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【Clinical Oncology】热点重提!综述讨论如何克服PARP抑制剂耐药 0148

楼主:阿里2022-02-11 12:03:22 只看楼主
编译:肿瘤资讯作者:月下荷花虽然PARP抑制剂是极有效也极具广泛应用前景的肿瘤治疗策略,但出现耐药却不可避免,明确PARP抑制剂的作用机制和耐药机制,并有针对性的克服耐药是人们一直关注的重点。这篇综述总结了PARP抑制剂耐药的多种机制,并讨论了可用于克服或延迟耐药的方法。(文章内容丰富,值得细看哦!)

引言
靶向杀死癌细胞却不影响周围非恶性组织是目前治疗的主要目标。2005年,二项具有里程碑意义的研究表明,抑制多聚(ADP-核糖)聚合酶1(PARP1)活性对BRCA1或BRCA2缺陷细胞具有特异性的细胞毒性作用,这说明PARP1和BRCA1/2对DNA损伤修复至关重要。
PARP1是一种核酶,通过PARylation(即Poly-ADP-ribosylation,多聚[ADP-核糖]聚合)调节多种细胞过程,包括DNA损伤信号、染色质重构、转录、稳定复制叉、感应复制过程中未连接的Okazaki片段、炎症和代谢。PARP1对于及时准确修复DNA损伤至关重要,DNA损伤时PARP1迅速招募至单链断裂(SSBs)和双链断裂(DSBs)处,通过与单链DNA(ssDNA)结合实现自身和其他蛋白聚合,完成招募下游DNA修复因子。
BRCA1和BRCA2被招募后,对同源重组(HR)进行调节(S期和G2期有二个重要的DSBs修复途径,HR是其中之一),与其他DSBs修复途径不同,HR修复最大程度无错。BRCA1通过促进DSBs末端切除启动HR,然后与BRCA2和PALB2共同作用于下游,刺激RAD51聚集至切除的单链DNA处,这样HR可以使用新复制的姐妹染色单体作为模板精确修复DNA损伤。
除了在HR中的作用,BRCA1和BRCA2在S期也很重要,可以保护停止的复制叉不被核酸酶(如MRE11)降解。鉴于BRCA1和BRCA2的上述作用,任一基因的杂合胚系突变都会增加乳腺癌卵巢癌前列腺癌胰腺癌的发生,源于剩余野生等位基因的丢失以及HR缺陷导致的高水平基因组不稳定性。HR缺陷的BRCA1/2突变肿瘤依赖代偿性DNA修复途径,药物抑制这些途径的关键成分(如PARP1)可致DNA损伤,在缺少BRCA1/2情况下引发关键基因组不稳定、有丝分裂灾难和细胞死亡,最终BRCA1/2和PARP导致协同致死。BRCA1/2缺陷肿瘤通常对DNA损伤因素很敏感,包括含铂化疗、拓扑异构酶(TOP)抑制剂和烷化剂,这些药物可能会产生导致BRCA1/2缺陷细胞致命的DNA损伤。
BRCA1/2和PARP1之间的相互作用是迄今研究最多的协同致死关系,PARP酶的小分子抑制剂得以迅速开发并用于临床。已有几个靶向酶促中心的PARP抑制剂获批多种适应症,目前有很多研究正在尝试进一步扩大其应用。
靶向PARP治疗肿瘤
1. 作用机制
目前有4种小分子PARP抑制剂(奥拉帕利、rucaparib、niraparib和 talazoparib)获批用于临床,还有3种正在进行III期研究(veliparib、pamiparib和fluzoparib)。PARP抑制剂通过阻止SSBs修复发挥作用,因为S期SSBs累积会影响复制叉进展,但PARP1基因缺失或受抑不影响细胞内的SSBs数量。此外XRCC1(碱基切除修复过程中与PARP1相互作用)缺失与BRCA2缺陷并无协同致死作用。因此假说认为,PARP抑制剂的抗肿瘤作用可能是滞留PARP1于DNA损伤处,形成DNA-蛋白交联,当复制叉与滞留的PARP1相遇时,交联触发复制叉崩溃,导致细胞S期DSBs累积;HR缺陷肿瘤细胞无法依赖BRCA1/2介导的无错方式修复DSBs,因此PARP抑制剂可诱导这些细胞发生致死性的DNA损伤(图1)。


图1 PARP抑制剂作用机制
大量研究支持PARP1滞留假说。首先,需要功能性PARylation释放DNA中的PARP1,表明确实形成滞留的DNA-PARP复合物;第二,各种PARP抑制剂具有不同的细胞毒性,相似的抑制PARP1催化活性能力,有研究显示这些PARP抑制剂滞留PARP1于DNA的相对能力与细胞毒性存在相关性,滞留能力最强的PARP1抑制剂是talazoparib,是niraparib的100倍,而niraparib又强于奥拉帕利和rucaparib。Veliparib的PARP1滞留能力似乎有限(尽管它能抑制PARylation),临床前模型中产生的协同致死水平低于其他PARP1抑制剂。除了滞留PARP1能力有所不同,PARP抑制剂还具有不同的异构效应。Talazoparib和奥拉帕利阻止PARP1从DNA释放,而rucaparib、niraparib和则是促进释放,这可能解释了体外药效的差异。因此,PARP抑制剂的最大耐受剂量随着PARP滞留水平的增加而降低,临床中更有效的PARP滞留剂通常必须使用更低剂量,但主要不良反应(恶心、呕吐、疲劳和贫血)有很大重叠。
研究表明,PARP抑制剂对细胞过程的影响可能较预期更多,如PARP抑制剂诱导DNA-蛋白交联不仅发生于DNA损伤中,也发生于DNA复制过程中的单链DNA和基因组内的核糖核苷酸。携带着S期PARP抑制剂诱导的损伤的细胞进入有丝分裂后,多发生有丝分裂缺陷,如染色质桥和滞后染色体,这些缺陷最终导致细胞死亡。一项2018年的研究表明,高剂量PARP抑制剂促进复制叉延长,降低DNA聚合酶保真度,增加DNA损伤反应激活。需要更多研究理解这些新的机制如何增加PARP抑制剂的细胞毒性作用以及是否依赖BRCA1/2缺陷。目前认为PARP抑制剂作用于多种DNA底物和过程,提示PARP抑制剂也可能降低BRCA1/2野生细胞及其他DNA修复缺陷细胞的生存,这是目前在非乳腺和卵巢的HR缺陷肿瘤中检测PARP抑制剂作用的原因。
2. 临床已批准的PARP抑制剂
2014年第一个PARP抑制剂奥拉帕利获批治疗≥三线化疗的BRCA1/2突变转移性卵巢癌及含铂化疗后完全或部分缓解BRCA1/2突变卵巢癌的维持治疗。2016年第二个PARP抑制剂rucaparib获批治疗≥二线化疗的BRCA1/2突变晚期卵巢癌。2019年niraparib获批治疗≥三线化疗的HR缺陷晚期卵巢癌。
2014年一项回顾性分析显示,BRCA1/2野生卵巢癌奥拉帕利维持治疗有无进展生存(PFS)获益,奥拉帕利因此获批该适应症。III期研究证实,奥拉帕利、niraparib或rucaparib均能显著改善突变或野生BRCA1/2卵巢癌的PFS。三个PARP抑制剂因此均获批复发卵巢癌的维持治疗,无论BRCA1/2突变状态。这表明部分BRCA1/2功能正常患者可能存在临床相关的HR缺陷,可能与其他HR相关基因突变(如RAD51)或其他机制相关。
2018年公布的III期研究表明,奥拉帕利维持治疗为新诊断的BRCA1/2突变晚期卵巢癌带来显著的PFS获益,与安慰剂相比,疾病进展或死亡风险降低70%。这使得奥拉帕利获批BRCA1/2突变晚期卵巢癌的一线维持治疗。2020年niraparib获批晚期铂敏感卵巢癌的一线维持治疗,无论BRCA1/2状态。
2018年奥拉帕利首个获批治疗既往接受过化疗的HER2阴性BRCA1/2突变转移性乳腺癌,不久talazoparib也获批类似适应症。2019年奥拉帕利首个获批维持治疗BRCA1/2突变转移性胰腺癌。2020年奥拉帕利获批治疗恩杂鲁胺或阿比特龙治疗后进展的HR相关基因突变的转移性去势耐药前列腺癌,这是首次批准奥拉帕利治疗BRCA1/2以外基因突变肿瘤。奥拉帕利对这类肿瘤的疗效如何仍不清楚,因为PFS分析时包括的亚组只需15个DNA修复基因中任一基因有改变即可,其中还包括BRCA1和BRCA2,这使得明确单个基因突变如何影响PFS获益极具挑战性。与BRCA1/2突变相比,ATM和其他DNA损伤反应(DDR)基因突变患者奥拉帕利治疗的PFS获益很少。继奥拉帕利之后,rucaparib获加速批准治疗BRCA1/2突变转移性去势耐药前列腺癌,患者既往接受过靶向雄激素受体治疗及含紫杉类的化疗。
Veliparib尚未获批,研究中它主要是与化疗或靶向治疗联合治疗多种实体瘤,可能源于其较低的滞留PARP1能力、有限的协同致死能力和单药活性。近几年还开发了pamiparib和fluzoparib,二者是否优于已批准药物仍有待确定。Pamiparib的I期研究显示其具有良好的安全性和初步抗肿瘤活性,进而启动了III期研究比较pamiparib与安慰剂维持治疗铂敏感晚期卵巢癌。一项II期研究正在探索pamiparib治疗既往一线含铂化疗有效的局部晚期或转移性胃癌的疗效。
尽管临床前数据表明fluzoparib的安全性良好,体内抗肿瘤活性与奥拉帕利相似,但其临床数据仍很有限。III期研究正在评估fluzoparib维持治疗铂敏感复发卵巢癌、BRCA1/2或PALB2突变胰腺癌(一线含铂化疗未进展者)的疗效。
PFS是目前PARP抑制剂研究中广泛使用的主要终点,总生存(OS)数据很有限,只有奥拉帕利公布了治疗HER2阴性乳腺癌和晚期胰腺癌的OS数据,显示奥拉帕利的OS在数值上更优,但并无统计学差异,由于OS不是研究的主要终点,比较可能效力不足。一项II期研究的OS分析显示,复发铂敏感晚期BRCA突变卵巢癌在含铂化疗后奥拉帕利单药维持治疗,PFS和OS均改善,但OS获益(29.8个月和27.8个月)不具统计学意义。2020年11月SOLO1研究的新数据显示,与安慰剂相比,奥拉帕利维持治疗新诊断的铂敏感晚期BRCA1/2突变卵巢癌,可延长中位PFS 42个月,令人惊讶的是基线完全缓解患者的疾病复发或死亡风险降低63%。虽然OS数据仍需等待,但PFS的大幅增加似乎有可能转化为OS改善。2021年3月III期SOLO2研究预设的OS分析显示,与安慰剂相比,奥拉帕利维持治疗可使复发铂敏感晚期BRCA1/2突变卵巢癌的中位OS延长12.9个月,这是首个PARP抑制剂维持治疗改善OS的报告。对于其他PARP抑制剂和铂敏感的BRCA1/2突变卵巢癌以外的肿瘤,OS获益仍有待确定。总之数据表明,PARP抑制剂可以延迟疾病复发,某些情况下可延长OS,多数患者最终疾病仍会进展,因此有必要更好的理解药物的耐药机制,延迟或克服这种影响。
3. BRCA1/2之外的突变
胚系和/或体细胞BRCA1/2突变患者PARP抑制剂获益似乎最大,但数据表明,缺乏这些突变的患者也能从PARP抑制剂治疗获益,只是获益较小。一项III期研究发现,含铂化疗有效的复发卵巢癌rucaparib维持治疗,BRCA1/2缺陷卵巢癌中位PFS从5.4个月增加至16.6个月,BRCA1/2野生HR缺陷患者为13.6个月,整个队列为10.8个月,后二者也具统计学意义。其他几项研究报告BRCA1/2野生卵巢癌的PFS也有统计学意义的改善 ,因此2020年4月niraparib获FDA批准维持治疗晚期卵巢癌,无论HR状态。
这些数据表明,BRCA1/2突变并不能完全解释PARP抑制剂获益。临床前数据早已表明,其他HR基因缺陷也可能导致PARP抑制剂敏感。包括卵巢癌和前列腺癌的几项研究表明,BRCA1/2野生但携带其他DNA修复基因有害突变的肿瘤,如PALB2、各种RAD51同源基因、ATM、CHEK2、CDK12、FANCA、RAD54L和BRIP1,也可能获益于PARP抑制剂治疗。越来越多研究表明,PALB2(HR过程中与BRCA1和BRCA2一起作用的因子)突变是提示PARP抑制剂敏感的指标,其他HR相关的核心基因突变,如RAD51,也可能赋予PARP抑制剂敏感性。其他DDR相关基因(如ATM和CHEK2)突变是否导致PARP抑制剂敏感尚不清楚,目前正在研究中。
除了关键的DNA修复因子外,染色质调节因子突变,如ARID1A和BAP1,也是体外PARP抑制剂敏感性增加的原因。临床前模型显示,由于参与Krebs循环的基因突变(如IDH1/2、FH和琥珀酸脱氢酶),间接下调HR相关蛋白,从而增加PARP抑制剂的敏感性。值得注意的是,一些缺乏HR相关基因突变的癌症(如小细胞肺癌)对PARP抑制剂也表现出一定敏感性,可能源于RB1突变引起的复制应激增加。因此在关注BRCA1/2突变和HR修复缺陷的基础上,建立PARP抑制剂在更多类型癌症中应用的理论基础至关重要,现已开发几种识别非BRCA1/2突变相关的HR缺陷肿瘤的诊断工具,如确定RAD51状态的分析、评估与HR缺陷相关的突变特征和基因组不稳定性,均可能有助于识别PARP抑制剂获益患者,其中区分PARP滞留的一般效应和肿瘤对PARP抑制剂的特异敏感性至关重要。
PARP抑制剂的耐药机制
PARP抑制剂的初始治疗反应通常良好,但多数患者最终会发生耐药、疾病复发。PARP抑制剂获得性耐药主要有三种机制:药物靶点相关效应,如药物流出泵上调、PARP或相关功能蛋白突变;BRCA1/2功能恢复使得HR恢复;DNA末端保护缺失和/或复制叉稳定性恢复(图2)。


图2 PARP抑制剂的耐药机制
1. 药物流出泵上调
药物流出转运蛋白ABCB1(也称为P-糖蛋白)上调,是最早提出的导致PARP抑制剂耐药的机制之一。ABCB1属于ATP-binding cassette(ABC)转运蛋白家族,通过阻止细胞内药物积聚发挥作用,是多种化疗药物和其他药物耐药的原因。最初在自发发生乳腺肿瘤的BRCA1/2缺陷小鼠模型中观察到ABCB1诱导的PARP抑制剂耐药,这些模型长期暴露于奥拉帕利,导致耐药的ABCB1过表达肿瘤生长,奥拉帕利和ABCB1抑制剂tariquidar联合应用可逆转耐药,证明药物流出增加确实是耐药的原因。尽管该机制的临床意义尚不清楚,但有报道显示ABCB1在化疗耐药卵巢癌中上调。虽然所有PARP抑制剂均抑制相同的靶域,但veliparib和niraparib是ABCB1的不良底物,因此二者有可能绕过ABCB1诱导的耐药。此外ABCB1过表达常引起紫杉类和阿霉素等化疗药物的交叉耐药,因此不经ABCB1转运的PARP抑制剂可能对既往接受过化疗的患者更有效。
2. 与靶向相关的耐药机制
目前的PARP抑制剂都是通过与辅因子NAD+竞争靶向PARP酶催化域,因此降低PARP抑制剂亲和力的PARP1突变或是与PARP抑制剂结合时仍能保留内源性酶功能的PARP1突变均可导致耐药。体外研究表明,与PARP抑制剂耐药相关的点突变不仅存在于酶催化位点,也存在于将PARP1滞留于DNA所需的结构域。有证据显示,在ARP抑制剂耐药卵巢肿瘤中发现一种PARP1突变,不影响PARP1招募至DNA损伤部位,却能阻止PARP1有效滞留。由于PARP1和BRCA1功能联合缺失才能产生协同致死,因此PARP1突变只能使HR正常细胞或具有亚效BRCA1等位基因突变细胞以及具有BRCA1活性残留的细胞产生耐药性。
多聚(ADP-核糖)糖化酶(PARG)可从目标蛋白中移除PAR链,是体内外PARP抑制剂耐药的另一关键因素,如由于PARG缺失,导致发生BRCA1/2缺陷乳腺肿瘤的基因工程小鼠模型PARP抑制剂耐药。有趣的是,这些模型的细胞暴露于PARP抑制时,PARG缺失能部分挽救PARylation水平,表明PARP1抑制只是减少而不是完全抑制PARylation,暴露于PARP抑制剂的PARG缺陷细胞能够保留足够的靶蛋白PARylation诱导DNA损伤信号级联,也能减少因残留的PARP活性所致的PARP1滞留于DNA。临床证据仍然有限,二项小型研究显示,大比例的适合PARP抑制剂治疗的三阴性乳腺癌(TNBC)(76.8%)和卵巢癌(78.4%)的PARG阴性区域≥10%。
3. BRCA1/2功能恢复
临床已证明的PARP抑制剂耐药机制是通过逆转突变或表观遗传改变,导致BRCA1或BRCA2野生蛋白再表达或发生亚效等位基因突变。导致蛋白截断的BRCA1/2突变逆转最初见于BRCA2突变卵巢癌和胰腺癌细胞株长期暴露于PARP抑制剂或顺铂,BRCA1/2缺陷细胞具有高水平的基因组不稳定性,顺铂和PARP抑制剂可加重这种不稳定性,细胞进一步积累遗传学改变,最终导致新的BRCA2异构体的重新表达。与预期的耐药机制一致,表型逆转细胞又能够招募RAD51至DNA损伤部位,降低基因组不稳定性水平。BRCA1突变和BRCA1甲基化TNBC的异种移植(PDX)模型显示,PARP抑制剂的获得性耐药源自缺失突变导致的BRCA1突变阅读框恢复、BRCA1基因启动子甲基化缺失或是新发融合使得表观遗传沉默的BRCA1重新表达。BRCA1甲基化卵巢癌的PDX模型显示,只有所有BRCA1拷贝甲基化才与PARP抑制剂有效相关,杂合甲基化与耐药相关。与这些临床前发现一致,BRCA1完全甲基化能预测PARP抑制剂的临床疗效,既往化疗可诱导甲基化缺失。
几项研究报道了BRCA1/2基因逆转导致的PARP抑制剂耐药,包括乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌。2020年7月发表了一项对HR相关基因逆转导致PARP抑制剂或含铂化疗耐药的分析,显示多数逆转单独存在,但BRCA2编码序列中存几个逆转热点,表明这些位置突变更易发生导致PARP抑制剂耐药的逆转。重要的是,与PARP抑制剂耐药相关的逆转并不只发生于BRCA1/2,也可发生于其他HR相关基因,如RAD51C、RAD51D和PALB2。含铂化疗或PARP抑制剂治疗期间的逆转突变表明,BRCA1/2或其他HR相关蛋白功能缺失引起的基因组不稳定性仅在肿瘤发生时为必需,肿瘤维持过程中则非必需。因此,由逆转突变引起的治疗耐药成为“肿瘤抑制耐受”的范例,即癌症初发阶段的突变的功能恢复,能增加肿瘤的适应能力。
由于PARP抑制剂用于临床只有几年,而且逆转突变检测非常复杂,因此目前缺少由大规模研究得出的PARP抑制剂耐药肿瘤中BRCA1/2再激活频度数据。PARP抑制剂最初获批一线含铂化疗后的二线维持治疗,这可能使研究结果产生偏差,因为BRCA1/2再激活也是BRCA1/2突变肿瘤铂耐药的主要机制。未来研究应纳入PARP抑制剂一线治疗患者,有助于更好地理解铂类药物和PARP抑制剂耐药的共同机制,因其可导致二类治疗的交叉耐药。
4. 非BRCA1依赖的HR恢复
除了BRCA1和BRCA2逆转,还存在其他耐药机制导致的PARP抑制剂耐药。临床前研究表明,代偿性突变也可恢复HR,导致DDR重新发挥作用(图3)。三项里程碑式研究表明,非同源末端连接(NHEJ)因子53BP1缺失部分抵消了BRCA1缺陷对HR和基因组不稳定性的影响;敲除小鼠Tp53bp1可以挽救胚胎致死、减少肿瘤形成和BRCA1缺陷引起的染色体不稳定性。体外研究表明,53BP1缺失可恢复BRCA1缺陷细胞的DNA末端切除,修复HR缺陷,导致细胞对PARP抑制剂耐药。重要的是,53BP1缺失不能恢复BRCA2缺陷细胞的HR,这与BRCA1和BRCA2在HR中的作用不同相关。后续研究鉴定了几个53BP1下游蛋白,如RIF1、REV7和shieldin复合物,均具有拮抗末端切除的作用,失活后使得BRCA1缺陷细胞和小鼠乳腺肿瘤对PARP抑制剂耐药。另有BRCA1缺陷乳腺癌小鼠模型表明,53BP1-RIF1-REV7-shieldin拮抗切除信号通路的缺失介导了PARP抑制剂耐药。小鼠长期暴露于PARP抑制剂导致获得性耐药,通常与新发突变、DNA拷贝数畸变以及Tp53bp1、Rev7、Rif1和Shld2表达缺失有关。PARP抑制剂获得性耐药的PDX模型也观察到53BP1和shieldin组分的缺失。有报道显示,含铂化疗或PARP抑制剂治疗的BRCA1相关乳腺癌患者存在非BRCA依赖的HR恢复(源于MRE11扩增或TP53BP1突变)所致的耐药。


图3.非BRCA1依赖的HR恢复
除了53BP1-RIF1-REV7-shieldin信号通路外,其他几个调节末端切除的因素也可能与耐药相关,只是临床数据有限。CTC1-STN1-TEN1(CST)复合物位于 53BP1-RIF1-REV7-shieldin下游,有研究显示该复合物可阻止DSBs末端切除,该复合物成分缺失导致非BRCA1依赖的末端切除恢复,诱导PARP抑制剂耐药。与53BP1-RIF1-REV7-shieldin信号通路相比,CST复合物缺失诱导PARP抑制剂耐药的作用似乎更轻微,表明存在其他机制保护DSBs不被末端切除。HELB和DYNLL1作用于53BP1下游,拮抗DNA末端切除机制中的多种成分,这些因子的缺失导致DNA末端过度切除,使得BRCA1缺陷肿瘤细胞对PARP抑制剂耐药。除了抑制末端切除因子外,DYNLL1可能通过刺激53BP1寡聚而促进NHEJ,从而促进招募并与DSBs结合。更上游的ERCC6L2(NHEJ辅助因子)缺失也可恢复DNA末端切除,导致BRCA1缺陷细胞的HR部分恢复和PARP抑制剂耐药。同样,促进HR和抑制NHEJ的因子过表达,如TIRR134、TRIP13和miRNA-622,也可恢复HR,降低BRCA1缺陷细胞对PARP抑制剂的敏感性。这些数据强化了这一概念,即PARP抑制剂耐药源自缺乏功能性BRCA1的细胞中DNA末端保护缺失。上述研究还表明,BRCA1在RAD51介导的HR下游步骤中并非完全必需,但BRCA2在该通路中却是至关重要。
5. 恢复复制叉稳定性
通过干扰53BP1及与末端切除和/或保护相关的下游因子恢复HR,只局限于BRCA1缺陷细胞,复制叉稳定性恢复引起的PARP抑制剂获得性耐药则是BRCA1或BRCA2缺陷细胞的共同机制。如前所述,BRCA1和BRCA2不仅参与HR,二者还参与控制复制叉的稳定性,在复制应激下具有保护作用。
MRE11和MUS81的核酸酶活性是进一步处理停止的复制叉所必需。BRCA1/2缺失情况下,MRE11不受控制地切除未受保护的复制叉会导致复制叉崩溃,从而增加基因组不稳定性。与之相符的是,MLL3/4复合蛋白PTIP或核小体重构因子CHD4缺失可阻止MRE11招募至复制叉,对BRCA1/2缺陷细胞的复制叉起到保护作用,导致PARP抑制剂耐药。染色质重塑复合物SMARCAL1也能促进BRCA1/2缺陷细胞新生DNA的MRE11依赖性降解。与PTIP缺失类似,SMARCAL1缺失降低了BRCA1缺陷肿瘤细胞对PARP抑制剂的敏感性,但这种作用似乎是细胞类型特异性的。
RADX是参与复制叉保护的另一个因子,BRCA2缺陷细胞中该因子的缺失也可恢复复制叉保护,减轻PARP抑制剂的细胞毒作用。通过抑制甲基转移酶EZH2限制MUS81招募也具有复制叉保护作用,导致PARP抑制剂部分耐药,特别是在BRCA2缺陷细胞。但MUS81作用的相关数据存在冲突。值得注意的是,PTIP、EZH2或RADX缺失不能削弱BRCA1/2缺陷细胞的HR功能,表明复制叉保护的恢复是PARP抑制剂耐药的关键。既往研究表明,复制叉保护的恢复取决于复制应激的来源、遗传背景和特定的复制叉结构,为了更好地理解复制叉的不稳定性并将其用于癌症治疗,这些均需予以考虑。
最后很重要的一点是,已知PARP1介导MRE11招募至停止的复制叉。在BRCA1/2缺陷细胞中,PARP1缺失可诱导协同致死,而PARP1下调能恢复停止的复制叉的稳定性并促进细胞生存,后者可能是通过限制MRE11在复制叉上的累积而实现。鉴于PARP1对复制叉的多种作用,需要进一步研究理解其如何影响PARP抑制剂的联合治疗结果。
Schlafen 11(SLFN11)是另一个与复制应激有关的因子。SLFN11是对癌细胞数据库的药物基因组分析时所确定,它是多种复制应激诱导剂(包括TOP1抑制剂、TOP2抑制剂、烷化剂、DNA合成抑制剂和PARP抑制剂)发挥作用的重要决定因素。研究表明,复制损伤时,SLFN11与复制解旋酶复合物结合,介导细胞发生不可逆的G1/S期阻滞。SLFN11与应激状态下的复制叉的结合,促进染色质松弛阻止细胞复制,最终导致细胞死亡。因此SLFN11缺失破坏了G1/S期阻滞,使得细胞在存在复制应激的情况下通过S期。与该效应一致的是,SLFN11缺失能降低PARP抑制剂对BRCA1/2正常和BRCA2缺陷细胞的细胞毒性作用。重要的是,HR在SLFN11正常和SLFN11缺陷细胞中都具有功能,表明该蛋白与HR同时发挥作用。
克服PARP抑制剂耐药的策略
1. 联合策略
抑制可替代的HR通路。BRCA1缺陷细胞存在HR缺陷,虽然因此存在动力学延迟,但DNA末端切除仍可发挥作用,表明BRCA1在HR中还有其他作用,确实BRCA1还能招募PALB2-BRCA2复合物至ssDNA,促进BRCA2介导的RAD51核蛋白丝的组装。研究显示,BRCA1缺陷细胞中,PALB2以RNF168依赖方式招募至ssDNA,表明BRCA1/53BP1双缺陷细胞中HR的再活化是通过依赖RNF168的PALB2招募和因53BP1-RIF1-REV7-shieldin缺失而增加的末端切除实现的。53BP1缺失所致的HR恢复,其程度取决于BRCA1突变类型,因为RAD51的整体效力(影响PARP抑制剂耐药的程度)可能因为存在亚效BRCA1等位基因突(保留了与PALB2相互作用的能力)而得以增强。与介导PALB2招募作用相符的是,RNF168缺失削弱了BRCA1杂合细胞和BRCA1/53BP1双缺陷细胞的HR,使得这些细胞对PARP抑制剂敏感。因此,靶向RNF168治疗可能对抑制非BRCA1依赖的PALB2/BRCA2招募有效,从而改善PARP抑制剂对获得性耐药(源于53BP1-RIF1-REV7-shieldin末端保护通路缺失)的BRCA1突变肿瘤的疗效。
DNA修复蛋白RAD52的作用越来越受到重视。最初的研究显示,RAD52缺失对体内外生存能力的影响很轻微,但后续研究显示,RAD52和BRCA1/2共同缺失可诱导协同致死,表明RAD52可能作为备份途径,使得RAD51能够在BRCA1/2缺失情况下进行DNA末端切除。证据还表明,RAD52可能在停止的复制叉的ssDNA修复中发挥作用,并介导复制叉逆转。因此协同致死可能是RAD52二种功能的综合效应,而不是一种功能的结果。RAD52抑制剂也已开发出来,并有望成为靶向BRCA缺陷肿瘤的替代方法。还需要更多研究确定RAD52抑制剂的体内疗效,目前证据显示,PARP抑制剂和RAD52抑制剂间具有协同作用,对BRCA-1缺陷细胞具有更强的细胞毒作用。
间接抑制HR。目前还没有催化HR蛋白的直接抑制剂可用。抑制HR的另一种策略是靶向其他具有活性的癌蛋白,干扰基因表达、核定位和/或HR蛋白招募,达到间接抑制HR的目标,如靶向EGFR、IGF1R、VEGF或PI3K-AKT通路可削弱HR。有证据显示,VEGF拮抗剂贝伐单抗联合奥拉帕利或niraparib与安慰剂或niraparib单药相比,包括HR正常的卵巢癌患者的中位PFS改善。AKT抑制剂capivasertib联合奥拉帕利的I期研究显示,无论BRCA1/2状态,晚期实体瘤患者均显示持久的疗效。另一正在进行的研究采用的是MEK抑制剂selumetinib联合奥拉帕利治疗。有研究认为,上述抑制剂的治疗活性可能源于影响细胞周期进展,而不是直接抑制HR,提示这些联合治疗的作用可能仅仅是叠加而非协同。
通过药物靶向表观遗传调节也能间接抑制HR。如溴结构域和末端外结构域(BET)蛋白BRD4通过RNA聚合酶II促进转录,而BET和/或BRD4抑制剂可抑制关键DDR基因的转录,包括CTIP、BRCA1、RAD51、TOPBP1和WEE1,导致临床前研究中HR和PARP抑制剂的协同作用被取消。同样,抑制组蛋白去乙酰化酶可下调HR,也可用于诱导PARP抑制剂的敏感性。抑制细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs),如CDK1(磷酸化BRCA1促进HR修复)和CDK12(包括BRCA1在内的几个HR基因的转录调节因子),可有效抑制HR,诱导PARP抑制的敏感性。此外,热休克蛋白90(HSP90)可促进HR蛋白亚群的稳定性,包括RAD51、BRCA1和BRCA2,靶向抑制该蛋白可诱导HR缺陷,促进对PARP抑制剂的敏感性。最后,缺氧可诱导BRCA1的长期表观遗传沉默,因此诱导PARP抑制剂敏感。重要的是,上述方法均可用来提高肿瘤对PARP抑制剂的敏感性,HR恢复的肿瘤、BRCA活性减退或功能完全的肿瘤均可,但也可能对非恶性增殖细胞(如骨髓造血祖细胞)产生毒性作用。
取消细胞周期检查点信号。几项研究表明,取消细胞周期检查点信号可能减少PARP抑制剂的耐药性。ATM和ATR是二种控制细胞周期检查点激活的重要激酶,负责DNA损伤时的细胞捕获。BRCA1突变细胞中导致PARP抑制剂耐药的几个过程均依赖ATR,如非BRCA1依赖的HR和复制叉保护,ATR通过促进RAD51招募至DSBs和中止复制叉来控制这二个过程。因此PARP抑制剂和ATR抑制剂联合有可能通过恢复HR功能或复制叉保护而克服PARP抑制剂耐药。
已证实染色质重塑酶ARID1A通过与ATR相互作用调节DNA损伤检查点,ARID1A缺失减低细胞周期检查点激活,细胞对PARP抑制剂的敏感性增强。与ATR类似,ATM激酶活性为早期HR所必需,抑制ATM可使BRCA1和53BP1或BRCA1和REV7缺陷细胞对PARP抑制剂重新敏感。
临床前模型采用PARP抑制剂与WEE1激酶抑制剂联合治疗,WEE1激酶通过抑制CDK1和CDK2调控G2/M进程,激活G2/M细胞周期检查点,导致细胞周期阻滞,为DNA损伤修复提供时间。PARP和WEE1抑制剂联合旨在消除G2阻滞,诱导有丝分裂灾难。一项卵巢癌异种移植模型研究表明,序贯(非同时)抑制PARP和WEE1可提高联合药物的耐受性,同时仍保持抗肿瘤活性。
制药公司正在开发细胞周期检查点激酶(如ATR、ATM、CHK1和WEE1)的抑制剂,并在研究中评估与PARP抑制剂联合的抗肿瘤作用,能否用于临床取决于其对PARP抑制剂获得性耐药患者是否有效,同时不应对非恶性组织有过多的毒性作用。
靶向NAD+代谢。PARP1使用氧化的NAD(NAD+)作为PARylation底物,是细胞NAD+分解代谢的主要来源,DNA损伤后几分钟内,NAD+降至其非应激水平的10-20%。过度的PARP激活(通过氧化应激或过度DNA损伤)可耗尽细胞内的NAD+,导致ATP水平进行性下降、能量损失和细胞死亡。因此为了维持NAD+水平,细胞需依赖挽救性途径。功能性遗传筛查显示,烟酰胺磷酸核糖转移酶(NAMPT,NAD+挽救途径限速酶)缺失增强PARP抑制剂对TNBC细胞的细胞毒作用。体内研究显示,奥拉帕利联合NAMPT抑制剂FK866可有效抑制TNBC异种移植瘤,疗效优于二种抑制剂单独使用。异柠檬酸脱氢酶(IDH)的新发突变在胶质瘤中很常见,通过下调NAD+挽救途径的烟酸磷酸核糖转移酶(NAPRT1)降低NAD+水平,使得这些肿瘤对NAD+耗损异常敏感。此外突变IDH还会产生肿瘤代谢产物D-2-羟基戊二酸(D-2HG),该物质可抑制HR并诱导对PARP抑制剂的敏感性。因此,新发IDH1/2突变可能通过二种机制诱导PARP抑制剂的超敏感性。最后,NAD+的衍生物NADP+可作为内源性PARP抑制剂,通过竞争PARP的NAD+结合位点抑制PARylation。因此无论BRCA突变状态,高NADP+/NAD+的肿瘤细胞对PARP抑制的敏感性增加,这源自PARylation的减少而非将PARP滞留于DNA。
综上所述,PARP抑制剂的细胞毒作用可通过间接抑制PARylation而得到增强,间接抑制PARylation可由靶向抑制NAD+代谢实现。需要更多研究深入理解肿瘤代谢和HR修复(缺陷)间的相互作用,以及这些相互作用如何影响PARP抑制剂的疗效。这些认识可能会揭示PARP抑制剂下癌细胞的代谢弱点,通过靶向这些弱点可改善疗效。
BRCA缺陷肿瘤的免疫治疗。PARP抑制剂与免疫检查点抑制剂(如抗PD-1抗体)联合,是治疗BRCA1/2突变肿瘤的潜在方法,一些观察结果引发了对这一治疗的关注。首先,HR缺陷肿瘤的突变负荷增加,可能导致肿瘤特异性新抗原增加(包括大的基因组重排);其次,HR缺陷可能导致未修复的DNA片段在细胞质中积累,激活环状GMP-AMP合成酶(cGAS),cGAS是干扰素基因(STING)信号通路的刺激因子,它对核外双链DNA的识别触发IRF3-I型干扰素信号通路激活,这一过程介导全身免疫反应,诱导激活几种类型的免疫细胞。BRCA1/2缺陷肿瘤的基因组重排还可能破坏染色质边界,导致重复RNA的表达,激活固有免疫信号;第三,PARP抑制可诱导PD-L1表达(通过失活GSK3β)和cGAS-STING信号通路,导致CD8+T细胞浸润增加和活化增加。PARP抑制剂介导的cGAS-STING信号通路激活是否依赖肿瘤的BRCA突变状态仍有争议,一项研究表明,无论BRCA突变状态,cGAS-STING信号通路都被激活,而另一些研究发现,该通路可单独激活,但在BRCA缺陷肿瘤中可更强烈的激活。
与上述相符的是,多项研究表明,小鼠乳腺癌和卵巢癌模型中,PARP抑制增强抗PD-1抗体的抗肿瘤作用。一些研究正在评估二者联合的治疗作用,但由于初步研究中仅纳入少量患者,因此一些有意义的结果尚不能作为一般性结论。卵巢癌或乳腺癌患者采用PARP抑制剂联合抗PD-1抗体治疗的耐受性通常良好,与单药治疗相比,似可提高客观缓解率。然而I/II期研究发现,铂耐药的BRCA1/2突变卵巢癌患者的客观缓解率与野生型患者相比并无显著差异。值得注意的是,不是所有入组患者都检测了BRCA1/2突变,也未评估其他HR基因突变状态。如上所述,免疫检查点抑制剂与PARP抑制剂的联合治疗仍是活跃的研究领域,PARP抑制剂获得性耐药患者是否可从该联合治疗获益还有待确定。
2.靶向获得性的易感性
耐药通常伴随着适应所带来的成本,即导致获得性易感性,理论上可以用作治疗靶点以提高后续治疗的疗效(图4)。几个功能缺失性突变导致的PARP抑制剂耐药可增加电离辐射的敏感性,如PARG失活。同样,53BP1-RIF1-REV7-shieldin或CST末端保护复合物以及PARP1缺失均可导致对电离辐射的超敏感。因此,对于因上述原因而对PARP抑制剂获得性耐药的BRCA缺陷肿瘤,放疗具有可行性。
除了对电离辐射敏感外,缺乏PARP1活性的细胞对TOP1抑制剂喜树碱的敏感性增加,这源于PARP1在修复TOP1切割位点中的作用。此外,PARG下调可导致NAD+的代谢消耗并增加PARP1滞留于染色质,使得细胞对烷化剂替莫唑胺敏感。
PARP抑制剂获得性耐药肿瘤除了对电离辐射、喜树碱或替莫唑胺的敏感性增加外,2020年提出的方法则可用于治疗因基因逆转而对PARP抑制剂获得性耐药的肿瘤。通常基因逆转不能恢复原始蛋白的完整氨基酸序列,因此多数逆转蛋白都包含氨基酸的延展(多位于逆转接合处),这种改变在野生基因编码的蛋白中并不存在,因此可能以新抗原形式表达于细胞表面,并被免疫系统识别。此种情况下可以使用癌症疫苗、嵌合抗原受体T细胞和/或免疫检查点抑制剂治疗。

图4.靶向PARP抑制剂耐药肿瘤的获得性易感性

3.阻止耐药的出现
靶向对药物耐受的细胞。PARP抑制剂主要在S和G2期特异性地引起DNA损伤,因此对增殖期的细胞具有特异性的作用,而G0或G1早期细胞可能不受PARP抑制剂的影响,因为HR和复制叉在这些阶段均不活跃。事实上,持续暴露于PARP抑制剂能诱导卵巢癌细胞系衰老,停用PARP抑制剂后衰老可逆转,表明持续保持衰老状态的细胞可能有助于肿瘤的进一步生长。有些过程,如表观遗传重编程、转录调控以及与肿瘤微环境的相互作用,可能会延迟细胞增殖,从而使细胞对治疗的反应性降低。对药物耐受的肿瘤细胞的持续存在为长期维持治疗提供了理论基础,维持治疗有可能杀死进入细胞周期的残留休眠细胞。
抑制突变表型。为了修复HR缺陷情况下的DNA DSBs,BRCA1/2缺陷细胞能够上调微同源介导的末端连接(MMEJ)作为一种补偿机制,该机制在HR正常细胞中的作用很小。MMEJ修复途径易出错,因其由低保真度DNA聚合酶θ(POLQ)驱动。POLQ可将二条具有短(>2bp)的同源序列的断裂DNA链连接起来,全基因组测序可在BRCA1/2缺陷肿瘤中检测到这种MMEJ特征性的突变模式。鉴于HR缺陷肿瘤中DSBs的修复依赖POLQ介导的MMEJ,因此抑制该途径有可能成为一种新的治疗,已有二个研究小组报道了POLQ缺失与HR相关蛋白的相互作用可导致协同致死。值得注意的是,抑制POLQ可抑制MMEJ引起的基因组不稳定性,因此这种方法可能优于抑制PARP,后者会增加基因组不稳定性,加速出现“突变表型”HR缺陷肿瘤。因此POLQ抑制可能不仅对PARP抑制剂获得性耐药肿瘤有效,而且可能会阻止或削弱未曾暴露于PARP抑制剂的HR缺陷肿瘤出现治疗后耐药。
POLQ抑制剂的发展引发广泛关注。据报道抗生素novobiocin(NVB)具有抑制POLQ ATP酶活性的作用。与此一致的是,NVB对POLQ的抑制可在体内体外选择性地杀死HR缺陷肿瘤。此外在BRCA1和53BP1功能联合缺失的PDX模型中,NVB能降低肿瘤生长,表明POLQ抑制对DNA末端保护缺失所致的PARP抑制剂获得性耐药肿瘤是可行选择。
还需要进一步研究来回答几个关键问题,它们决定了POLQ抑制剂能否用于临床:
(1)POLQ抑制剂是单药即有效还是需与PARP抑制剂联合才有效;
(2)POLQ抑制剂是否对所有PARP抑制剂耐药肿瘤都有效,还是只对某些机制(如DNA末端保护缺失)所致的耐药肿瘤才有效;
(3)基因组不稳定或BRCA1/2之外的HR相关基因突变肿瘤是否对POLQ抑制剂敏感仍有待确定。
PARP抑制剂研究的发展方向
临床前和临床研究显著提高了对PARP抑制剂作用机制和可能耐药机制的认识。在癌症细胞株和小鼠模型中报道的诸多耐药机制,其临床相关性尚不清楚,因为多数成熟的临床数据都来自PARP抑制剂二线治疗研究,许多患者的肿瘤亚克隆可能已对既往治疗(如紫杉类或含铂化疗)产生了某种形式的耐药,这些耐药可能导致对PARP抑制剂的交叉耐药。与二线治疗相比,一线PARP抑制剂治疗不仅能进一步延迟疾病进展,还能推迟耐药的发生,改变药物的潜在耐药机制,如逆转突变引起的PARP抑制剂耐药可能导致二线化疗的交叉耐药;而通过DNA末端保护缺失获得性耐药的BRCA1缺陷肿瘤仍可能对放疗或POLQ抑制剂有反应。因此,确定患者如何对PARP抑制剂耐药对于避免二线治疗的交叉耐药很重要。
奥拉帕利和niraparib均已获批一线维持治疗,更多患者在病程早期就能接受PARP抑制剂治疗,因此需要关注疾病进展后的治疗方法。肿瘤活检标本和/或细胞游离DNA的分子分析,可能对理解PARP抑制剂耐药的潜在机制以及PARP抑制剂与其他抗癌药物交叉耐药机制有很大帮助。另一个关键问题是,按计划停止治疗后疾病复发与维持治疗期间疾病复发,其驱动机制是否相同。未来研究还需要确定PARP抑制剂再引入对复发肿瘤是否有效。
临床研究正在尝试确定哪些患者最可能获益于PARP抑制剂治疗,并确定最佳治疗方案。PARP抑制剂耐药是HR缺陷肿瘤基因组不稳定的不可避免的结果,如上所述,克服PARP抑制剂耐药的靶向治疗方法很有限,因此系统地识别PARP抑制剂耐药肿瘤的易感性将是很重要的一步。体外和体内遗传学筛查数据将促进对耐药肿瘤的理解,药理学筛查有助于识别可靶向这些肿瘤的化合物。为了更好的研究与临床密切相关的PARP抑制剂的耐药性,通过基因工程产生PARP抑制剂耐药的小鼠肿瘤模型或是获得性耐药肿瘤衍生的PDX模型可能更有研究价值。PARP抑制剂疗效显著肿瘤的深入分析可能有助于确定对药物(超)敏感的分子标志。最后单细胞组学技术可能有助于更详细的研究患者的标本。
参考文献Dias MP, Moser SC, Ganesan S, Jonkers J. Understanding and overcoming resistance to PARP inhibitors in cancer therapy.Nat Rev Clin Oncol. 2021;18(12): 773-791. doi:10.1038/s41571-021-00532-x


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