01
PARP与癌症治疗的背景
PARP的功能与作用
● PARP蛋白:PARP(聚ADP-核糖聚合酶)是一类在细胞中发挥多种重要作用的核蛋白,其家族含17个成员,核心功能是通过PARylation(多聚ADP核糖化)修饰自身及DNA损伤应答(DDR)相关蛋白,参与DNA修复、基因转录和细胞死亡等过程。其中PARP1是最丰富的家族成员(每个细胞约100w-200w分子),主要作为DNA损伤传感器,负责绝大多数PAR链的生成。
图1 PARP1和PARP2的结构示意图
●PARP的功能
①DNA修复:PARP在单链断裂(SSB)修复中通过招募XRCC1等因子启动碱基切除修复(BER);在双链断裂(DSB)修复中,参与同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ),通过激活MRN复合体、BRCA1等调控修复通路选择。
图2 DNA修复途径和关键效应蛋白
②其他:除DNA修复外,PARP还参与染色质重塑、转录调控(如通过ADP-核糖基化组蛋白调节基因表达)、细胞死亡通路(如过度激活可导致坏死)及炎症反应(调控促炎因子表达)。
PARP与疾病的关联
●癌症:在BRCA1/2突变等同源重组修复(HRR)缺陷的肿瘤(如黑色素瘤、肺癌、乳腺癌)中,PARP的表达升高,与患者生存率低和治疗耐药相关。PARP抑制剂通过“合成致死”机制诱导DNA损伤累积,选择性杀伤癌细胞。
● 其他疾病:PARP的过度激活与神经退行性疾病(如阿尔茨海默病,通过Parthanatos通路导致神经元死亡)、心血管疾病(加剧心肌损伤和动脉粥样硬化)及代谢异常(如肥胖、糖尿病中的胰岛素抵抗)相关。
图3 PARP相关发表文献的数据
02
PARP抑制剂的发展历程
第一代抑制剂(20世纪70-80年代)
● 代表药物:3-氨基苯甲酰胺(3-AB),为烟酰胺类似物,通过抑制PARP1催化活性增强DNA损伤剂的细胞毒性。
● 缺点:选择性低、效力弱(比新一代抑制剂低1000倍),需高浓度使用且易干扰其他细胞通路。
第二代抑制剂(20世纪90年代)
●代表药物:如PD128763、NU1025,基于喹唑啉类似物,结构中含羧酰胺基团,与PARP1催化活性位点形成稳定氢键,效力比第一代高50倍,选择性提升。
第三代抑制剂(近年)
● 代表药物:奥拉帕利(Olaparib)、卢卡帕利(Rucaparib)、尼拉帕利(Niraparib)等,通过“合成致死”机制特异性杀伤BRCA突变的肿瘤细胞(HR修复缺陷)。
● 特点:不仅抑制催化活性,还能将PARP1诱捕到DNA损伤位点,增强细胞毒性。已获FDA批准用于卵巢癌、乳腺癌等治疗。
表1 PARP抑制剂列表及其治疗名称和应用领域
03
PARP抑制剂的作用机制
PARP抑制剂的作用基础
● HR缺陷的定义:HR缺陷(又称BRCAness或HRD)由HR修复通路中基因(如BRCA1/2、PALB2等)的突变、缺失或表达沉默(如甲基化)导致,使细胞无法准确修复DNA双链断裂(DSB),增加肿瘤发生风险。
表2 HRR通路的常见基因缺陷和相关癌症风险
● 作用原理:PARP抑制剂是肿瘤学中首个基于合成致死性的药物,其作用依赖于HR缺陷与PARP抑制之间的合成致死关系。即单独抑制PARP或HR缺陷均不影响细胞存活,但两者同时存在时会导致细胞死亡。
DNA修复通路阻断
● 催化抑制与DNA损伤累积:PARP1和PARP2在碱基切除修复(BER)中起关键作用,可检测单链断裂(SSB)并募集XRCC1等修复蛋白。PARP抑制剂可抑制PAR的合成,中断BER阻断SSB修复,使SSB持续存在,导致SSB在细胞周期和DNA复制过程中累积,并转化为双链断裂(DSB)——这是最具致死性的DNA损伤形式。
● PARP-DNA复合物捕获:PARP抑制剂能将PARP1和PARP2捕获在DNA损伤位点(即“PARP捕获”),阻止其脱离,进而阻碍DNA修复启动,并促使更多致死性DSB形成,最终导致复制叉坍塌,这被认为是PARP抑制剂最关键的抗肿瘤机制。这种诱捕作用与Parylation活性无关,且需要WGR和催化结构域的特定突变,可延长DNA损伤诱导灶的存在时间。
图4 PARP抑制剂介导的HR缺陷细胞合成致死机制
合成致死效应
对于存在同源重组修复(HR)缺陷(如BRCA1/2突变)的肿瘤细胞,其修复DSB的能力受损。PARP抑制剂通过抑制PARP1/2,导致DSB积累,而HR缺陷的肿瘤细胞无法有效修复这些DSB,最终因基因组不稳定而死亡,正常细胞因HR功能完整则受影响较小。
图5 正常细胞与BRCA1/2突变细胞DNA修复机制及PARP分子作用的比较
干扰DNA复制调控
PARP还通过控制复制叉速度和感知未连接的冈崎片段参与DNA复制调控。在冈崎片段处理存在缺陷时,PARP抑制剂可诱导复制叉后方出现单链DNA缺口,这些缺口可直接或通过转化为DSB对BRCA缺陷细胞产生毒性。
04
PARP抑制剂的临床应用
关键获批药物
● 奥拉帕利(Olaparib):2014年首获FDA批准,用于BRCA突变晚期卵巢癌,通过抑制PARP1/2的催化活性和“PARP捕获”机制发挥作用。SOLO-1试验中,中位无进展生存期(PFS)达19.1个月,显著优于安慰剂(5.5个月)。
● 尼拉帕利(Niraparib):2017年获批,无需生物标志物筛选,PRIMA试验显示其降低64%疾病进展风险,HRD人群中位PFS达21.9个月。
● 卢卡帕利(Rucaparib):2016年获批,ARIEL2试验中BRCA突变卵巢癌客观缓解率(ORR)为54%,中位缓解持续时间9.2个月。
● 国产药物:如氟唑帕利(Fluzoparib,2020年中国获批)、帕米帕利(Pamiparib,2021年中国获批),在铂敏感复发性卵巢癌中ORR分别为68.3%(PSOC人群)和31.6%(PROC人群)。
试验阶段的PARP抑制剂
● Saruparib:AZD5305,高选择性PARP1抑制剂,PETRA试验中HRR突变乳腺癌ORR达48.4%,中位PFS9.1个月,合成中通过Suzuki偶联构建联芳基结构。
● AZD-9574:具有血脑屏障穿透性,在颅内肿瘤模型中显示活性,合成依赖Stille偶联和溴化反应。
● Mefuparib-hydrochloride:通过Sonogashira偶联构建炔基结构,preclinical模型中对BRCA1突变肿瘤生长抑制率达68%。
特殊类型抑制剂
● [¹⁸F]FluorThanatrace:PET显像剂,用于无创评估肿瘤PARP1表达,指导PARP抑制剂用药。
● Atamparib:靶向PARP7,通过激活I型干扰素通路增强抗肿瘤免疫,Phase1/2试验评估其与Pembrolizumab联用效果。
表3 正在进行的PARP抑制剂治疗癌症的临床试验
PARP抑制剂在实体癌中的临床应用
● 卵巢癌:奥拉帕利(SOLO1trial,PFS56个月vs13.8个月)、尼拉帕利(PRIMEtrial,全人群PFS24.8个月vs8.3个月),获批用于新诊断或复发的HRD/BRCA突变卵巢癌的维持治疗。
● 乳腺癌:奥拉帕利(OlympiAtrial,4年OS获益)、他拉唑帕利(EMBRACAtrial,PFS延长)用于gBRCAm、HER2阴性患者。
● 前列腺癌:奥拉帕利(PROfoundtrial,PFS7.4个月vs3.6个月)、鲁卡帕利(TRITON2trial,BRCA亚组PSA50应答率53%),用于转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC),尤其HR修复(HRR)基因突变患者。
● 胰腺癌:奥拉帕利(POLOtrial,PFS7.4个月vs3.8个月)用于携带gBRCA突变、铂类治疗敏感的转移性胰腺癌维持治疗。
05
PARP抑制剂耐药的核心机制概述
PARP抑制剂(PARPi)通过“合成致死”原理杀伤HR修复缺陷(如BRCA1/2突变)的肿瘤细胞,但临床中逐渐出现获得性或原发性耐药。耐药机制涉及DNA修复通路恢复、PARP1功能改变、复制叉稳定性调控、表观遗传修饰等多方面因素。
图6 PARP抑制剂的抗性机制
DNA修复通路恢复导致的耐药
● BRCA1/2基因功能恢复
①反向突变:19%-26%耐药患者出现BRCA1/2或RAD51B的二次突变,恢复开放阅读框(ORF),重新表达功能性蛋白。例如,BRCA2中c.9106C>G突变使终止密码子被替换,恢复开放阅读框,重新表达功能性蛋白;BRCA1中C61G突变破坏N端RING结构域,导致PARPi耐药。
②启动子去甲基化:BRCA1启动子甲基化导致基因沉默,而去甲基化可恢复其表达。如PDX模型中BRCA1高甲基化启动子修复或RAD51表观激活后,HR功能恢复。
● DNA末端切除调控异常
①CtIP:过表达增强DNA末端切除,恢复HR修复,如Syk激酶磷酸化CtIP可促进HR修复,导致PARPi耐药。
②MRN复合物:MRE11过表达促进DNA切除,而其缺失可增强PARPi敏感性。
③53BP1、REV7或Shieldin复合物突变:53BP1乙酰化抑制NHEJ,促进HR;REV7缺失则通过解除对DNA切除的抑制,恢复HR修复。
● DNA损伤应答(DDR)通路激活
①ATR/CHK1通路:PARPi诱导的复制应激激活ATR/CHK1,维持细胞周期检查点,耐药细胞依赖此通路存活,ATR抑制剂可逆转耐药。
②Polθ介导的MMEJ修复:Polθ通过微同源介导末端连接(MMEJ)补偿HR缺陷,导致PARPi原发性耐药。其高表达促进DSB修复,导致耐药,抑制Polθ可恢复敏感性。
PARP1结构与功能改变介导的耐药
● PARP1突变或表达下调
①PARP1突变:锌指结构域(如K119、S120位点)突变降低PARP1与DNA结合效率;催化域氨基酸残基(如D45、H742)突变破坏PARP1捕获,导致耐药。
②PARG缺失:PARP1表达缺失减少PARPi结合位点,如乳腺癌PDX模型中PARP1缺陷导致获得性耐药。
● PAR代谢异常:PARG缺失抑制PAR链降解,增加PAR积累,削弱PARP1-DNA复合物的毒性,如BRCA2缺陷小鼠模型中PARG缺失可诱导耐药。
复制叉稳定性与DNA损伤应答
● 复制叉逆转与保护
①关键蛋白突变:PTIP、SMARCAL-1缺失或RADX过表达,通过稳定复制叉,减少DNA损伤积累,如BRCA1缺陷细胞中SMARCAL1缺失可导致PARPi耐药。
②SLFN11低表达:SLFN11可增加PARP抑制剂诱导的复制间隙毒性,其低表达降低药物敏感性(约7%耐药患者为此机制)。
③CCNE1扩增:cyclinE1过表达依赖HR修复复制叉,16%耐药患者存在此异常,可通过抑制PKMYT1逆转耐药。
④MRE11核酸酶活性抑制:PTIP或MLL3/4缺失通过阻止MRE11募集至复制叉,保护新生DNA链,降低PARPi敏感性。
● 复制间隙抑制(RGS):滞后链Okazaki片段连接缺陷被修复,减少PAR生成;前导链通过跨损伤合成(TLS)或模板切换(TS)填补缺口,维持基因组稳定性。
表观遗传与转录调控异常
● 组蛋白修饰与染色质重塑
①53BP1乙酰化(如K1626/1628位点)促进HR修复,降低PARPi敏感性。
②CDK12抑制通过下调HR基因表达,恢复HR修复,如TNBC中CDK12缺失可逆转PARPi耐药。
● PARP1磷酸化调控:c-Met激酶磷酸化PARP1(Y907位点)增强其酶活性,减少与PARPi结合,如TNBC细胞中c-Met抑制剂可逆转耐药。
● ncRNA调控:miRNA(如miR-181a靶向STING通路)、lncRNA(如HOTAIR调控HR基因表达)及circRNA(如circ-ARID1A海绵吸附miR-370-3p)参与PARPi耐药。
药物代谢与肿瘤微环境影响
● 药物外排泵激活:ABC转运蛋白(如ABCB1、ABCC1)过表达促进PARPi外排,如奥拉帕利在P-gp高表达模型中耐药,可被P-gp抑制剂逆转。
● 肿瘤微环境(TME)重塑
①癌相关成纤维细胞(CAF):CAF-S1亚群通过分泌CCL2促进调节性T细胞增殖,抑制免疫应答;TGFBR2缺失的CAF支持肿瘤细胞存活。
②肿瘤相关巨噬细胞(TAM):PARPi诱导TAM重编程,通过STAT3通路促进促肿瘤极化,削弱抗肿瘤效应。
③细胞外基质(ECM):透明质酸(HA)与CD44结合增强细胞迁移,纤维蛋白通过激活Notch/Wnt通路维持癌症干细胞(CSC)表型。
代谢与表观遗传调控耐药
● 代谢重编程
①糖酵解增强(如2-DG抑制glycolysis可sensitize肿瘤细胞);线粒体OXPHOS抑制(如metformin)耗尽NAD+,增强PARPi毒性。
②脂肪酸氧化(FAO)升高提供乙酰-CoA,促进DNA修复,如C75抑制FAO可增强PARPi敏感性。
● 表观遗传修饰
①BET抑制剂(BETi)与PARPi联用诱导合成致死;HDAC抑制剂(如SAHA)增强奥拉帕利对TNBC细胞的杀伤作用。
②EZH2缺失通过抑制MUS81募集,稳定复制叉,导致PARPi耐药。
耐药的生物标志物与监测
ctDNA通过液体活检可检测耐药相关突变(如BRCA回复突变、ATM/CHK2异常),其突变谱与肿瘤组织高度一致。例如,EVOLVE试验中,ctDNA检测到的BRCA回复突变与PARPi耐药显著相关,且可早于影像学进展被发现纵向监测ctDNA可追踪耐药克隆进化,预测治疗响应。
潜在克服耐药的策略
● 联合靶向HR通路:抑制CtIP、MRN复合物或POLQ,阻断HR修复恢复,如POLQ抑制剂与PARPi联用在BRCA缺陷肿瘤中显示潜力。
● 调节复制叉稳定性:靶向SNF2家族蛋白(如SMARCAL1)或MRE11,增强复制叉坍塌,如BRCA1缺陷细胞中SMARCAL1抑制可恢复PARPi敏感性。
● 表观遗传调控干预:抑制CDK12或PARG,恢复HR缺陷,如CDK12抑制剂在TNBC中逆转PARPi耐药。
● TME重塑:联合CAF或TAM抑制剂,如CCL2中和抗体阻断CAF介导的耐药。
● 联合免疫检查点抑制剂(ICIs)
①机制:PARPi增加肿瘤突变负荷(TMB),激活cGAS-STING通路,上调PD-L1表达。
②临床试验:ATHENA试验(尼拉帕利+度伐利尤单抗)、FIRST试验(芦卡帕利+纳武利尤单抗)评估PFS改善。
图7 PARP抑制剂与免疫检查点抑制剂之间的相互作用
● 联合DNA损伤应答(DDR)抑制剂
①ATR/CHK1抑制剂:如VE-821逆转SLFN11缺失导致的耐药;WEE1抑制剂(如AZD1775)与PARPi联用增强DNA损伤。
②POLQ抑制剂:ART558抑制MMEJ修复,与PARPi协同杀伤HR缺陷肿瘤。
图8 PARP抑制剂与免疫疗法协同作用的机制
● 其他联合策略
①放疗增敏:尼拉帕利与放疗联用通过增加DSB积累,提升胰腺癌治疗效果。
②化疗增敏:PARPi可增强DNA甲基化剂(如替莫唑胺)和拓扑异构酶I抑制剂(如拓扑替康)的细胞毒性,增强DNA损伤积累。
③抗血管生成药物:西地尼布与奥拉帕利联用靶向VEGF-PI3K/AKT通路,逆转耐药。
④抗体偶联药物:(如Mirvetuximab-soravtansine)靶向叶酸受体α,在PARPi耐药患者中显示ORR31.7%,为异质性肿瘤提供新选择。
⑤表观遗传药物:DNMT抑制剂(如guadecitabine)与PARPi联用,通过PARP捕获和ROS积累增强敏感性
图9 PARP抑制剂与其他药物联用产生协同效应的机制
表4 涉及PARP抑制剂联合疗法的临床试验综合列表
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01
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