Cetuximab在CRC中ORR达62.5%,mPFS8.1个月。③LY3537982(Olomorasib):一种强效抑制剂,能实现持续的>90%的靶点占有率,对第一代抑制剂耐药患者仍有效。LOXO-RAS-20001试验显示安全性良好,颅内结果待公布。④FMC-376:能同时结合KRAS-GDP和GTP构象,对“ON”状态KRAS耐药突变的活性比Adagrasib高14-30倍,已进入I/II期临床试验。⑤IBI351:一种不可逆的KRASG12C共价抑制剂。II期研究确认ORR为46.6%,DCR为90.5%,脑转移患者疗效未单报。⑥D3S-001:快速靶标结合动力学,30分钟内实现>95%靶标占有率,对Sotorasib耐药模型有效,I期试验显示持久响应。表1 KRASG12 抑制剂在非小细胞肺癌中的应用◆ 联合治疗策略①EGFR抑制剂联用:Sotorasib联合EGFR抑制剂(如Erlotinib)在小鼠模型中可克服CRC中的EGFR反馈激活,使联合治疗ORR提升至43%,显著高于单药22%。②免疫治疗联合:Sotorasib可重塑肿瘤微环境为促炎状态,与PD-(L)1抑制剂联用在肺癌模型中增强疗效,但CRC中因免疫抑制微环境需进一步验证。图11 临床研究中增强KRASG12C系列抑制剂疗效的组合策略 No.2KRASG12D抑制剂:非共价结合的新探索◆ KRASG12D非共价小分子抑制剂①MRTX1133:非共价结合SwitchII口袋,抑制SOS1催化的核苷酸交换,阻断KRAS-GTP形成。临床前模型中抑制胰腺癌和结直肠癌细胞增殖,I/II期试验正在评估,但因药代动力学问题已终止。②TH-Z816/TH-Z827/TH-Z835:以G12C抑制剂MRTX22为骨架,引入烷基胺基团与Asp12形成盐桥,选择性结合KRASG12D-GDP/GTP,阻断KRAS-RAF相互作用,抑制MAPK和PI3K/mTOR通路。◆ KRASG12D抑制性肽类(KS-58、NKTP-3)①NKTP-3:双靶点环肽,先结合癌细胞膜NRP1,再进入细胞与KRASG12D结合,抑制AKT和ERK磷酸化,在A427细胞异种移植模型中显著抗肿瘤,无明显毒性。②KS-58:KRpep-2d衍生物,通过双环结构阻断KRAS-SOS1和KRAS-BRAF相互作用,选择性抑制KRASG12D阳性细胞(如A427、PANC-1)增殖,体内模型中肿瘤缩小但药代动力学需优化。表2 KRASG12D抑制剂临床试验◆ 联合EGFR抑制剂的协同效应:CRC中KRASG12D突变依赖EGFR上游信号,MRTX1133联合西妥昔单抗可阻断反馈激活,在细胞模型中抑制PI3K/AKT和ERK磷酸化,延缓耐药发生。 No.3泛KRAS与通路靶向药物:突破突变亚型限制◆ 泛KRAS抑制剂①BI-2865:非共价结合KRAS非激活态,抑制G12D/V突变细胞增殖,通过阻止核苷酸交换发挥作用,但可能因激活其他RAS亚型(如HRAS/NRAS)导致耐药,对抑制作用较弱。②ADT-007:新型泛RAS抑制剂,在CRC小鼠模型中诱导肿瘤凋亡,机制为靶向RAS效应器结构域,对G12C/D/V突变均有效。 No.4新型疗法:从降解剂到免疫干预◆ KRAS(ON)抑制剂:靶向激活态KRAS通过“分子胶水”技术结合KRAS激活态(GTP-bound),诱导其与免疫亲和素CyclophilinA(CYPA)形成稳定三元复合物,阻断KRAS与下游效应蛋白(如RAF)的相互作用,抑制下游信号传导。区别于KRAS(OFF)抑制剂(如Sotorasib),KRAS(ON)抑制剂可靶向多种突变亚型(如G12D、G12V),且不依赖KRAS的GDP结合状态。代表药物RMC-6236(G12C/D/V等突变)、RMC-9805(G12D)、RMC-6291、BBO-8520等。◆ PROTAC降解剂:诱导KRAS蛋白降解双功能分子通过E3泛素连接酶配体(如VHL)与KRAS结合域连接,招募E3酶标记KRAS蛋白,经蛋白酶体降解,实现靶向敲低。代表药物ASP3082(G12D)、XX4–88、ACBI3、LC-2等。◆ 抗RAS疫苗(GI-4000、TG02)①GI-4000:热灭活重组酵母表达KRAS突变肽,PhaseI试验显示可诱导T细胞应答,与PD-1抑制剂联用治疗KRAS突变型CRC的安全性已验证。②mRNA疫苗(mRNA-5671):编码KRAS突变新抗原,刺激CD8+T细胞应答,正进行PhaseI试验评估联合pembrolizumab的疗效。◆ 核酸药物:剪接调控与ASO利用反义寡核苷酸(ASO)靶向KRAS突变转录本,或通过剪接调控诱导突变型KRAS降解。例如,针对KRASQ61K突变的剪接调节剂可选择性杀伤突变细胞,避免野生型KRAS抑制毒性。图12 KRAS抑制剂目前临床试验总结 No.5靶向KRAS信号通路的间接策略图13 靶向KRAS信号通路的间接策略◆ SOS1抑制剂①BI-3406:结合SOS1催化域,阻止其与KRAS相互作用,减少GTP-KRAS形成,对G12D/E/V突变肿瘤有效,与MEK抑制剂联用可增强疗效。②BAY-293:靶向SOS1表面口袋,阻断KRAS-SOS1复合物形成,与KRASG12D共价抑制剂联用有协同效应。◆ MEK抑制剂:单药疗效有限,但与免疫治疗(如抗PD-L1)联合可增强肿瘤微环境T细胞浸润。图14 RAS抑制剂表现出不同的作用机制◆ SHP2抑制剂①RMC-4550/SHP099:变构抑制SHP2,阻断SOS1介导的KRAS激活,降低RAS-ERK信号,对KRASG12D突变细胞敏感。②RMC-4630/TN0155:变构抑制SHP2,阻断RTK介导的KRAS激活,与KRASG12C抑制剂联用可降低RAS-ERK信号,克服反馈耐药,PhaseI/II试验正在进行中。◆ GRP78/HSP90抑制剂①HA15/YuW70:靶向ER分子伴侣GRP78,减少KRASG12D蛋白成熟,同时抑制PI3K、TGF-β等通路,诱导ER应激和细胞凋亡,对KRAS突变型CRC细胞具选择性毒性。图15 RAS抑制剂的临床阶段表3 靶向KRAS信号通路的间接策略RenyuBio仁域生物06KRAS耐药机制分类与联合治疗 No.1原发性耐药与KEAP1、SMARCA4、CDKN2A等基因突变相关,这些突变会导致患者对KRAS抑制剂治疗的临床结局更差,疾病早期进展风险升高。 No.2获得性耐药◆ “靶向”耐药机制(KRAS自身突变)①KRAS基因二次突变:KRASG12基因发生二次突变(如G12D、G12V),或KRAS其他位点突变(如R68S、H95D),阻止抑制剂结合或激活下游通路。②KRAS拷贝数扩增:突变型KRAS基因扩增或拷贝数增加,会增强信号输出,降低抑制剂的相对作用效率。◆ “非靶向”机制(旁路激活)①上游受体酪氨酸激酶(RTK)基因:如EGFR、MET,扩增或突变,激活KRAS非依赖的信号通路。②下游通路基因:如NRAS、BRAF、PI3KCA,激活突变,或抑癌基因(如PTEN)失活突变,绕过KRAS调控。③其他:基因融合(如EML4-ALK)或MET扩增,通过HGF/MET通路激活AKT和ERK。图16 KRAS抑制期间结直肠癌的耐药机制 No.3非遗传机制耐药◆ 生长因子受体(GFR)上游再激活:EGFR、HER2等RTK快速激活,增加KRAS突变型蛋白输出并激活野生型KRAS/NRAS,恢复MAPK信号。如Sotorasib治疗后48小时内可观察到ERK和RSK磷酸化升高。◆ 上皮-间质转化(EMT):KRAS抑制剂诱导EMT,通过TGF-β信号增强肿瘤细胞迁移能力,同时激活PI3K/AKT通路,形成耐药微环境。◆ Wnt/β-catenin通路:Wnt/β-catenin通路与KRAS突变协同激活,促进肿瘤细胞存活。例如,β-catenin与突变KRAS结合可增强其稳定性,削弱抑制剂效果。◆ 血脑屏障(BBB):BBB限制药物进入中枢神经系统(CNS),导致脑转移灶药物浓度不足,形成局部耐药。◆ 肿瘤微环境(TME):KRAS突变肿瘤的TME具有免疫抑制性,RAS抑制可短暂降低免疫抑制,增强免疫治疗敏感性,但具体耐药机制尚不明确。 No.4联合治疗策略为应对耐药问题,联合治疗策略不断发展,包括RTK抑制(如联合EGFR抑制剂)、SHP2抑制(联合SHP2抑制剂阻断RTK-RAS信号)、免疫与代谢靶向联合(如联合PD-1抑制剂重塑肿瘤微环境,或联合代谢调节剂诱导突变细胞能量危机)等。表4 临床试验中当前RAS抑制剂的单一和联合疗法RenyuBio仁域生物07挑战与未来方向 No.1当前瓶颈◆ 耐药机制复杂:KRAS抑制剂治疗后可出现H95/Y96突变、PI3K通路激活或YAP/TEAD核转位,需联合多靶点抑制。◆ 器官特异性差异:CRC中KRAS突变依赖EGFR反馈激活,而肺癌更依赖免疫微环境,需开发适配CRC生物学特征的联合方案。 No.2未来策略◆ 共价KRASG12D抑制剂开发:借鉴G12C抑制剂思路,设计与Asp12共价结合的分子,提升结合稳定性。◆ 液体活检动态监测:通过ctDNA追踪KRAS突变克隆演变,如治疗中出现G12D二次突变,及时切换至MRTX1133联合方案。◆ 代谢靶向联合:针对KRAS突变细胞的谷氨酰胺依赖,联用谷氨酰胺酶抑制剂(如CB-839)与KRAS抑制剂,诱导能量危机。RenyuBio仁域生物抗体发现服务 & 产品01羊驼免疫&骆驼免疫—自建现代化养殖农场02万亿级天然抗体库产品—轻松DIY科研抗体03配套产品—助您轻松搭建基因工程抗体平台参考文献Jiang M, Ma S, Xuan Y, Chen K. 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