聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶抑制剂研究进展

综述 审校

目前美国食品药品监督管理局（FDA）已批准上市用于临床治疗的聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶［poly-（ADP-ribose）polymerase，PARP］抑制剂包括olaparib（奥拉帕利）、rucaparib（芦卡帕利）、niraparib（尼拉帕利），正在进行临床Ⅲ期试验的包括：veliparib（维利帕尼）以及最近开发的第二代更有效的talazoparib等。研究显示PARP抑制剂（PARP inhibitor，PARPi）明显增强了肿瘤细胞对放化疗的敏感性以及在BRCA1/2突变（BRCAm）所致的同源重组修复缺陷（homologous recombination deficiency，HRD）肿瘤中产生了合成致死（synthetic lethal，SL）作用。SL指的是两条分别发生缺陷的DNA修复通路各自对细胞致死作用有限，但若同时发生在同一个细胞，就会直接造成细胞的致死性损伤［1］。本文就目前PARPi的各种不同细胞作用机制、PARPi的临床治疗发展历史及PARPi产生抵抗的原因进行综述探讨。

1 PARPi应用原理及作用机制

正常细胞通过DNA损伤感受器识别DNA损伤位点、阻滞细胞周期、修复受损DNA，维持基因组完整性。PARP定位于细胞核，当DNA出现单链损伤时，发挥其分子传感器作用与DNA损伤位点相结合，催化底物NAD+并利用产物ADP-核糖对自身及组蛋白快速聚ADP-核糖化，在DNA损伤部位和DNA修复蛋白之间架起一座“桥梁”，募集大量的支架蛋白、DNA修复蛋白（如XRCC1）修复受损DNA［2］。聚ADP-核糖链在自身荷载的强负电荷与DNA自身的斥力作用下从DNA链上的释放，标志着DNA损伤修复的完成。PARPi通过模拟底物NAD+的结构，竞争性结合到酶的催化区，抑制DNA修复蛋白结合，并使PARP从DNA缺口处解离，阻断后续DNA修复过程。PARPi通过干预碱基切除修复（base excision repair，BER）抑制DNA单链断裂（single strand break，SSB）的修复，使SSB难以积聚为双链断裂（double strand break，DSB），而DSB被认为是染色体上最关键的损伤，两个DSB的相互作用可以导致细胞的突变和死亡。正常细胞通过高保真的同源重组修复（homologous recombination，HR）和易错配的非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）修复DSB，细胞以何种分子机制激活这两种主要途径一直是研究的热点。

被广泛研究的PARP蛋白参与细胞内多种活动，主要包括促进HR和NHEJ（较前者作用弱）、修复SSB、参与其他非DNA修复过程（如染色质修饰、转录调节），BRCA1/2在HR中起主要作用［3-4］。BRCA1/2m肿瘤细胞中，细胞无法通过HR修复DSB，会更加依赖PARP介导的DNA修复路径，并且PARP表达水平越高，对PARPi越敏感［5］。最新研究发现PARPi能在DNA损伤部位捕获更多的PARP形成PARP-DNA复合物，阻止聚ADP-核糖链化的形成，抑制DNA链上PARP的释放，使更多的DSB无法得到修复［6-7］。各种PARPi的酶抑制活性和PARP捕获能力并不完全相同，olaparib和talazoparib酶抑制能力相似，但talazoparib捕获能力约是olaparib的100倍，rucaparib与olaparib相似，veliparib的酶抑制和捕获能力最弱［8］。生殖细胞系BRCA1/2突变（germline BRCA1/2 mutation，gBRCA1/2m）可以引起HRD，但HRD并不全因gBRCA1/2m所致。BRCA1启动子甲基化或体细胞BRCA1突变（somatic BRCA mutation，sBRCAm）以及许多参与HR蛋白基因的缺失（如ATM、ATR、PALB2、FANC）也会引起HRD，并且同样对PARPi敏感［9-11］。

2 PARPi的临床发展

Olaparib是首个由FDA和欧洲药品管理局（EMA）批准用于BRCA1/2m卵巢癌患者的PARPi。Ledermann等［12-14］研究入组265例铂类敏感卵巢癌患者，结果显示olaparib组较对照组无进展生存期（progress free survival，PFS）明显延长（8.4个月vs.4.8个月）；其中BRCA1/2m的患者olaparib组PFS显著延长了6.9个月（11.2个月vs.4.3个月）。随后EMA批准olaparib单药用于铂类敏感、BRCAm的卵巢癌患者的维持治疗。Kaufman等［15］将olaparib单药用于已平均接受4.3轮化疗的178例卵巢癌患者，肿瘤客观有效率为31.3%，中位PFS（median PFS）为7.3个月，中位总生存期（median overall survival，mOS）为16.6个月。随后FDA批准olaparib单药用于已接受三线化疗后进展的gBRCAm卵巢癌患者。近期开展的Ⅲ期OLYMPIAD临床研究显示，olaparib在gBRCAm乳腺癌患者中mPFS提高了2.8个月［16］。

2016年FDA批准rucaparib单药用于经二线化疗后进展的g/sBRCAm卵巢癌患者。Swisher等［17］进行的Ⅱ期临床试验ARIEL 2（PART1），通过基因异质性缺失（loss of heterozygosity，LOH）百分比将患者分为3组：BRCAm组（g/sBRCAm）、BRCA野生且高LOH组、BRCA野生且低LOH组，高/低LOH临界值定为14%。结果显示，BRCAm组PFS显著高于低LOH组（P＜0.0001），并且在BRCAm组中，mPFS为12.8个月，中位缓解持续时间为9.2个月，均高于标准铂类治疗的预期效果；高LOH和低LOH两组的mPFS相似（5.7个月vs.5.2个月），但预后存在显著性差异（P=0.011），并且高LOH组患者客观缓解率更高（P=0.003 3），缓解时间也更长（P=0.022）。但PART 1入组患者接受的化疗方案较少，BRCA野生两组的客观缓解率和PFS并不高于预期的铂类化疗，正在进行的PART 2入组已经至少三线化疗后的卵巢癌患者，或许结果会更有价值。

2017年FDA批准niraparib用于BRCA野生型的复发卵巢癌患者，其主要基于NOVAⅢ期临床试验的结果［18］。研究将553例铂类敏感卵巢癌患者分为gBRCAm组和非gBRCAm组，每组分别以2：1比例随机分为ni⁃raparib组和对照组，结果显示niraparib组PFS显著高于对照组（P＜0.001）；gBRCAm组中，两组的PFS分别为21个月和5.5个月；非gBRCAm组中，两组的PFS分别为9.3个月和3.9个月，表明gBRCAm卵巢癌患者可以从ni⁃raparib中有更大的获益。随后进一步将非gBRCAm组分为3个亚组：BRCA野生且HRD组、sBRCAm且HRD组、非sBRCAm且无HRD组，三组对比对照组的PFS分别为：9.3个月vs.3.7个月、20.9个月vs.11个月、6.9个月vs.3.8个月，均具有统计学意义（P＜0.001，P=0.02，P=0.02）。上述研究表明niraparib不仅可以使gBRCAm患者获益，BRCAness和BRCA野生晚期肿瘤患者同样可以获益。

3 PARPi与放疗联合应用临床研究

DNA是放射线杀灭肿瘤细胞的关键靶，关键DSB未能修复或修复错误会导致细胞死亡。在受照细胞中，DSB大约是SSB的0.04倍，与照射剂量呈线性关系，表明是由电离辐射的单击所致。然而，完整DNA的SSB对细胞杀灭几乎没有作用，因其很容易以对侧的互补链为模板通过HR和NHEJ修复损伤，这也是PARPi在HRD肿瘤中产生合成致死的理论基础。存活下来的具有克隆源性的细胞即成为复发和转移的隐患［19］。

PARPi既能抑制DNA损伤修复增强放疗所致DNA链断裂的强度和范围，还能改善肿瘤微环境乏氧所致的放疗抵抗，增加肿瘤细胞对放疗的敏感性［20］。在乳腺及妇科肿瘤、肺部肿瘤、脑肿瘤、消化系统肿瘤、头颈部肿瘤等研究显示，PARPi联合放疗能明显降低肿瘤负荷、减缓肿瘤的增殖速度［21-22］。Owonikoko等［22］在小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）细胞中研究显示，放疗2 Gy联合组对比veliparib组细胞存活比例减少约30%。Veliparib联合全脑放疗（whole brain radiotherapy，WBRT）显示，非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）脑转移患者mPFS提高了6.5个月（3.5个月vs.10个月），乳腺癌脑转移mPFS提高了2.6个月（4.9个月vs.7.7个月），与单独全脑放疗相比不良反应并未增加［23］。但在Ⅱ期研究中，veliparib联合WBRT治疗NSCLC脑转移患者，WBRT组mPFS为185 d，联合组（50/200 mg）mPFS为209 d，mOS、颅内控制率也无显著性差异［24］。Reiss等［25］联合veliparib与低分割全腹放疗用于卵巢癌及输卵管癌的研究，结果显示，mPFS为3.6个月，mOS为9.1个月，并且铂类敏感患者OS显著高于铂类抵抗患者（10.9个月vs.5.8个月）。Cztio等［26］入组了31例局部晚期直肠癌患者，于全直肠切除术前联合应用veliparib、卡培他滨及放疗，术后病理分期结果显示71%（22例）的患者临床期别降低，并且获益患者并不局限于存在HRD的患者，其中29%（9例）患者达病理完全缓解，而既往文献报道局晚直肠癌术前卡培他滨联合放疗术后病理完全缓解率为15%～20%［27］。

4 PARPi与化疗联合应用临床研究

化疗药物种类繁多，药物在大、小分子水平上直接破坏肿瘤DNA双链和阻断DNA的合成，影响RNA的转录与蛋白质的合成。化疗药进入人体后既可杀死肿瘤细胞，也会影响正常细胞。化疗药的某一剂量通常可杀死一定百分比的细胞而不是一定数量的癌细胞，反复给药以最大限度的减少总细胞数的同时不可避免的就会损伤正常细胞，甚至致死。联合化疗对卵巢癌、晚期乳腺癌及小细胞肺癌虽有显著疗效，但不能治愈，并且化疗后出现疾病进展常伴随耐药。Plummer等［28］在转移性黑色素瘤中观察到，rucaparib联合替莫唑胺组患者的mOS为10.9个月，mPFS为3.6个月，而单独服用替莫唑胺mOS为7.7个月，mPFS为1.9个月［29］。Bang等［30］入组124例胃癌患者，结果显示olaparib联合组mPFS（13.1个月）显著高于紫杉醇组（8.3个月）（P=0.005）。Ra⁃malingam等［31］入组158例未经治疗的晚期NSCLC患者，以2：1比例分为veliparib联合双药化疗组和卡铂紫杉醇化疗组，结果显示联合治疗组较化疗组mPFS提高了1.6个月（5.8个月vs.4.2个月，P=0.17），mOS提高了2.6个月（11.7个月vs.9.1个月，P=0.27），并且鳞癌患者获益更明显。但在2017年美国临床肿瘤学会（ASCO）ECOG-ACRIN 2511研究报告中，将veliparib加入广泛期SCLC（ES-SCLC）的一线EP方案化疗中，联合组和EP化疗组mPFS分别为6.1个月和5.5个月（P：0.06），在ESSCLC中联合veliparib并不优于经典的EP方案化疗。

5 PARPi治疗抵抗的机制研究

靶向治疗为患者提供更多治疗选择的同时，克服治疗抵抗显得尤为重要。PARPi发生抵抗的机制主要包括：1）各种原因导致BRCA缺陷肿瘤HR功能的重新恢复；2）PgP（P-glycoprotein efflux pump）转运蛋白的上调［32］。研究发现PARPi抵抗的机制是通过恢复RAD51结合区开放阅读框，重新恢复BRCA1/2在HR中的功能［3］，并已在肿瘤组织中得到证实，铂类化疗抵抗的患者中也存在这种情况［33］。53BP1是调控NHEJ的关键因子，53BP1保护DNA粘性末端的介导NHEJ，而BRCA1通过参与DNA粘性末端的切除介导HR。在具有BRCA1缺陷的细胞中，DSB因无法结合BRCA1而使NHEJ在DNA修复中占主导地位，而53BP1缺失却相对恢复了HR的部分功能，细胞则选择以更加准确的方式修复DSB，对PARPi产生抵抗［34］。在经PARPi治疗的BRCA1/2m肿瘤中可以明显看到MDR1基因和PgP表达增高，提示药物外排很可能是PARPi抵抗的重要原因。

6 结语

在过去的近十年里，越来越多的证据表明PARPi在卵巢癌、乳腺癌和前列腺癌中产生了较好的临床疗效。伴随着多种PARPi的临床应用，针对DNA损伤修复的抑制剂在肿瘤靶向治疗中得到推广，多项Ⅲ期在研临床试验可能为PARPi在其他肿瘤中的应用提供强有力的证据。在个体化精准医疗的大时代背景下和对PARPi机制的深入研究后，目前发现了一些亟待解决的问题：1）如何有效地筛选出对PARPi敏感的肿瘤患者；2）如何正确理解并克服PARPi的治疗抗性问题；3）如何合理地将PARPi与放化疗有效结合。关于PARPi的多项研究正在进行中，相信随着对机制的深入研究，能够更大范围、更加精确地筛选出反映PARPi敏感性的生物指标，使更多晚期肿瘤患者获益。

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