多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶抑制劑對(duì)食管鱗狀細(xì)胞癌的放療增敏作用

崔玉忠，趙瑩瑩，房克霞，黃偉

1淄博市市立醫(yī)院腫瘤科，山東 淄博 255400

2山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院胸部放療科，濟(jì)南 250000

在全球范圍內(nèi)，食管癌是發(fā)病率和病死率均較高的惡性腫瘤之一，全球近一半的食管癌發(fā)生在中國(guó)。中國(guó)的食管鱗狀細(xì)胞癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，發(fā)病率居所有惡性腫瘤第六位，病死率居第四位，患者5年生存率為15%～25%[1-2]。中國(guó)食管癌的發(fā)病有較明顯的地區(qū)差異，河南、河北和福建等省份發(fā)病率較高，其次為江蘇、新疆、山西等[3]。食管鱗狀細(xì)胞癌是一種高致死性的惡性腫瘤，且早期食管癌缺乏特異性的臨床癥狀，不易被發(fā)現(xiàn)，多數(shù)患者確診時(shí)已處于進(jìn)展期。

放療在食管鱗狀細(xì)胞癌綜合治療策略中的地位舉足輕重，可以顯著提高患者的生存率并明顯改善局部控制率。同步放化療（concurrent chemoradiotherapy，CCRT）是無(wú)法手術(shù)的局部晚期食管癌患者的主要治療方法，盡管CCRT的初始治療效果較好，但未轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期獲益，多數(shù)患者會(huì)在治療后3年內(nèi)出現(xiàn)疾病進(jìn)展或復(fù)發(fā)，表明在食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中存在著放療抵抗細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在放療中存活并轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤的主體，引起食管癌進(jìn)展或復(fù)發(fā)，影響患者的長(zhǎng)期生存。惡性腫瘤患者的預(yù)后與其放療的敏感性密切相關(guān)[4]，由于存在個(gè)體差異，即使采用了相同的治療方法，不同食管癌患者的療效也有差異，生存期也不同。進(jìn)一步明確食管鱗狀細(xì)胞癌的放療抵抗機(jī)制，提高其放療敏感性是目前食管鱗狀細(xì)胞癌治療面臨的難題。

放療主要通過(guò)電離輻射殺傷腫瘤細(xì)胞，其作用位點(diǎn)為細(xì)胞DNA，放射線照射腫瘤細(xì)胞后會(huì)直接或間接損傷細(xì)胞的DNA。電離輻射引起的DNA損傷包括堿基修飾、交聯(lián)、單鏈斷裂和雙鏈斷裂，其中單鏈斷裂和雙鏈斷裂最為常見(jiàn)，但雙鏈斷裂的發(fā)生頻率遠(yuǎn)低于單鏈斷裂，雙鏈斷裂是放療引起的細(xì)胞不可逆損傷形式[5]。細(xì)胞可通過(guò)ADP核糖聚合酶——多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶[poly（ADP-ribose）polymerase，PARP]、DNA 損傷修復(fù)相關(guān)因子和DNA連接酶來(lái)修復(fù)放射損傷導(dǎo)致的單鏈斷裂；雙鏈斷裂主要通過(guò)基因重組和非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）兩種方式進(jìn)行損傷修復(fù)。DNA雙鏈斷裂的損傷修復(fù)中也有PARP蛋白的參與，且雙鏈斷裂的修復(fù)比單鏈斷裂困難得多，不能成功修復(fù)的細(xì)胞會(huì)發(fā)生凋亡。影響受照射細(xì)胞存活與否的關(guān)鍵因素是損傷的DNA能否得到及時(shí)修復(fù)，腫瘤細(xì)胞的放療敏感性與放射損傷修復(fù)密切相關(guān)，這也成為研究放療增敏的一個(gè)新方向。本文對(duì)PARP抑制劑對(duì)食管鱗狀細(xì)胞癌放療增敏的作用機(jī)制及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PARP 的功能和作用

PARP是一種多功能的蛋白質(zhì)翻譯后修飾酶，廣泛存在于多種真核細(xì)胞中[6]，可參與DNA損傷修復(fù)、體內(nèi)細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過(guò)程。PARP于1963年首次被發(fā)現(xiàn)，其作為DNA單鏈損傷的感受器在DNA單鏈損傷后被激活，催化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）合成聚ADP-核糖[poly（ADP-ribose），PAR]鏈，將其連接于組蛋白，松弛染色質(zhì)并募集修復(fù)蛋白，從而參與腫瘤細(xì)胞的DNA單鏈損傷修復(fù)過(guò)程。在DNA復(fù)制過(guò)程中，未被修復(fù)的DNA單鏈損傷會(huì)轉(zhuǎn)變成雙鏈損傷，此時(shí)又可通過(guò)同源重組進(jìn)行修復(fù)。PARP和同源重組修復(fù)通路的存在，可使很多DNA損傷都可順利修復(fù)，從而使細(xì)胞存活。

PARP酶系至少包括18個(gè)成員，其中PARP1最早被發(fā)現(xiàn)且研究最廣泛，在該家族成員中約占90%。PARP1最重要的功能是在DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其次還包括保持染色體穩(wěn)定、DNA甲基化、染色質(zhì)重塑等作用[7-8]。當(dāng)電離輻射等外源性刺激引起DNA損傷時(shí)，PARP1可以識(shí)別并與DNA受損端結(jié)合，催化多聚二磷酸腺苷核糖化，識(shí)別堿基切除修復(fù)復(fù)合體并修復(fù)DNA損傷。

2 PARP抑制劑

2.1 PARP 抑制劑的作用機(jī)制

PARP抑制劑主要通過(guò)抑制催化活性和捕獲能力發(fā)揮作用：①PARP抑制劑通過(guò)與NAD+競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合PARP，使PAR鏈無(wú)法形成，進(jìn)而使DNA單鏈損傷無(wú)法修復(fù)；②PARP抑制劑能與PARP的NAD+位點(diǎn)結(jié)合，形成穩(wěn)定的構(gòu)象，造成DNA-PARP的不可逆解離，此過(guò)程被稱為PARP的捕獲，從而導(dǎo)致PARP始終與DNA結(jié)合，造成雙鏈損傷且無(wú)法修復(fù)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[9]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)PARP抑制劑的捕獲能力具有重要作用。

2.2 PARP抑制劑的種類

目前，美國(guó)食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)上市的PARP抑制劑共有4個(gè)，包括奧拉帕利（Olaparib）、魯卡帕利（Rucatinib）、尼拉帕利（Niraparib）和他拉唑帕利（Talazoparib），主要適應(yīng)證包括乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌等，且針對(duì)前列腺癌、胃癌、肺癌的臨床研究也在進(jìn)行中。中國(guó)的PARP抑制劑研發(fā)也緊跟全球進(jìn)展，尼拉帕利已于2019年12月獲批上市，氟唑帕利已于2020年獲批上市，Pamiparib（BGB-290）在晚期胃癌一線維持治療中的應(yīng)用也正在進(jìn)行Ⅲ期臨床試驗(yàn)。

2.3 PARP 抑制劑的不良反應(yīng)

PARP抑制劑常見(jiàn)的不良反應(yīng)包括血液學(xué)毒性和非血液學(xué)毒性，血液學(xué)毒性是最常見(jiàn)的不良反應(yīng)，主要包括貧血、血小板減少和中性粒細(xì)胞減少；非血液學(xué)毒性包括胃腸道不適、乏力、皮膚毒性等。其中奧拉帕利和魯卡帕利均以貧血（37%～50%）最為常見(jiàn)；尼拉帕利則以血小板減少（14%～61%）和貧血為主，其次為中性粒細(xì)胞減少[10-12]。胃腸道不良反應(yīng)中惡心（70%～76%）最為常見(jiàn)，但大多為1～2級(jí)，3～4級(jí)不良反應(yīng)發(fā)生率僅為3%～4%[13]。乏力發(fā)生率為59%～69%，大多數(shù)也為1～2級(jí)。總體來(lái)講，PARP抑制劑的不良反應(yīng)較輕，因不良反應(yīng)導(dǎo)致治療終止或減量的發(fā)生率也較低。

3 范科尼貧血（Fanconi anemia，F(xiàn)A）/乳腺癌易感基因（breast cancer susceptibility gene，BRCA）通路與DNA損傷修復(fù)

FA是一種罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳性血液系統(tǒng)疾病。在人類腫瘤的發(fā)展過(guò)程中，F(xiàn)A基因發(fā)揮著關(guān)鍵的腫瘤抑制作用，到目前為止已發(fā)現(xiàn)了至少22種FA基因[14-15]。2001年，F(xiàn)A通路與BRCA1間的生化聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)，使FA/BRCA通路逐漸引起臨床重視，該通路由眾多的FA蛋白及BRCA蛋白組成，參與DNA損傷修復(fù)，發(fā)揮DNA損傷修復(fù)和維持基因組穩(wěn)定的作用，且與某些腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后及耐藥性的形成密切相關(guān)。

FA/BRCA通路的一個(gè)主要功能是協(xié)調(diào)DNA鏈間交聯(lián)（interstrand crosslink，ICL）的修復(fù)[16-17]。ICL對(duì)DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有直接的物理阻斷作用，如果不能適當(dāng)修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性和染色體結(jié)構(gòu)畸變。由FA蛋白介導(dǎo)的ICL修復(fù)可以描述為一個(gè)三相過(guò)程：第一階段，上游FA蛋白，如FANCA、FANCB、FANCC、FANCE、FANCF、FANCG和FANCL，以及FA相關(guān)蛋白（FAAP100和FAAP20）組裝形成FA核心復(fù)合體。DNA損傷時(shí)，F(xiàn)A核心復(fù)合體被招募到染色質(zhì)中。第二階段，F(xiàn)ANCD2和FANCI形成一種稱為ID2的異源二聚體[18]；FA核心復(fù)合物在這一過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，含有FANCA、FANCB、FANCC、FANCE、FANCF、FANCG、FANCL或FANCT有害突變的FA患者，其細(xì)胞缺乏對(duì)ID2異源二聚體單倍基化的能力。第三階段，下游的FA蛋白，如BRCA2/FANCD1、乳腺癌易感基因相互作用蛋白1（BRCA1 interacting helicase 1，BRIP1）/FANCJ、BRCA2伴侶和定位子（partner and localizer of BRCA2， PALB2）/FANCN、 RAD51C/FANCO、BRCA1/FANCS、RAD51/FANCR和X線損傷修復(fù)交叉互補(bǔ)基因2（X-ray repair cross complementing 2，XRCC2）/FANCU，共同通過(guò)同源重組來(lái)修復(fù)剩余斷裂的DNA雙鏈。

基因重組是一種保守且無(wú)錯(cuò)誤的修復(fù)過(guò)程，通過(guò)同源DNA模板（通常是姐妹染色單體）來(lái)修復(fù)DNA損傷[19]。RAD51/FANCR是真核生物中主要的基因重組修復(fù)蛋白。許多下游FA蛋白，如BRCA2/FANCD1、PALB2/FANCN 和 RAD51C/FANCO，均可以促進(jìn)RAD51的功能[20]。阻斷FA/BRCA通路會(huì)導(dǎo)致基因重組缺陷，并增加對(duì)NHEJ修復(fù)通路的依賴[21]。

雖然ICL很容易通過(guò)核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER）通路修復(fù)，但I(xiàn)CL是一種主要通過(guò)FA通路修復(fù)的高細(xì)胞毒性損傷。BRCA1/FANCS和FA/BRCA通路之間已經(jīng)建立了大量的生化連接。研究表明，在ICL修復(fù)過(guò)程中，BRCA1/FANCS是清除羧甲基葡聚糖（carboxymethyl-β-1,3-glucan，CMG）復(fù)制解旋酶所必需的[22]。既往研究也表明，BRCA1在修復(fù)過(guò)程的早期與53BP1競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)基因重組，限制易出錯(cuò)的NHEJ[23]。因此，BRCA1/FANCS可能在ICL修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮多種不同作用。

4 DNA 損傷修復(fù)與修復(fù)相關(guān)通路

DNA損傷在細(xì)胞周期中經(jīng)常發(fā)生，可以是自發(fā)的，也可以是由環(huán)境因素引起的。正常細(xì)胞擁有一套精密的DNA損傷感知和修復(fù)系統(tǒng)，可以克服各種DNA損傷，如果不進(jìn)行修復(fù)，這些損傷會(huì)導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定和細(xì)胞毒性。DNA損傷反應(yīng)對(duì)細(xì)胞的生存至關(guān)重要，對(duì)DNA損傷反應(yīng)不足已被證明會(huì)導(dǎo)致多種腫瘤。研究顯示，多種腫瘤的特征均可能導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，這是由DNA損傷感知和修復(fù)失調(diào)引起的[24]。

電離輻射引起的DNA單鏈和雙鏈損傷，均有各自的修復(fù)途徑，在DNA單鏈斷裂中，PARP與斷裂的單鏈結(jié)合并激活其催化活性，促進(jìn)自身和周?chē)鞍踪|(zhì)啟動(dòng)斷裂修復(fù)；雙鏈斷裂可以通過(guò)4種通路進(jìn)行修復(fù)，即同源重組（基因重組）、單鏈退火、微同源介導(dǎo)的末端連接（microhomology-mediated end joining，MMEJ）和NHEJ，這4種通路需要不同程度切除雙鏈斷裂端和不同程度的同源性[25]?；蛑亟M和NHEJ被認(rèn)為是雙鏈斷裂修復(fù)的兩個(gè)重要通路，而基因重組被認(rèn)為是發(fā)生在雙鏈斷裂中間體修復(fù)中的優(yōu)先途徑，而不是容易出錯(cuò)的端連接[26]。NHEJ主要作用于G1期，可使斷端重新連接，但也可能導(dǎo)致缺失和插入，因此更容易出錯(cuò)。在G1期，53BP1定位于雙鏈斷裂位點(diǎn)，與Rap1相互作用因子1（Rap1-interacting factor 1，RIF1）相互作用，阻斷BRCA1的招募[27]。Shieldin是一種效應(yīng)復(fù)合體，由SHLD和REV7組成，被53BP1招募，可保護(hù)DNA末端不被切除[28-29]。DNA末端切除是DNA修復(fù)選擇的關(guān)鍵，往往在細(xì)胞周期S/G2期被激活以促進(jìn)基因重組。基因重組以S/G2期中的同源染色體為模板，重建精確的副本[30]。BRCA是一種腫瘤抑制因子，對(duì)基因重組至關(guān)重要，若存在DNA的雙鏈斷裂，BRCA將招募像RAD51這樣的蛋白質(zhì)來(lái)修復(fù)破損?；蛑亟M通常是一種保守的機(jī)制，利用其對(duì)DNA雙鏈斷裂高保真性，以及BRCA1/2和RAD51等進(jìn)行同源DNA修復(fù)[31]。當(dāng)一個(gè)未損壞的模板DNA不可用時(shí)，快速但容易出錯(cuò)的NHEJ修復(fù)途徑是雙鏈斷裂修復(fù)的基本方法。BRCA1/2在基因重組的分子機(jī)制中發(fā)揮重要作用，它們能夠準(zhǔn)確地修復(fù)斷裂的雙鏈并抑制細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡或使受損DNA傳遞延遲或停止[32]。DNA損傷反應(yīng)的失敗會(huì)引起永久性的細(xì)胞周期阻滯或程序性細(xì)胞死亡。

5 PARP 抑制劑在食管鱗狀細(xì)胞癌中的應(yīng)用

惡性腫瘤細(xì)胞耐藥的機(jī)制主要是由于DNA損傷修復(fù)能力增強(qiáng)，導(dǎo)致了放療抵抗的產(chǎn)生。單鏈斷裂是最常見(jiàn)的DNA損傷形式，雙鏈斷裂是最具細(xì)胞毒性的損傷形式。PARP家族成員在DNA單鏈斷裂修復(fù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[33]。PARP1可以檢測(cè)復(fù)制叉的中斷，并在單鏈斷裂上結(jié)合受損的DNA，導(dǎo)致一系列變構(gòu)變化。

PARP是一種具有分子傳感器功能的酶，能夠識(shí)別并與斷裂的單鏈結(jié)合，參與多個(gè)細(xì)胞過(guò)程，包括DNA損傷反應(yīng)途徑[34]。PARP抑制劑可捕獲DNA上的PARP，導(dǎo)致復(fù)制叉的停滯，通常情況下，停滯的復(fù)制叉激活同源重組修復(fù)過(guò)程涉及BRCA1/2，以修復(fù)和重新激活復(fù)制叉[9]。除了DNA修復(fù)，PARP1和BRCA1/2也參與DNA復(fù)制過(guò)程。PARP1在調(diào)節(jié)復(fù)制叉的積累和避免雙鏈斷裂中發(fā)揮關(guān)鍵作用[35]。BRCA1/2可在停滯復(fù)制分叉中保護(hù)新生的DNA免受降解[36]。當(dāng)PARP抑制劑捕獲DNA上的PARP1以阻斷DNA復(fù)制時(shí)，細(xì)胞將依賴BRCA1/2來(lái)保護(hù)復(fù)制叉，若BRCA是有缺陷的，DNA復(fù)制保護(hù)的缺失會(huì)導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定和細(xì)胞死亡。此外，Murai等[37]證明了PARP的捕獲性與PARP抑制劑的細(xì)胞毒性有很強(qiáng)的相關(guān)性。盡管PARP的催化抑制活性相似，但PARP抑制劑在捕獲PARP的能力上有所不同。他拉唑帕利的體外細(xì)胞毒性和PARP誘捕能力最強(qiáng)[37]，尼拉帕利次之，奧拉帕利和魯卡帕利表現(xiàn)出中等的細(xì)胞毒性和PARP誘捕能力，而維利帕尼是最弱的[38]。

PARP是目前腫瘤治療的研究熱點(diǎn)，抑制PARP活性可抑制由其介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)機(jī)制，因此，PARP抑制劑被設(shè)計(jì)用于抗腫瘤治療[39]。BRCA是一種抑癌基因，該基因突變可抑制DNA損傷修復(fù)的能力，從而導(dǎo)致同源重組修復(fù)缺陷（homologous recombination deficiency，HRD），即BRCA基因或其他同源重組基因的功能缺失，引起雙鏈斷裂的DNA不能通過(guò)同源重組修復(fù)；同時(shí)PARP抑制劑又干擾了DNA的單鏈修復(fù)，從而形成“合成致死”效應(yīng)，對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用會(huì)明顯增強(qiáng)[40]。

鑒于PARP在DNA損傷修復(fù)中的重要作用，近年產(chǎn)生了一種治療策略，即將PARP抑制劑與DNA損傷藥物或放療聯(lián)合應(yīng)用以抑制由PARP介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)，來(lái)增強(qiáng)食管鱗狀細(xì)胞癌的治療效果。Lyons和Ku[41]認(rèn)為在食管鱗狀細(xì)胞癌治療中，奧拉帕尼與其他靶向藥物或免疫檢查點(diǎn)抑制劑結(jié)合引起的PARP抑制作用，可在生物標(biāo)志物選擇的人群中進(jìn)一步研究。這也成為研究如何提高放療敏感性、解決腫瘤細(xì)胞放療抵抗的一個(gè)新思路[42]。

PARP抑制劑作為新型抗腫瘤藥物，具有不良反應(yīng)小的特點(diǎn)。但Lourenco等[43]的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PARP抑制劑在增強(qiáng)放療作用的同時(shí)，也帶來(lái)了裸鼠體重明顯下降、食管和皮膚損傷問(wèn)題。研究顯示，PARP抑制劑無(wú)論聯(lián)合放療或化療，對(duì)食管鱗狀細(xì)胞癌均有較確切的增敏作用，但對(duì)于可能的作用機(jī)制仍未達(dá)成共識(shí)。Zhan等[44]研究認(rèn)為，慢性缺氧使食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞存在基因重組缺陷，可導(dǎo)致PARP抑制劑在放射增敏中的合成致死效應(yīng)。Kageyama等[45]發(fā)現(xiàn)，奧拉帕尼聯(lián)合放療增加了雙鏈斷裂和同源重組相關(guān)基因的表達(dá)。而Miyamoto等[46]認(rèn)為，奧拉帕尼通過(guò)53BP1增強(qiáng)了抗腫瘤藥物對(duì)食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的細(xì)胞毒作用。

6 小結(jié)與展望

放療是食管鱗狀細(xì)胞癌重要的治療方法，但放療后仍會(huì)出現(xiàn)疾病進(jìn)展，這是目前臨床抗腫瘤治療的難題之一。近年來(lái)，隨著PARP抑制劑在食管鱗狀細(xì)胞癌的治療中有進(jìn)一步的研究，尤其與放化療的聯(lián)合應(yīng)用，且取得了較理想的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景，有成為新的放療增敏劑的潛力。但目前臨床對(duì)PARP抑制劑的放療增敏作用的機(jī)制仍有不同意見(jiàn)，存在爭(zhēng)議，因此進(jìn)一步研究其中的相關(guān)機(jī)制，對(duì)食管鱗狀細(xì)胞癌的治療有重要的臨床意義。