文献解读:胰腺癌中PARP抑制剂分子机制

我们今天要看的是3月份发表在Molecular Cancers（IF=10.6）杂志上的一篇文章，作者详细阐述了合成致死和同源重组的概念，为我们解释了PARP抑制剂的作用机制，列举了目前PARP抑制剂在胰腺癌中的应用，并且讨论了耐药性等问题。下面，小编带大家详细地看一下文章内容吧。

PARP inhibitors in pancreatic cancer:molecular mechanisms and clinical applications

PARP抑制剂的分子机制和在胰腺癌中的临床应用

 

HRR和合成致死

目前已知的DNA损伤修复途径主要有6种，其中碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）和跨损伤DNA合成主要负责DNA单链断裂（SSBs）的修复工作。当SSBs修复发生缺陷时，就会形成DNA双链断裂（DSBs），这时就轮到同源重组修复（HRR）和非同源末端连接修复（NHEJ）上场了。HRR以姐妹染色单体为模板恢复原始的DNA序列，在真核生物的修复中占主要地位。NHEJ通常无法复原损伤前的序列，更容易出错，也更容易导致染色体畸变。

 

合成致死，是指当两种不同的基因或蛋白同时发生变化时就会导致细胞死亡，它又可以分为剂量性合成致死（SDL）和条件性合成致死，SDL是指一个基因/蛋白的抑制表达和另一个基因/蛋白的过表达造成细胞的死亡，如图1.a所示。条件性合成致死取决于某些内在条件（如遗传背景、缺氧或代谢变化）以及外在条件（如DNA损伤药物的应用等）。不管怎样，一定是两个基因或蛋白都会发生异常。

 图1. 合成致死概念图

 

PARP的机制

PARP（聚腺苷二磷酸核糖聚合酶） 是一种DNA修复酶，具有DNA损伤应答、调控细胞凋亡、维持基因组稳定等作用。在PARP蛋白家族的18个成员中，PARP-1极为重要，它通过识别结构损伤的DNA片段而被激活，被认为是DNA损伤的感受器，并且能对许多核蛋白进行聚腺苷二磷酸核糖基化，因此在DNA单链断裂修复和双链断裂修复中都起着重要作用。PARP-1在与受损伤的DNA结合后，会以NAD⁺为底物将ADP核糖单体转移到受体蛋白上，形成PAR聚合物，使被修饰的蛋白带有大量负电荷。在PARP-1自修饰过程中，PARP所带电荷不断增加，导致与DNA解离和活性的丧失。

 

PARP抑制剂的作用机制

PARP抑制剂（PARPis）的作用原理正是合成致死，它可以结合到PARP-1的NAD⁺催化位点，加固PARP-1和DNA的结合，导致PAR-1无法从DNA损伤位点上脱落，打破了催化循环，PARP-1的功能丧失导致了未修复SSBs的积累和复制叉的停滞，进一步造成DSBs的发生，这时就需要HRR来修复DSBs。因此，对于有HRR缺陷的肿瘤细胞，在PARPis的作用下会发生联合致死。除此之外，PARPis还有其他的联合致死模型，比如HRR缺陷联合PARPis抑制NHEJ导致细胞死亡等，小编就不一一列举了，毕竟它们的影响程度尚不清楚。

 

BRCA是广为人知的抑癌基因，其等位基因的丢失，增加了乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌等的风险。在DSB的主要修复途径HRR中，BRCA1、BRCA2以及其他“类BRCA“蛋白起着重要作用，当这些蛋白功能受损导致HRR功能失常时，BER即碱基切除修复就成了主要的后备军。这样一来，BRCA1/2突变细胞的HRR途径异常，加上PARPis导致的BER障碍，就造成了基因组的不稳定和细胞的死亡，这一模型就是当前的主流假设，但是也有研究对其提出了质疑。这里，小编补充一句，PARP参与DNA的SSBs损伤修复，BRCA则参与DSBs修复，当两者都出现异常时，DNA损伤无法被修复，最终将会导致细胞的死亡。

 图2. PARP抑制剂的作用机制和耐药性

 

图3是作者基于cBioportal构建的BRCA1和BRCA2同其他基因间的互作类型，对于挖掘新药的靶点以及降低耐药性可能会有所帮助。

 图3. BRCA基因相关的互作

 

PARPi耐药性

因为PARPis的作用机制跟HR缺陷有关，所以肿瘤细胞中任何恢复HR的方法都可能会导致PARPi耐药。在已发现的几种途径中，第一种是BRCA的反向突变（指同一基因上的第二个突变，能逆转或补偿原来的DNA 突变），以及高甲基化的BRCA1启动子发生去甲基化；第二种是miRNA的突变造成耐药性；第三种是53BP1蛋白的功能丧失，逆转BRCA1突变型细胞中的HR缺陷；第四种是HR关键蛋白RAD51增加造成的耐药性。

 

一些非HR恢复途径在PARPis耐药性机制中也发挥着重要作用，有研究表明HR修复蛋白PTIP的缺失会稳固和保护复制叉，最终促使PARPi耐药；PARP-1是PARPis的主要靶标，因此PARP蛋白水平的降低也会导致PARPi耐药；某些影响PARPi在细胞中转运的蛋白也会促使耐药性的发生，比如多重耐药蛋白MDR1的高表达会造成细胞内PARPi水平的降低。

 

预后和治疗的生物标志物

利用biomarkers识别适合用PARPi治疗的患者，并预测治疗效果具有重要的意义。已开发的biomarkers包括BRCA及其他与HR相关的基因突变，但是目前还没有一个标准的筛选方法，下面是作者列举的一些确定预后和治疗反应的方法。

 

(1) BRACAnalysis CDx：该系统可以检测全血样本基因组中的BRCA突变，获得了FDA批准。但因为还存在其他基因的突变，所以它不足以预测疗效。

 

(2) Functional assays：功能检测方法能够检测HR缺陷，为识别类BRCA提供了替代方法。比如 RAD51，H2AX，ATM，FA蛋白和(PI3K)/AKT/mTOR通路都是潜在的PARPis生物标志物。

 

(3) PARP-1相关的biomarkers：PARP-1是PARPis的主要靶点，但是并没有没有检测PARP-1作为生物标志物的方法，但是一些PARP-1相关因子可作为预测标志物。例如，CDK5沉默与PARPis的联合致死有关，53BP1或REV7的缺失会造成PARPi耐药性等。

 

(4) NHEJ相关的biomarkers：HR缺乏的肿瘤细胞依赖于易错的NHEJ途径进行修复，基于此，LOH和Myriad’s HRD这两种技术也可作为biomarker，而且它们未考虑BRCA的反向突变，避免了BRCA恢复引起的不准确的标记检测。

 

胰腺癌相关的临床试验

目前，已获批的PARP抑制剂有Olaparib奥拉帕利、Rucaparib芦卡帕利、Niraparib尼拉帕利和Talazoparib他唑拉帕利，这些药大多针对于卵巢癌。在PARPi临床试验中，作者查询到31个跟胰腺癌相关的记录，大部分都处于I期或II期。关于前面提到的四种药，咱们简单了解一下。

 

奥拉帕利：FDA批准的第一个PARP抑制剂，商品名Lynparza，用于铂敏感复发性BRCA突变卵巢癌成人患者的维持治疗，也是唯一一个获批用于晚期乳腺癌治疗的药物。目前其适应症已经扩大到乳腺癌、输卵管癌、胰腺癌等，且临床地位也进一步得到了提升，但是其价格太贵，惠及人群还是很少。在已有的用奥拉帕利来治疗胰腺癌患者的研究中，部分显示出了该药的疗效。

 

芦卡帕利：美国获批的第二款PARP抑制剂，2016年12月美国FDA加速批准其上市，商品名为Rubraca。一项处于二期的研究，重点分析了芦卡帕利在携带BRCA1/2突变的胰腺癌患者中的疗效和安全性，表明Rucaparib具有可接受的安全性，对晚期胰腺癌患者是有益的。

 

他唑拉帕利：具有双重作用机制，不仅能够阻断PARP酶的活性，还可以将PARP酶束缚在DNA损伤位点，于2018年10月获FDA批准用于乳腺癌。一项I期研究中，他唑拉帕利的MTD(最大限制剂量)是1.0 mg/天，有4/13的胰腺癌患者展示出了临床效益。

另外，还有一项临床I期的研究表明veliparib维利帕利在联合吉西他滨和RT治疗局部晚期胰腺癌患者时是安全和耐受的。

 

关于PARP抑制剂，咱们今天就先聊这么多了，have a nice day！