余曉軍 左代英 侯文彬 李祎亮

1 中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院放射醫(yī)學研究所，天津市放射醫(yī)學與分子核醫(yī)學重點實驗室 300192；2 沈陽藥科大學 121000

聚腺苷二磷酸核糖聚合酶[poly（adenosine diphosphate-ribose）polymerases，PARP]是一種能夠催化二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）核糖向靶蛋白轉移的酶家族。PARP-1 作為一種重要因子參與到DNA 損傷修復過程中，促進DNA修復，恢復腫瘤細胞的增殖。因此，靶向抑制PARP-1 協(xié)同DNA 損傷劑成為一種極具潛力的治療策略。我們對PARP-1 作為腫瘤細胞放射增敏靶點的研究進展進行簡單綜述。

1 PARP-1 簡介

Singh 等[1]首次從雞肝細胞核中提取出了PARP-1，其屬于腺苷酸核糖轉移酶家族，除此之外已有17 個家族成員被發(fā)現(xiàn)。由于其在保守的催化結構域上具有同源性，因此，它們均有催化ADP 核糖轉移到自身及靶蛋白的能力[2]。其中，研究者對PARP-1 的研究最為廣泛，其結構已得到表征，由3 個主要結構域組成，包括由鋅指基序組成的氨基末端DNA 結合結構域、含有乳腺癌易感蛋白C 末端（BRCT）的中央自動修飾結構域和高度保守的羧基末端催化結構域[3]，這些結構域共同介導PARP-1 對不同種類DNA 損傷的反應。PARP-1 的主要作用是當接收到DNA 損傷信號時，會以ADP的供體煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）為底物，將一種帶負電荷的聚ADP 核糖聚合物（PAR）連接到自身和其他靶蛋白上，這種翻譯后修飾有助于放松染色質并招募修復蛋白對損傷部位進行修復[4-5]。

2 PARP-1 的生物學功能

2.1 DNA 損傷修復

有研究結果發(fā)現(xiàn)，D NA 損傷劑誘導的DN A損傷會伴隨著PARP 活性的增加，這提供了PARP在DNA 損傷修復過程中發(fā)揮重要作用的證據(jù)[6]。早期的研究主要集中于PARP-1 參與DNA 單鏈斷裂修復和堿基切除修復，而最新的研究結果證實，PARP-1 在核苷酸切除修復、DNA 雙鏈斷裂修復（包括同源重組修復和經(jīng)典非同源末端連接修復）、錯配修復、替代非同源末端連接和微同源介導的末端連接中都發(fā)揮著一定的作用[7-8]，其中具體的機制尚未得到闡明。

Bryant 等[9]和Farmer 等[10]通過動物實驗研究結果發(fā)現(xiàn)，當乳腺癌相關抗原或其他同源重組修復相關蛋白發(fā)生突變或缺失時，導致的同源重組修復缺陷細胞可以通過抑制PARP 顯著誘導細胞凋亡，并將其納入了1920 年提出的合成致死性這一概念中。之后有研究結果發(fā)現(xiàn)，除乳腺癌相關抗原外，還有其他基因與這一機制類似，如張力蛋白同系物，其是胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶（PI3K）途徑的負調(diào)節(jié)因子，也可與PARP-1 協(xié)同作用引起合成致死[11]，但究其本質也是PARP-1 通過參與DNA 損傷修復來實現(xiàn)的。

2.2 其他

參與DNA 損傷修復是PARP-1 抑制劑無論作為單藥治療還是聯(lián)合治療的主要作用基礎。除此之外，PARP-1 的激活還能夠穩(wěn)定復制叉、重塑染色質結構[12]以及通過調(diào)節(jié)代謝來誘導細胞程序性死亡[8]。因此，在腫瘤細胞命運的確定中，PARP-1會通過整合細胞增殖、代謝和DNA 損傷等之間的信號發(fā)揮重要作用。

3 PARP-1 作為放射增敏靶點的潛在機制

最初開發(fā)PARP-1 抑制劑是以誘導合成致死為基礎，針對同源重組修復缺陷的腫瘤類型，作為單藥治療推向臨床。但是研究結果顯示，單藥治療不僅毒性大，不良反應多，并且在治療時存在很大的局限性[13-14]。鑒于PARP-1 在DNA 損傷修復中的作用，越來越多的研究者考慮將其與傳統(tǒng)化療藥物和放療相結合，在降低各自毒性的情況下，提升整體療效。有研究者在小鼠腫瘤模型體內(nèi)驗證了用PARP-1 抑制劑聯(lián)合紅外放射與單獨抑制劑或單獨紅外處理相比，小鼠的生存期得到延長，這提供了令人信服的證據(jù)[15]。時至今日，多項研究結果已證明，PARP-1 在不同類型的腫瘤中可以充當放射增敏的靶點[16]。

3.1 復制期特異性增敏

Jain 和Patel[17]進行了PARP 抑制劑對人類腫瘤細胞和嚙齒類動物腫瘤細胞的放射增敏效果差異性比較的研究，結果發(fā)現(xiàn)，抑制劑的放射增敏效果是S 期細胞所特有的，而人類細胞在G2/M 期和G1 期的累計長度導致了人類S 期細胞受到輻射的機會相對較少，從而使抑制劑對人類腫瘤細胞的放射增敏效果弱于嚙齒類動物。之后的研究結果發(fā)現(xiàn)，PARP-1 抑制劑的放射增敏作用具有S 期特異性，這不僅適用于毛細血管共濟失調(diào)突變基因缺陷的成纖維細胞[18]，而且在人肺癌、乳腺癌、人腦膠質瘤以及頭頸癌細胞中也相繼得到驗證[19-22]，其主要機制是通過在復制期細胞中抑制受損DNA 的修復，加劇DNA 損傷來誘導細胞凋亡。也正是因為PARP-1 抑制劑主要對S 期細胞有放射增敏作用，因此有團隊比較后結果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性的PARP-1沉默會比施加PARP-1 抑制劑具有更好的放射增敏作用[23]。

3.2 復制期無關性增敏

L?ser 等[18]在DNA 連接酶Ⅳ缺乏的成纖維細胞中觀察到了復制期無關性放射增敏作用。同樣地，K?tter 等[24]對比幾種不同的腫瘤細胞系后，結果發(fā)現(xiàn)，PARP-1 抑制劑會以一種不依賴于復制的方式增強細胞的放射敏感性，因為使用DNA 聚合酶抑制劑阿非迪霉素（Aphidicolin）來抑制DNA 復制并不影響放射增敏效果。緊接著他們確定了這些細胞的修復方式已經(jīng)從經(jīng)典的非同源末端連接途徑轉變?yōu)楦粶蚀_的選擇性末端連接途徑，這種途徑強烈依賴PARP-1，這與他們之前的研究結果一致[25]。而Oing 等[26]最新的研究結果發(fā)現(xiàn)，B 淋巴細胞瘤2 基因（Bcl-2）過表達的前列腺癌也依賴于這種選擇性末端連接途徑修復從而對PARP-1 抑制劑表現(xiàn)出放射敏感性，并證明B 淋巴細胞瘤2 基因（Bcl-2）的過表達可能介導了非同源末端連接途徑向選擇性末端連接途徑的轉變，這一發(fā)現(xiàn)極有可能拓寬PARP-1抑制劑在癌癥治療中的使用范圍。

3.3 影響細胞周期

Barreto-Andrade 等[27]的研究結果發(fā)現(xiàn)，PARP-1抑制劑在某些特定類型的前列腺癌細胞中會誘導腫瘤細胞的快速衰老，他們認為衰老可能是一個增加抑制劑放射敏感性的因素。Alotaibi 等[28]在人結腸癌細胞實驗中進一步驗證了這一結論，但是實驗結果發(fā)現(xiàn)，這種誘導的衰老細胞在若干天后會恢復腫瘤增殖，這一現(xiàn)象可能解釋了PARP-1 抑制劑短暫的放射增敏效果。Mangoni 等[29]研究結果發(fā)現(xiàn)，PARP-1 抑制劑可以增強橫紋肌肉瘤細胞的放射敏感性，主要表現(xiàn)為抑制腫瘤細胞的增殖，特別是抑制G2/M 期和衰老細胞比例的增加。另外他們的實驗結果還支持PARP-1 抑制劑參與調(diào)節(jié)細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK1/2）信號通路的理論，這在其他細胞系中也得到了驗證[30]。

3.4 其他

Vance 等[31]的研究首次評估了細胞周期檢查點激酶1（Chk1）抑制劑與PARP-1 抑制劑聯(lián)合后的放射增敏效果，結果發(fā)現(xiàn)，其可以顯著增加P53 基因突變導致的胰腺癌細胞的放射敏感性，且對正常細胞幾乎沒有毒性和放射增敏效果，可能機制是通過G2 檢查點消除和同源重組修復抑制，導致未修復DNA 損傷的累積。該團隊進一步的研究是選取相似的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1（Wee1）抑制劑與PARP-1 抑制劑聯(lián)合，結果同樣發(fā)現(xiàn)其可以增加對胰腺癌細胞的放射敏感性，這表明PARP-1 抑制劑與取消G2 檢查點的靶向藥物組合可能與輻射一起引發(fā)合成致死[32]。這一結果不僅驗證了PARP-1 抑制劑的放射增敏效果，還引起了人們對多靶向聯(lián)合抑制劑協(xié)同增敏的濃厚興趣。類似地，Azad 等[33]將DNA 依賴性蛋白激酶抑制劑與PARP-1 抑制劑進行聯(lián)合使用，驗證了其在非小細胞肺癌中的放射增敏效果，結果表明，其主要放射增敏效果是通過加速細胞衰老來實現(xiàn)。

Zhou 等[34]和Chen 等[35]的研究結果發(fā)現(xiàn)，PARP-1 抑制劑可以通過一磷酸腺苷依賴的蛋白激酶（AMPK）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途徑調(diào)節(jié)放射誘導的保護性自噬，這一結果證明輻射誘導的自噬是腫瘤細胞的一種保護行為，抑制PARP-1可以抑制自噬從而增加人鼻咽癌細胞的放射敏感性。另外，王維等[36]和楊瑩等[37]分別在Lewis 肺癌和子宮內(nèi)膜癌的試驗中也驗證了PARP-1 抑制劑的放射增敏性。這些最新的研究結果進一步地揭示了PARP-1 作為放射增敏靶點在不同腫瘤中的共性和差異性，為之后的研究工作提供了思路和基礎。

4 面臨的挑戰(zhàn)

PARP-1 作為放射增敏靶點極具潛力，市場上也出現(xiàn)了高效的精準化抑制劑商品。但是，目前還沒有文獻報道PARP-1 抑制劑與放療聯(lián)合治療的臨床數(shù)據(jù)，想要將PARP-1抑制劑協(xié)同放療應用到臨床上還存在一些挑戰(zhàn)。

4.1 作用機制的深入研究

雖然PARP-1 對DNA 的修復很重要，但其作用機制并不清晰，難以明確其定義和分類。盡管研究者對PARP-1 與DNA 損傷修復的研究持續(xù)深入，但是仍未闡明其精準的作用機制，對其上下游信號并不了解，無法為臨床使用提供有力的理論依據(jù)。此外，不同類型的腫瘤對抑制劑聯(lián)合放療呈現(xiàn)出不同的放射敏感性，腫瘤異質性決定著抑制劑聯(lián)合放療在其中發(fā)揮作用的途徑不會完全相同，這需要研究者繼續(xù)深入探究。

4.2 預測性生物標志物的鑒定

PARP-1 抑制劑作為單一藥物是治療乳腺癌易感基因缺陷型癌癥的有效工具，而非基因缺陷型癌癥則需要PARP-1 抑制劑聯(lián)合放療或其他手段進行有效治療，但并不是所有DNA 修復相關或者能引起合成致死的基因都是已知的，鑒定DNA 損傷反應蛋白和修復途徑的基因突變或許是選擇PARP-1抑制劑治療癌癥的主要標準之一。此外，通過基因特征也可以確定某一類腫瘤是否對PARP1 抑制劑有反應。Liu 等[38]在膀胱癌模型實驗結果中發(fā)現(xiàn)，PARP-1 抑制劑的放射增敏效果依賴于P53 功能的喪失，多種細胞系的研究結果還表明，P53 功能缺失所介導的PARP-1 抑制劑放射增敏性可能與細胞系無關，這暗示了P53 有望成為一個生物標志物，從而對PARP-1 抑制劑的增敏效果進行預測。在這之前，Mao 等[39]研究結果發(fā)現(xiàn)，低劑量的PARP-1抑制劑可以使膽管癌細胞對輻射敏感，并提出輻射誘導的聚ADP 核糖聚合物（PAR）增加也可以預測PARP-1 抑制劑的放射增敏性。這些結果只在部分腫瘤中驗證了可行性，所以繼續(xù)尋找并確定可靠的具有特異性的預測性生物標志物，將有助于PARP-1 抑制劑治療策略的選擇。

5 小結與展望

回顧之前大量的實驗成果，我們有理由相信PARP-1 抑制劑在不久之后會被開發(fā)成為放射增敏劑并走向臨床。但在此之前仍迫切地需要研究者對PARP-1 抑制劑與放療聯(lián)合治療的有效性和安全性進行廣泛地研究，且針對不同的腫瘤進行深入研究，探索聯(lián)合治療策略在不同類型腫瘤中所發(fā)揮的作用及具體機制，為其早日走向臨床試驗奠定基礎。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明余曉軍負責綜述的撰寫和修訂；左代英、侯文彬負責文獻的收集與整理；李祎亮負責綜述命題的設計和審閱。