PARP抑制劑(PARPi)是一種靶向多聚(ADP -核糖)聚合酶的癌症治療藥物，是第一個獲得FDA批准上市的利用合成致死效應發揮抗腫瘤作用的藥物，目前PARP抑制劑的適應症覆蓋了卵巢癌的一線維持、鉑敏感復發維持、後線治療等，同時在乳腺癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌中，PARP抑制劑也具有相應的適應症。雖然臨床使用PARPi的契機越來越多，但是你真的完全瞭解PARPi的作用機制了嗎？南昌大學第二附屬醫院腫瘤科蘭瓊玉教授將為大家分享一篇發表在《Science》雜誌上的綜述：《PARP inhibitors: Synthetic lethality in the clinic》。
PARP與DNA損傷
PARP作為一種DNA修復酶，是細胞凋亡核心成員半胱天冬酶(caspase)的切割底物，它在DNA損傷修復與細胞凋亡中發揮著重要作用。
細胞在正常代謝過程中因各種內、外因素（內源性活性氧、紫外線等）均可能導致DNA損傷，人體的細胞每天都在經受著數以億計次的DNA損傷，若細胞累積的DNA損傷得不到正確修復，則可能引起基因突變、癌基因啟用、抑癌基因失活及染色體不穩定等，並引發細胞衰老、凋亡、代謝等調控異常，最終可能導致包括腫瘤在內的各種疾病。細胞透過DNA損傷修復(DDR)途徑等一系列相互關聯的分子途徑，來識別 DNA 損傷、延緩細胞週期並介導 DNA 修復，來抵禦DNA損傷帶來的有害影響，從而保持基因組的完整性。
DDR途徑主要包括DNA單鏈損傷(SSB)和雙鏈損傷(DSB)修復。
1：SSB修復
DNA單鏈損傷透過錯配修復、鹼基切除修復和核苷酸切除修復途徑進行修復。關鍵酶是聚腺苷二磷酸（ADP）-核糖聚合酶1 和 2（PARP1 和 PARP2），它們透過在靶蛋白上合成帶負電荷的支鏈聚（ADP-核糖）（PAR）鏈（PARylation）而發揮作用。PARP 在SSB和其他 DNA損傷處結合受損DNA，導致 PARP結構發生一系列變構變化，從而啟用其催化功能。這導致了 DNA 修復效應子（如 XRCC1）的 PARylation 和募集，以及受損 DNA 周圍染色質結構的重塑，作為 DNA 修復過程的一部分。PARP最終將自身進行 PARylate 化（autoPARylation）。PAR 鏈賦予 PARP的負電荷可能導致其從修復的 DNA 中釋放。
● 在非DNA結合狀態下，PARP以相對無序的構象存在，通常被稱為“串珠”。PARP1的結構域包括三個鋅指相關結構域（ZnF1、2和3）：BRCA1 C末端結構域（BRCT）、富含色氨酸、甘氨酸和精氨酸的結構域（WGR）和包含兩個亞結構域【螺旋結構域（HD）和腺苷轉移酶（ART）】的催化結構域。在這種非DNA結合狀態下，HD作為自身抑制結構域阻止PARP超家族輔因子b-NAD+與其ART結合位點的結合。
● DNA雙螺旋的損傷通常導致SSBs的形成。
● SSBs導致雙螺旋的正常方向發生變化，進而為DNA結合PARP ZnF結構域提供結合位點。
● ZnF 1、2和3與DNA的相互作用開始將剩餘的PARP蛋白結構域逐步組裝到PARP/DNA核蛋白結構上，該過程導致HD構象的改變，並導致自身抑制功能的喪失，從而變構啟用PARP催化活性。
● ART催化活性驅動PARP底物蛋白的PAR化，介導DNA修復效應物的募集、染色質重塑和最終DNA修復。
● PARP自行PAR化（可能在SSBs處順式，但在其他DNA損傷處可能為反式）最終導致PARP從DNA中釋放並恢復催化活性狀態，進入到下一個迴圈。
● 結合催化位點，阻止PARP從DNA中釋放，在損傷位點“捕獲”PARP1，形成PARP-DNA複合物，將PARP從其正常催化迴圈中移除。
2：DSB修復
DNA雙鏈斷裂透過同源重組修復(HRR)或非同源末端連線(NHEJ)進行修復。HRR是指在兩個相似或相同的DNA分子核苷酸序列之間交換的一種遺傳重組，並且在斷端不會出現核苷酸缺失或增加，能精確地修復DNA雙鏈的斷裂，確保遺傳資訊高保真傳遞。腫瘤細胞往往也是利用HRR使細胞免於凋亡。而作為修復DNA雙鏈損傷的一種重要機制，HRR所涉及到訊號通路多且複雜，其中關鍵蛋白為BRCA1和BRCA2。如果BRCA基因出現突變導致BRCA1和BRCA2蛋白失去功能，就會引起同源重組修復缺陷（Homologous Recombination Deficiency, HRD）。另外，其它HRR相關基因，如 PALB2, CDK12，RAD51, CHEK2, ATM等發生突變、或BRCA1基因啟動子發生甲基化、以及其他暫未明確的原因，也都會引起HRD，導致基因組不穩定。而當腫瘤細胞出現HRD，無論是由BRCA1、BRCA2或其他途徑成分的缺陷驅動，DNA修復形式則主要是NHEJ。這種修復機制可能會導致DNA改變，包括遺傳物質的缺失，並最終導致細胞的凋亡。
PARPi的作用機制——合成致死
合成致死：同時改變兩個基因或蛋白（PARP和BRCA）會導致細胞死亡，而單獨改變任何一個基因或蛋白質不會導致細胞死亡。
當腫瘤細胞出現BRCA突變/HRD，同時PARP被抑制時，就會產生“合成致死”效應，存在BRCA突變/HRD的腫瘤對PARPi更敏感。
PARPi合成致死模型：PARP捕獲形成PARP-DNA複合物損害DNA複製叉
●將PARP捕獲在複製叉前面的DNA上。
●複製叉停頓，引起DNA損傷。
● HRR（包括胚系和體系BRCA1和BRCA2抑癌蛋白），是修復和重啟被PARPi中斷的複製叉程序的最佳DNA修復方法。
● 在HRR存在缺陷的情況下，細胞使用NHEJ等非高保真DNA修復過程，可能產生大規模基因組重排，這往往導致腫瘤細胞死亡和合成致死。
● 多種不同機制導致PARP耐藥，腫瘤細胞存活。機制主要包括：（1）BRCA1/2、RAD51C/D回覆突變；（ 2）BRCA1突變的腫瘤細胞由於53BP1、REV7缺失引起的HRR活性恢復；（3）PARP1表達缺失；（ 4）藥理耐藥：P糖蛋白泵的表達上調。
總結
PARPi靶向之路：道阻且長，行則將至；行而不輟，未來可期。
PARPi的成功研發上市，為“合成致死”效應可以轉化為癌症治療的概念提供了強有力的證據，同時也為研發其他可能透過“合成致死”效應達到抗腫瘤效果的基因/蛋白組合提供了寶貴經驗。在未來，如果能更好的改善HRp人群的療效，逐步解決PARPi耐藥問題，找到合適的biomarker最佳化PARPi聯合治療的模式，並基於PARP家族成員間結構的差異來設計合成具有高度亞型選擇性的PARPi，我們相信小分子PARPi一定能給腫瘤患者帶來更為可觀的獲益。
