PARP Inhibitors in Pancreatic Cancer: Molecular Mechanisms and Clinical Applications10.679Mol Cancer . 2020 Mar 2;19(1):49. doi: 10.1186/s12943-020-01167-9.
Abstract Pancreatic cancer is a highly lethal disease with a poor prognosis, and existing therapies offer only limited effectiveness. Mutation gene sequencing has shown several gene associations that may account for its carcinogenesis, revealing a promising research direction. Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors target tumor cells with a homologous recombination repair (HRR) deficiency based on the concept of synthetic lethality. The most prominent target gene is BRCA, in which mutations were first identified in breast cancer and ovarian cancer. PARP inhibitors can trap the PARP-1 protein at a single-stranded break/DNA lesion and disrupt its catalytic cycle, ultimately leading to replication fork progression and consequent double-strand breaks. For tumor cells with BRCA mutations, HRR loss would result in cell death. Pancreatic cancer has also been reported to have a strong relationship with BRCA gene mutations, which indicates that pancreatic cancer patients may benefit from PARP inhibitors. Several clinical trials are being conducted and have begun to yield results. For example, the POLO (Pancreatic Cancer Olaparib Ongoing) trial has demonstrated that the median progression-free survival was observably longer in the olaparib group than in the placebo group. However, PARP inhibitor resistance has partially precluded their use in clinical applications, and the major mechanism underlying this resistance is the restoration of HRR. Therefore, determining how to use PARP inhibitors in more clinical applications and how to avoid adverse effects, as well as prognosis and treatment response biomarkers, require additional research. This review elaborates on future prospects for the application of PARP inhibitors in pancreatic cancer.
Keywords: BRCA; Biomarkers; Chemotherapy resistance; Homologous recombination repair; PARP inhibitor; Pancreatic cancer; Synthetic lethality.
我们今天要看的是3月份发表在Molecular Cancer（IF=10.6）杂志上的一篇文章，作者详细阐述了合成致死和同源重组的概念，为我们解释了PARP抑制剂的作用机制，列举了目前PARP抑制剂在胰腺癌中的应用，并且讨论了耐药性等问题。下面，小编带大家详细地看一下文章内容吧。
目前已知的DNA损伤修复途径主要有6种，其中碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）和跨损伤DNA合成主要负责DNA单链断裂（SSBs）的修复工作。当SSBs修复发生缺陷时，就会形成DNA双链断裂（DSBs），这时就轮到同源重组修复（HRR）和非同源末端连接修复（NHEJ）上场了。HRR以姐妹染色单体为模板恢复原始的DNA序列，在真核生物的修复中占主要地位。NHEJ通常无法复原损伤前的序列，更容易出错，也更容易导致染色体畸变。合成致死，是指当两种不同的基因或蛋白同时发生变化时就会导致细胞死亡，它又可以分为剂量性合成致死（SDL）和条件性合成致死，SDL是指一个基因/蛋白的抑制表达和另一个基因/蛋白的过表达造成细胞的死亡，如图1.a所示。条件性合成致死取决于某些内在条件（如遗传背景、缺氧或代谢变化）以及外在条件（如DNA损伤药物的应用等）。不管怎样，一定是两个基因或蛋白都会发生异常。
PARP（聚腺苷二磷酸核糖聚合酶） 是一种DNA修复酶，具有DNA损伤应答、调控细胞凋亡、维持基因组稳定等作用。在PARP蛋白家族的18个成员中，PARP-1极为重要，它通过识别结构损伤的DNA片段而被激活，被认为是DNA损伤的感受器，并且能对许多核蛋白进行聚腺苷二磷酸核糖基化，因此在DNA单链断裂修复和双链断裂修复中都起着重要作用。PARP-1在与受损伤的DNA结合后，会以NAD+为底物将ADP核糖单体转移到受体蛋白上，形成PAR聚合物，使被修饰的蛋白带有大量负电荷。在PARP-1自修饰过程中，PARP所带电荷不断增加，导致与DNA解离和活性的丧失。PARP抑制剂（PARPis）的作用原理正是合成致死，它可以结合到PARP-1的NAD+催化位点，加固PARP-1和DNA的结合，导致PAR-1无法从DNA损伤位点上脱落，打破了催化循环，PARP-1的功能丧失导致了未修复SSBs的积累和复制叉的停滞，进一步造成DSBs的发生，这时就需要HRR来修复DSBs。因此，对于有HRR缺陷的肿瘤细胞，在PARPis的作用下会发生联合致死。除此之外，PARPis还有其他的联合致死模型，比如HRR缺陷联合PARPis抑制NHEJ导致细胞死亡等，小编就不一一列举了，毕竟它们的影响程度尚不清楚。BRCA是广为人知的抑癌基因，其等位基因的丢失，增加了乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌等的风险。在DSB的主要修复途径HRR中，BRCA1、BRCA2以及其他"类BRCA"蛋白起着重要作用，当这些蛋白功能受损导致HRR功能失常时，BER即碱基切除修复就成了主要的后备军。这样一来，BRCA1/2突变细胞的HRR途径异常，加上PARPis导致的BER障碍，就造成了基因组的不稳定和细胞的死亡，这一模型就是当前的主流假设，但是也有研究对其提出了质疑。这里，小编补充一句，PARP参与DNA的SSBs损伤修复，BRCA则参与DSBs修复，当两者都出现异常时，DNA损伤无法被修复，最终将会导致细胞的死亡。
图3是作者基于cBioportal构建的BRCA1和BRCA2同其他基因间的互作类型，对于挖掘新药的靶点以及降低耐药性可能会有所帮助。
因为PARPis的作用机制跟HR缺陷有关，所以肿瘤细胞中任何恢复HR的方法都可能会导致PARPi耐药。在已发现的几种途径中，第一种是BRCA的反向突变（指同一基因上的第二个突变，能逆转或补偿原来的DNA 突变），以及高甲基化的BRCA1启动子发生去甲基化；第二种是miRNA的突变造成耐药性；第三种是53BP1蛋白的功能丧失，逆转BRCA1突变型细胞中的HR缺陷；第四种是HR关键蛋白RAD51增加造成的耐药性。一些非HR恢复途径在PARPis耐药性机制中也发挥着重要作用，有研究表明HR修复蛋白PTIP的缺失会稳固和保护复制叉，最终促使PARPi耐药；PARP-1是PARPis的主要靶标，因此PARP蛋白水平的降低也会导致PARPi耐药；某些影响PARPi在细胞中转运的蛋白也会促使耐药性的发生，比如多重耐药蛋白MDR1的高表达会造成细胞内PARPi水平的降低。利用biomarkers识别适合用PARPi治疗的患者，并预测治疗效果具有重要的意义。已开发的biomarkers包括BRCA及其他与HR相关的基因突变，但是目前还没有一个标准的筛选方法，下面是作者列举的一些确定预后和治疗反应的方法。(1) BRACAnalysis CDx：该系统可以检测全血样本基因组中的BRCA突变，获得了FDA批准。但因为还存在其他基因的突变，所以它不足以预测疗效。(2) Functional assays：功能检测方法能够检测HR缺陷，为识别类BRCA提供了替代方法。比如 RAD51，H2AX，ATM，FA蛋白和(PI3K)/AKT/mTOR通路都是潜在的PARPis生物标志物。(3) PARP-1相关的biomarkers：PARP-1是PARPis的主要靶点，但是并没有没有检测PARP-1作为生物标志物的方法，但是一些PARP-1相关因子可作为预测标志物。例如，CDK5沉默与PARPis的联合致死有关，53BP1或REV7的缺失会造成PARPi耐药性等。(4) NHEJ相关的biomarkers：HR缺乏的肿瘤细胞依赖于易错的NHEJ途径进行修复，基于此，LOH和Myriad’s HRD这两种技术也可作为biomarker，而且它们未考虑BRCA的反向突变，避免了BRCA恢复引起的不准确的标记检测。目前，已获批的PARP抑制剂有Olaparib奥拉帕利、Rucaparib芦卡帕利、Niraparib尼拉帕利和Talazoparib他唑拉帕利，这些药大多针对于卵巢癌。在PARPi临床试验中，作者查询到31个跟胰腺癌相关的记录，大部分都处于I期或II期。关于前面提到的四种药，咱们简单了解一下。奥拉帕利：FDA批准的第一个PARP抑制剂，商品名Lynparza，用于铂敏感复发性BRCA突变卵巢癌成人患者的维持治疗，也是唯一一个获批用于晚期乳腺癌治疗的药物。目前其适应症已经扩大到乳腺癌、输卵管癌、胰腺癌等，且临床地位也进一步得到了提升，但是其价格太贵，惠及人群还是很少。在已有的用奥拉帕利来治疗胰腺癌患者的研究中，部分显示出了该药的疗效。芦卡帕利：美国获批的第二款PARP抑制剂，2016年12月美国FDA加速批准其上市，商品名为Rubraca。一项处于二期的研究，重点分析了芦卡帕利在携带BRCA1/2突变的胰腺癌患者中的疗效和安全性，表明Rucaparib具有可接受的安全性，对晚期胰腺癌患者是有益的。他唑拉帕利：具有双重作用机制，不仅能够阻断PARP酶的活性，还可以将PARP酶束缚在DNA损伤位点，于2018年10月获FDA批准用于乳腺癌。一项I期研究中，他唑拉帕利的MTD(最大限制剂量)是1.0 mg/天，有4/13的胰腺癌患者展示出了临床效益。另外，还有一项临床I期的研究表明veliparib维利帕利在联合吉西他滨和RT治疗局部晚期胰腺癌患者时是安全和耐受的。
转自生信人
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