卵巢癌中PARP 抑制剂的耐药机制及提高其敏感性的联合治疗策略

2024-01-01 07:17李宾吝欢欢韩飞飞田美玲段爱红柯小宁
国际妇产科学杂志 2023年5期
关键词:卵巢癌耐药性敏感性

李宾,吝欢欢,韩飞飞,田美玲,段爱红,柯小宁

卵巢癌是妇科三大常见恶性肿瘤之一,死亡率居妇科恶性肿瘤之首[1]。由于缺乏典型的早期症状及有效的筛查手段,约70%的患者在诊断时已为晚期,5 年生存率仅约30%[2]。目前公认的一线治疗方案是手术和含铂化疗,但长期效果并不满意,超过70%的患者在2 年内复发[2]。近年来,维持治疗已成为延长治疗反应时间和疾病复发间期的重要策略[3]。多项临床试验证实多腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂[poly(ADP-ribose)polymerase inhibitor,PARPi]可使卵巢癌患者获益[4-5],为卵巢癌的治疗开启了新篇章。尽管已证实PARPi 可以延长卵巢癌患者的无进展生存期,但癌细胞不可避免地会产生耐药性,这成为PARPi长期使用的障碍。因此,迫切需要对PARPi 的作用机制和耐药机制进行研究,以期克服PARPi 的耐药性并提高其敏感性。现就PARPi 的作用机制、潜在耐药机制及提高PARPi 敏感性的策略进行综述。

1 PARP 概述

PARP 是一类催化靶蛋白或其自身ADP-核糖基化的细胞核酶,在DNA 单链断裂(single-strand breakage,SSB)的碱基切除修复(base excision repair,BER)中发挥至关重要的作用。目前已知的PARP 家族由18 个成员组成,其中PARP1 是最重要的酶,占细胞内PARP 总活性的85%~90%。PARP1 参与DNA 修复、维持基因组完整性和DNA 复制叉的稳定以及染色质重塑等,是该家族中研究最多的成员[6]。当感应到SSB 信号后,PARP1 的锌指结构域迅速识别并结合在损伤位点,构象改变并激活PARP1 催化活性,催化β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(β-nicotinamide adenine dinucleotide,β-NAD+)分解为ADP-核糖和烟酰胺,然后以分解产生的ADP-核糖为底物,使核受体蛋白(包括PARP1 自身、DNA 修复因子、组蛋白以及各种转录因子等)发生多ADP-核糖基化修饰[Poly(ADP-ribosyl)ation,PARylation],然后进一步募集下游DNA 损伤修复相关蛋白[如XRCC1、DNA连接酶3 和DNA 聚合酶θ(DNA polymerase θ,Polθ)等]迅速迁移至损伤部位,重塑受损DNA 的染色质结构,从而有效修复SSB[6]。由于负电荷大量蓄积,导致PARP1 从DNA 上解离下来,解离下来的PARPADP 聚合物在多ADP-核糖水解酶 [poly (ADPribose)glycohydrolase,PARG]作用下被裂解。裂解后的ADP-核糖可重新用于合成β-NAD+,而重新形成单体的PARP1 可被再次激活,循环作用于DNA 损伤位点,完成DNA 损伤修复,这一过程即为PARP1催化循环[6]。

2 PARPi 的作用机制

2.1 酶促抑制PARP1 的酶活性可被PARPi 靶向抑制,使之不能通过PARylation 进一步募集DNA 损伤修复相关蛋白发挥作用[6]。PARPi 干扰SSB 的修复,导致未修复的SSB 积累,持久的SSB 未能及时修复纠正使DNA 复制叉停滞或减速,转化为高度细胞毒性的DNA 双链断裂(double-strand breakage,DSB)。正常情况下,同源重组修复(homologous recombination repair,HRR)可高保真修复DSB,使细胞存活,而乳腺癌相关基因(breast cancer-related gene,BRCA)缺陷或同源重组缺陷(homologous recombination deficiency,HRD)的肿瘤细胞则不能通过HRR 进行修复,需启动非同源末端连接(nonhomologous end joining,NHEJ)进行修复,引起基因组不稳定,从而杀伤肿瘤细胞。以上即为PARPi 与BRCA 缺陷(或HRD)联合的合成致死的基本原理,推动了PARPi 在临床治疗中的应用,并且在多项临床试验中使卵巢癌患者获益,其已经应用于卵巢癌的一线和二线维持治疗。目前,美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)获批上市的PARPi 有奥拉帕利(Olaparib,2014)、鲁卡帕利(Rucaparib,2016)、尼拉帕利(Niraparib,2017)和他拉唑帕利(Talazoparib,2018)。

2.2 PARP“捕获”(PARP trapping)随着对PARPi 的深入研究,发现其作用机制不局限于通过竞争性结合PARP 的催化结构域活性位点,阻断和抑制PARP 酶活性。越来越多的研究认为PARPi 可干扰PARP 发生PARylation,使其不能从DNA 上解离,而将PARP“捕获”于DNA 损伤位点,稳定的PARP-DNA 复合物可抑制SSB 修复,并使停滞的DNA复制叉降解为DSB,从而比酶促抑制能更有效地杀伤癌细胞[7]。相关研究表明,PARPi 引起的PARP“捕获”造成的细胞毒性高于单纯的PARP 缺失或功能抑制[8]。然而,虽然已显示出相同的抑制PARP 催化活性的能力,但是目前也并非所有临床阶段的PARPi 都具有相同的PARP“捕获”活性。“捕获”PARP 的能力与每种药物杀伤癌细胞的能力密切相关,目前临床上的PARPi 可根据其“捕获”PARP 的能力和细胞毒性效力进行排名(从最强到最弱):他拉唑帕利>>尼拉帕利>奥拉帕利=鲁卡帕利>>维利帕尼(Veliparib,未上市)[8-9]。

3 PARPi 的耐药机制

尽管PARPi 治疗已取得一定效果,但随着临床实践中越来越多的应用不可避免地引发了PARPi的耐药性问题,以及随之而来的疾病复发和患者预后不良。较多研究探索了PARPi 获得性耐药的机制,包括HRR 恢复、DNA 复制叉保护、PARP“捕获”减少及药物外排增加等。然而目前其具体机制仍未完全阐明,且同一个体可能存在多种机制并随着时间的推移而变化,PARPi 在临床应用中仍具有挑战。

3.1 HRR 恢复PARPi 最常见的获得性耐药机制是HRD 肿瘤中HRR 的恢复[10]。HRR 的恢复可通过HRR 相关蛋白表达的恢复或对HRR 途径抑制作用的减弱,从而减少基因组的不稳定性和复制压力。其中,体细胞回复突变是恢复HRR 相关蛋白表达最典型的方式。体细胞回复突变即体细胞移码突变或无义突变的肿瘤中恢复HRR 相关基因的开放阅读框(open reading frame,ORF),导致功能性蛋白质的重新表达,从而部分恢复HRR[11]。除BRCA1/2 基因外,体细胞回复突变还发生在多个其他HRR 相关基因中,如RAD51C、RAD51D 和PALB2[12]。另外,BRCA1启动子区去甲基化可导致因甲基化表观遗传学沉默的BRCA1 蛋白的重新表达[11]。此外,BRCA1 外显子11 中的移码突变可能产生BRCA1 蛋白亚型(BRCA1-δ11q),仍然具有部分残留活性,可导致PARPi 的部分耐药性[13]。

恢复HRR 的另一种机制是BRCA 缺陷癌细胞中DNA 损伤反应的重新选择,即通过下调NHEJ,减少对HRR 途径的抑制[11,14]。HRR 和NHEJ 竞争性修复DSB,正常情况下BRCA1 蛋白通过抑制p53 结合蛋白1(p53-binding protein 1,53BP1)启动HRR,BRCA1 蛋白的缺失会阻止53BP1 从DNA 末端释放并招募相关因子(RIF1、REV7 和shieldin),通过保护DNA 末端启动NHEJ。53BP1 及相关因子的功能丧失将导致DNA 末端切除,使RAD51 在缺乏BRCA1蛋白的情况下被募集并恢复HRR,从而使癌细胞对PARPi 产生耐药性。

3.2 DNA 复制叉保护DNA 复制叉的稳定性是诱导PARPi 耐药的机制之一。在DNA 复制过程中,Pax 转录激活结构域互作蛋白(Pax transactivation domain-interacting protein,PTIP)和Zeste 基因增强子同源物2(enhancer of Zeste homolog 2,EZH2)负责募集核酸酶MRE11 和MUS81,使得PARP1 和BRCA1/2 蛋白保护停滞复制叉处的新生DNA 不被核酸酶降解[14-15]。然而,在BRCA 缺陷的癌细胞中,EZH2 和PTIP 活性在复制叉处受到限制,从而减少核酸酶的募集并导致复制叉保护。此外,已证明染色质重塑因子SMARCAL1、ZRANB3 和HLTF 是MRE11依赖性复制叉降解所必需的,BRCA 缺陷的癌细胞中这些因子的缺失可保护复制叉免受降解[15]。可见,PARPi 可使未受保护的复制叉崩解,复制叉保护则导致PARPi 耐药。

3.3 PARP“捕获”减少PARP1 突变和PARG 的缺失使PARP1 的“捕获”减少,从而引起对PARPi 的耐药[11,16]。研究发现一种常见于PARPi 耐药患者肿瘤样本中的PARP1 突变(R591C),这与PARP1 在DNA上的“捕获”减少有关,从而导致PARPi 耐药[17]。PARG 可逆转PARylation,防止多ADP-核糖积累,因此,PARG 与PARPi 协同发挥作用。体外实验发现,在PARPi 处理的BRCA2 缺陷的乳腺癌细胞中,阻断细胞PARG 的表达引起多ADP-核糖积累,从而通过增加PARP1 依赖性DNA 损伤修复来减少PARP1 在DNA 上的“捕获”,导致PARPi 耐药;另外,在浆液性卵巢癌和三阴性乳腺癌组织中均发现了PARG 阴性表达[18]。推测卵巢癌可能也通过这种机制导致耐药,有助于患者PARPi 耐药性的预测。

3.4 药物外排增加目前普遍认为编码药物外排泵P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)的ABCB1 基因的过度表达是不同类别药物化疗耐药的常见机制[19]。肿瘤细胞通过增加药物外排泵的数量促进药物外排,降低细胞内药物浓度,从而减弱药物的治疗作用,产生耐药性。已在PARPi 耐药的卵巢癌细胞系中观察到P-gp 的过度表达,并且PARPi 与P-gp抑制剂Tariquidar 的共同治疗可恢复肿瘤细胞对PARPi 的敏感性[16,20]。提示P-gp 可能是增加PARPi敏感性的一个重要靶点。

3.5 其他①信号通路失调:已报道细胞间质表皮转化因子(cellular mesenchymal to epithelial transition factor,c-MET)、磷脂酰肌醇3 激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)、共济失调毛细血管扩张突变基因(ataxia telangiectasia mutated gene,ATM)/ATM 和Rad3 相关蛋白激酶(ATM and Rad3 related kinase,ATR)等信号通路的异常调节与PARPi 耐药有关[11,14-15]。受体酪氨酸激酶c-MET 可直接磷酸化PARP1,激活PARP1 酶活性,降低与PARPi 的结合亲和力,从而诱导PARPi 耐药性[21]。另外,PARPi 可激活PI3K/Akt 通路,进而激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR),导致BRCA1、RAD50、RAD51 和FANC2 的表达增加,诱导细胞凋亡抵抗和线粒体保护,从而促进肿瘤细胞生长和增殖[22]。ATM 和ATR是DNA 损伤反应途径中的重要因子,主要负责募集组蛋白H2A 和DNA 修复复合物,ATM/ATR 通路的激活可通过恢复HRR 导致PARPi 耐药[23]。②细胞周期控制的改变:细胞周期调节因子如细胞周期蛋白依赖性激酶12(cyclin-dependent kinases 12,CDK12)可以调节DNA 损伤修复基因的转录;WEE1 作为一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,可以通过抑制CDK1 和CDK2 的活性将细胞周期阻滞在G2/M 期,为DNA修复提供时间。研究发现,CDK12 和WEE1 的过度表达可通过恢复HRR,促进PARPi 耐药性[16,24]。③微小RNA(microRNA,miRNA):多项研究发现miRNA与PARPi 耐药性有关,如miR-622 通过直接抑制NHEJ 途径中Ku70/80 异二聚体的表达,促进HRR修复,诱导PARPi 耐药[25]。此外,拮抗miR-182 可使BRCA1 蛋白表达升高,通过促进HRR 诱导PARPi耐药[26]。

4 提高PARPi 敏感性的策略

以上PARPi 的作用机制和耐药机制为克服PARPi 耐药和提高敏感性提供了理论基础。通过针对特定耐药机制的抑制,药物的联合治疗策略有可能预防和对抗PARPi 的耐药性,从而提高PARPi 的敏感性和抗肿瘤作用。目前正在研究的主要的联合治疗策略如下。①联合抗血管生成药物:PARPi 和抗血管生成药物可能是上皮性卵巢癌中评估最多的组合[16,19],主要的抗血管生成药物有贝伐珠单抗和西地尼布。抗血管生成药物可引起细胞缺氧,诱导HRR信号通路下调,导致HRD。对于PARPi 维持治疗后肿瘤进展的卵巢癌患者,抗血管生成药物与PARPi联合使用可能会带来一些临床益处[27]。尽管该组合的潜在机制仍未完全清晰,但现有研究显示PARPi和抗血管生成药物之间具有协同作用。②联合细胞周期检查点蛋白抑制剂:主要包括ATR、CHK1 和WEE1 抑制剂[11]。PARPi 与细胞周期检查点蛋白抑制剂相结合可以最大限度地增加细胞周期G1 期和S期的损伤累积,并通过最小化修复时间来抑制G2期的修复,从而增加DNA 损伤并导致细胞死亡,二者具有协同作用,可应用于HRR 恢复和DNA 复制叉保护引起的耐药。③联合PI3K/Akt/mTOR 通路抑制剂:PI3K/Akt/mTOR 通路在高级别浆液性卵巢癌的发生、发展中发挥重要作用。PARPi 和PI3K/Akt/mTOR 通路抑制剂联合应用可诱导HRD 为中心的多种机制,二者具有协同作用。如PI3K 抑制剂可下调BRCA1/2 表达并诱导HRD[16];mTOR 抑制剂可抑制DSB 修复蛋白SUV39H1,同时抑制HRR 相关基因表达[28]。④联合Ras/Raf/丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase,MEK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)通路抑制剂:Ras/Raf/MEK/ERK 通路激活后参与BRCA1 的转录调控。MEK 抑制剂的基本原理为诱导HRD、降低DNA 损伤检查点活性和促进细胞凋亡。PARPi 和Ras/Raf/MEK/ERK 通路抑制剂协同作用,通过增加DNA 损伤和细胞凋亡提高卵巢癌细胞对PARPi 的敏感性[19]。⑤联合表观遗传修饰剂:表观遗传学修饰剂主要有溴结构域和超末端结构域(bromodomain and extraterminal domain,BET)抑制剂和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)抑制剂。细胞系和异种移植卵巢癌模型的临床前数据均表明,抑制BET 和HDAC 可以通过增强PARP 相关的DNA 损伤,减少BRCA1 蛋白表达,以及通过破坏复制叉进程增加基因组不稳定性,诱导HRD,从而增强PARPi 的活性[29]。然而,这些药物的临床前景因血液学毒性受到限制。⑥抑制药物外排:由于药物外排泵P-gp 在PARPi 耐药卵巢癌细胞中过度表达,PARPi 和外排泵抑制剂Tariquidar 的联合治疗可恢复卵巢癌细胞对PARPi 的敏感性[20]。另外,研发高选择性PARPi 可以避免这种耐药机制并克服耐药性。⑦联合免疫治疗:该联合治疗策略的基本原理基于两个假设,其一,PARPi 治疗HRD 的卵巢癌具有更高的肿瘤突变负荷,导致肿瘤新抗原负荷升高,刺激抗肿瘤免疫反应增强,即PARPi 通过提高突变负荷来增加患者对免疫治疗的敏感性;其二,PARPi 治疗可通过激活干扰素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)通路激活先天免疫反应,并可上调程序性死亡受体配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)表达,PARPi 联合免疫治疗可增强抗肿瘤作用[19]。Ⅱ期临床试验表明,PARPi 和抗PD-L1 抗体度伐利尤单抗(Durvalumab)联合使用对胚系BRCA1/2 突变的乳腺癌和卵巢癌均表现出良好的反应[16]。此外,目前该联合治疗策略对新诊断和复发(铂敏感或耐药)卵巢癌患者的疗效的相关临床试验仍在进行中。⑧联合Polθ 抑制剂:HRD 肿瘤细胞的修复依赖于替代NHEJ(aNHEJ),包括微同源介导的末端连接(MMEJ)。Polθ 在卵巢癌中表达上调并通过MMEJ 修复DSB[11]。新生霉素可抑制Polθ 的ATP 酶活性,引起DNA 损伤和细胞死亡,从而增强PARPi 活性。有研究发现,Polθ 的小分子抑制剂ART558 可抑制MMEJ 修复过程,在BRCA1/2 突变细胞(包括卵巢癌和乳腺癌细胞)中引起DNA 损伤和合成致死效应,并增强PARPi的作用[30]。因此,Polθ 抑制可能是卵巢癌药物治疗的潜在策略,可与PARPi 联合或单独应用。

5 结语与展望

目前越来越多的卵巢癌患者可以通过PARPi维持治疗获益,然而,耐药性问题成为其临床应用的障碍。PARPi 耐药性是由多种机制引起的,且在同一个体中可能存在多种耐药机制。因此,PARPi 耐药性在临床治疗中可能与临床前研究不同,需要更多的临床样本和研究来进一步确定更全面的PARPi 耐药机制。药物的联合治疗策略可能有助于改善PARPi 的耐药性,提高其敏感性,但仍需要更多研究证实。另外,哪种联合治疗策略可使患者获益最大、联合用药是否会产生更多的毒副作用、患者能否承受多种药物的经济压力,这些都是临床关注的热点问题,有待更多研究明确。

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