NRAS（neuroblastoma RAS viral oncogene homolog）是RAS原癌基因家族（HRAS、KRAS、NRAS）的三个成员之一，编码一种分子量约21 kDa的小GTPase蛋白，在细胞增殖、分化和存活信号的传递中发挥核心作用。RAS家族基因是人类癌症中突变频率最高的原癌基因之一——综合估算约19%的癌症患者携带某种RAS基因突变，其中KRAS突变占主导，NRAS和HRAS次之。
与KRAS相比，NRAS基因突变在特定肿瘤类型中具有更高的集中度，尤其以黑色素瘤、多发性骨髓瘤和急性髓系白血病（AML）为代表。由于NRAS突变通常导致其蛋白处于持续激活状态，使肿瘤细胞的MAPK和PI3K两条核心信号通路同时超载，临床上长期被视为难以靶向的肿瘤驱动基因突变。
为推进NRAS突变的功能研究和靶向治疗探索，NRAS突变细胞系——尤其是基于CRISPR基因编辑技术构建的等基因点突变模型——已成为不可或缺的研究工具。
01
NRAS基因与蛋白质功能
NRAS基因位于人类1号染色体短臂（1p13.2），包含7个外显子，编码一条189个氨基酸的蛋白链。与家族其他成员类似，N-Ras蛋白顺利获得可逆的GTP/GDP结合充当分子开关：当与GTP结合时，蛋白处于活性构象，与RAF、PI3K等效应蛋白相互作用，向下游传递增殖和存活信号；GTP水解为GDP后，蛋白恢复失活状态。
这一开关机制由两类调节蛋白精确控制：
·鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF，如SOS1）：催化GDP→GTP替换，激活RAS；
·GTP酶激活蛋白（GAP，如NF1）：刺激RAS自身的GTP水解活性，使其失活。
RAS家族三个成员在结构域上高度同源，但在超变区（HVR）存在显著差异，后者决定了各成员的亚细胞定位偏好及下游效应蛋白的选择特异性——N-Ras在高尔基体和内体膜上具有更高的停留时间，这与其独特的脂化修饰模式有关。
图1. NRAS与其他Ras亚型的序列比对及结构差异图02
NRAS突变热点与癌种分布
NRAS突变主要集中于三个热点密码子：第12位（G12）、第13位（G13）和第61位（Q61）。其中第61位密码子突变约占所有NRAS突变的61%–80%，这与KRAS、HRAS的突变谱有明显差异（Randic et al., 2021）。
不同突变变体在癌种间的分布具有显著偏好。这种分布差异提示不同突变变体在特定细胞环境中的转化能力存在差异，也决定了其临床检测和靶向治疗策略的不同侧重。
2.1 NRAS突变与癌种对照表
| 变异体 | 核苷酸变化 | 主要相关癌症 | 突变频率 （在该癌种NRAS突变中） |
|---|---|---|---|
| NRAS Q61R | c.182A>G（CAA→CGA） | 黑色素瘤、甲状腺癌 | 黑色素瘤中占NRAS突变约35–40% |
| NRAS Q61K | c.181C>A（CAA→AAA） | 黑色素瘤 | 黑色素瘤中占NRAS突变约30–35% |
| NRAS Q61L | c.182A>T（CAA→CTA） | 黑色素瘤、胃肠道肿瘤 | 约占NRAS突变的10–15% |
| NRAS Q61H | c.183A>T/C（CAA→CAT/CAC） | 多发性骨髓瘤、黑色素瘤 | 骨髓瘤Q61中较常见 |
| NRAS G12D | c.35G>A | 结直肠癌、AML | 结直肠癌NRAS突变中较常见 |
| NRAS G12C | c.34G>T | 各癌种均少见 | 整体频率偏低 |
| NRAS G13D | c.38G>A | 结直肠癌、AML | 低于G12D |
2.2 黑色素瘤——Q61突变占绝对主导
NRAS黑色素瘤突变是实体瘤中发生率最高的NRAS突变类型，约15%–25%的皮肤黑色素瘤患者携带激活性NRAS突变。黑色素瘤中，NRAS突变以第61位密码子突变占绝对主导（约80%–85%），G12和G13突变罕见。
其中NRAS Q61R突变是最常见的单一突变形式，在NRAS突变型黑色素瘤患者中占比约40%，其次为Q61K和Q61L。
NRAS突变型黑色素瘤与BRAF V600突变型黑色素瘤相互排斥，通常表现为更强的增殖活性和侵袭性。临床上，NRAS Q61突变的黑色素瘤对BRAF抑制剂天然不敏感，可用靶向药物有限，预后通常较BRAF突变型和双野生型更差。
2.3 结直肠癌——G12/G13为主，抗EGFR耐药的标志
NRAS结直肠癌突变主要为G12、G13及Q61）发生率约为3%–5%，虽然频率低于KRAS，但其临床意义不可忽视。
RAS（KRAS + NRAS）基因状态的扩展检测已是转移性结直肠癌一线治疗前的标准评估项目——无论KRAS还是NRAS出现任何密码子突变，均提示对西妥昔单抗（Cetuximab）和帕尼单抗（Panitumumab）等抗EGFR单克隆抗体原发性耐药。
其中NRAS G12D突变和NRAS G13D突变是结直肠癌中最需关注的NRAS变体——二者均使RAS-MAPK通路在EGFR上游被持续激活，EGFR抑制对下游信号传导几乎不产生阻断效果，直接决定靶向药选择。
2.4 多发性骨髓瘤——Q61占73%，克隆异质性突出
NRAS是多发性骨髓瘤中最常突变的RAS成员之一，其突变频率在新诊断患者中约为20%–25%，在复发/难治性患者中更高。Q61位点约占NRAS突变型骨髓瘤病例的73%。
RAS-MAPK通路突变（含KRAS、NRAS、BRAF）整体发生率在骨髓瘤中高达45%–65%，且同一患者体内常呈克隆内异质性分布，这对靶向治疗构成了相当挑战。
2.5 甲状腺癌——NRAS突变与分化程度相关
NRAS突变在甲状腺肿瘤中的发生率约为10%–20%，尤其集中在滤泡型甲状腺癌（FTC）和部分甲状腺乳头状癌中。相较于BRAF V600E突变，携带RAS突变（含NRAS）的甲状腺癌通常分化程度较高，但仍具有血管侵犯和远处转移风险。
2.6 急性髓系白血病（AML）及其他血液肿瘤
约10%–15%的AML患者和一部分慢性粒单核细胞白血病（CMML）患者携带NRAS突变，多为G12/G13或Q61位点的点突变，通常作为附加突变与其他驱动基因异常共存，参与肿瘤克隆的恶性转化和进展。
在NRAS突变癌症模型中，G12C是整体发生率最低但不可忽视的变体——其在各类NRAS突变肿瘤中均有零星检出，且与KRAS G12C不同，现在尚无针对NRAS G12C突变的特异性抑制剂获批，突显了建立NRAS G12C突变细胞模型用于药物筛选的紧迫性。
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NRAS致癌信号通路
NRAS突变蛋白顺利获得持续输出激活信号，主要影响以下三条核心RAS信号通路下游效应轴：
· MAPK通路（RAF-MEK-ERK轴）
活化的N-Ras优先与RAF激酶的RBD（RAS结合域）结合，触发RAF（包括CRAF/RAF1）的激活，进而磷酸化激活MEK1/2，最终导致ERK1/2的持续磷酸化。pERK进入核内后激活多种转录因子，上调细胞周期蛋白（Cyclin D1）和促存活基因，有助于细胞异常增殖。
值得注意的是，Q61位点突变对MAPK通路的激活效能通常强于G12/G13突变，原因在于Q61突变同时破坏了GEF和GAP的正常调控。
2025年发表于Nature的研究进一步揭示：携带Q61突变的NRAS需要顺利获得SHOC2蛋白的脚手架作用维持RAF激活——全基因组CRISPR筛选确认SHOC2为NRAS Q61突变细胞系的选择性依赖基因，而G12D或G12C突变细胞则更依赖GRB2和SHP2（Hauseman et al., 2025）。
图2. Ba/F3 系中的 CRISPR 敲除筛选可识别特定的 RAS 突变依赖性· PI3K-AKT-mTOR通路
活化的N-Ras也可以直接或间接激活PI3K（主要顺利获得p110γ/δ亚型），促进PIP3的生成，进而激活AKT激酶及其下游mTOR复合物。该通路促进葡萄糖摄取、蛋白质合成、细胞生长和抗凋亡效应。双通路的同步激活使得NRAS突变肿瘤对单一靶点抑制剂往往产生代偿性耐药。
· Ral GDS效应子通路
N-Ras还可激活Ral GDS/RalA-RalB信号轴，参与调控囊泡运输、细胞骨架重排和细胞迁移，对肿瘤侵袭和转移潜能有一定贡献。
04
NRAS突变CRISPR基因编辑细胞模型
天然细胞系的局限在于背景基因组突变复杂，难以将特定NRAS变异的效应与其他突变解耦。基于精准基因编辑技术构建的等基因NRAS突变细胞系，能在相同遗传背景下实现不同突变变异体的直接比较，已成为NRAS突变功能研究的重要工具，在以下方向具有关键应用价值：
·信号通路机制研究：量化不同突变变异体对pERK、pAKT等信号节点的激活差异
·药物敏感性评估：在等基因背景下评估MEK抑制剂、SHOC2抑制剂等实验性药物的选择性
·抗体验证：作为阳性/阴性对照，验证NRAS突变特异性抗体的识别特异性
·生物标志物发现：筛选与特定突变变异体相关的转录组学或蛋白组学特征
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参考文献
[1] Johnson, C. W., Reid, D., et al. (2017). The small GTPases K-Ras, N-Ras, and H-Ras have distinct biochemical properties determined by allosteric effects. Journal of Biological Chemistry, 292(31), 12981-12993.
[2] Yang, X., & Wu, H. (2024). RAS signaling in carcinogenesis, cancer therapy and resistance mechanisms. Journal of Hematology & Oncology, 17(1), 108.
[3] Dummer, R., Schadendorf, D., et al. (2017). Binimetinib versus dacarbazine in patients with advanced NRAS-mutant melanoma (NEMO): a multicentre, open-label, randomised, phase 3 trial. Lancet Oncology, 18(4), 435–445.
[4] Hauseman, Z. J., Stauffer, F., Beyer, K. S., et al. (2025). Targeting the SHOC2–RAS interaction in RAS-mutant cancers. Nature.
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