PARP抑制剂是第一个获批靶向DNA损伤修复反应，用于抗肿瘤治疗的药物。大家都知道PARPi主要通过“PARP抑制”和PARP捕获（PARP trapping）发挥抗肿瘤作用。PARP抑制很好理解，而PARP捕获机制则相对复杂，人们对PARP捕获的认识和理解并不是很充分。 周慧梅 教授 中国医学科学院北京协和医院，妇产科副主任医师、副教授，医学博士
因此，今天特邀中国医学科学院北京协和医院周慧梅教授与大家一起分享发表在Science Translational Medicine上的一篇评述性文章。该文章重点关注PARPi PARP“trapping”的分子作用机制，并探索这一作用机理在PARPi单药或联合化疗作用上的意义。
2008年毕业于中国医学科学院北京协和医学院
目前工作和研究的主要方向为妇科肿瘤方向。包括卵巢癌、子宫内膜癌和宫颈癌及癌前病变的诊治及妇科恶性肿瘤的遗传咨询等
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PARPs在DNA损伤修复中的作用
在参与DNA损伤修复的众多酶中，PARPs（聚ADP-核糖聚合酶）起到了重要作用，这个家族包括17种酶。其中，PARP1和PARP2 在DNA单链断裂（SSBs）的修复过程中至关重要。PARP1和PARP2能修复SSBs，PARP1还能修复DNA双链断裂（DSBs）以及复制叉损伤。
PARP1和PARP2 的功能有重叠，但可能对底物的选择性并不相同。在小鼠动物模型中，单独敲除PARP1或PARP2，小鼠是可以存活的；但两个同时敲除则是致命的，细胞的基因组变得很不稳定。目前临床上使用的PARPi，都能同时抑制PARP1和PARP2，这或许说明了药理学的活性抑制与基因手段的蛋白缺失，效果并不相同。
PARP捕获的分子机制，以及基于“捕获”的PARPi分类
PARPi能够结合到PARP1（和/或PARP2）的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）结合口袋，造成构象异构，稳定了DNA-PARP的可逆解离，使PARP保持对DNA的结合，这一过程被称为DNA-PARP复合物的“捕获（trapping）”，从而导致DNA-PARP复合物长期存在，无法进行后续的修复。
PARP 捕获与PAR脱羟基化的催化抑制并不相互独立，而是相互依赖。PARPi有相似的催化抑制潜能，但显示出显著不同的PARP捕获能力。正在进行临床研究的PARPi可以根据其对PARP的捕获能力进行排序（从最强至最弱）：talazoparib >> niraparib> olaparib = rucaparib>> veliparib。Veliparib 100 mM时对大多数对癌细胞株无杀伤作用，然而talazoparib在nM级浓度时就表现出杀伤活性。
PARP抑制剂的化学结构也揭示了其分子大小和灵活性的差异。分子量最小的药物是veliparib，灵活性最低的药物是talazoparib。Talazoparib的立体定向和更大的空间结构，也解释了其强有力的PARP1和PARP2 捕获活性。结构上更刚性的，分子量更大的PARPi，PARP-DNA解离率更低，变构效应更强。
PARP捕获后，PARP-DNA复合物带来的细胞杀伤
相比较而言，PARP捕获对细胞造成的杀伤要高于单独抑制PARP的催化活性。此外，捕获的PARP1和PARP2可能与其他蛋白形成更大的复合物，这些复合物比单纯的PARP1或PARP2，可能具有更大的破坏性，更难移除。目前，有大量的因素可能影响PARPi的疗效，包括NAD+代谢、核心复制因子、DNA模版转换蛋白和染色质重构蛋白，提示复制干扰是PARPi主要的细胞毒性机制。其中一个可能的机制是，正在进行的复制叉与捕获的PARP-DNA复合物冲突，一旦发生碰撞，停滞的复制叉产生单端DNA双链损伤（DSEs），即常称的“复制叉坍塌”。
PARP捕获与PARPi临床最大耐受剂量的关系
尽管很难将不同的PARPi进行直接比较，但越来越多的数据提示，PARPi单药治疗时的抗肿瘤活性与PARP捕获之间并没有简单的相关性。虽然临床前研究显示，越强的PARP1 捕获能力与更好的抗肿瘤疗效相关；但临床上，PARP捕获也与正常组织的更大毒性相关。例如 talazoparib相比于niraparib、rucaparib和olaparib，PARP 捕获的能力大2-3倍，但临床上talazoparib 的II期研究推荐剂量较其他PARPi低300-1200倍。Talazoparib增加的毒性也反映了其更强的捕获正常组织中PARP1的能力。
PARP 捕获在PARPi与化疗联用中的意义
与PARPi具有协同抗肿瘤作用的两大最常见抗肿瘤药物为DNA烷化剂替莫唑胺和TOP1抑制剂。除了PARP催化抑制，替莫唑胺和PARPi的协同作用还基于PARP捕获。在接受替莫唑胺和PARPi联合治疗的细胞中可以检测到PARP捕获。因此，相比于veliparib或PARP1/2基因失活，talazoparib、olaparib更能有效地杀伤替莫唑胺治疗的癌细胞。TOP1抑制剂，包括广泛使用的喜树碱衍生物，伊立替康和拓扑替康，其与PARPi的协同作用仅依赖PARP的催化抑制，并不需要PARP捕获。在接受喜树碱和奥拉帕利联合治疗的细胞中并未检测到PARP捕获。
第一个在人体中进行评估的PARPi为 rucaparib，旨在加强替莫唑胺的抗肿瘤活性。I期研究提示，全量的替莫唑胺可以与低剂量的rucaparib联合使用，但后续在转移性黑色素瘤患者中的II期研究发现严重了骨髓抑制。在其他的细胞毒性药物和PARPi联合的研究中，同样观察到这一现象；总体而言，要构建可耐受的联合方案，需要缩短PARPi的使用时长。发挥PARPi的放射敏感性同样面临相似的挑战，需要给予低剂量放疗或低剂量PARPi，同时采用较短的用药疗程。
PARPi耐药的作用机制
患者使用PARPi治疗后，不可避免会出现PARPi耐药。PARPi发挥抗肿瘤效应需要PARP1。理论上PARP1越多，PARP 捕获的几率越大。因此，PARPi耐药的机制之一是PARP1下调。另一个可能的情况是，PARPi是药物外排泵的作用底物，如 MDR1/P糖蛋白-1 。Olaparib和rucaparib都是MDR1的作用底物，激活药物外排泵，是原发和继发耐药的潜在机制之一。ABC药物转运蛋白的扩增和/或转录超活化也可能是PARPi耐药的潜在因素。同源重组修复（HRR）也可能是PARPi耐药的机制之一。BRCA1复活突变、DNA末端修复蛋白CTIP上调从而重新激活HRR、53BP1失活，抑制非同源末端连接 (NHEJ)，上述变异的临床意义仍有待进一步探讨。
专家点评
了解PARPi的作用机理，尤其是PARP捕获，对PARPi在其他瘤种中开展的临床研究及将来可能的临床应用非常重要。尽管PARP 捕获是PARPi的主要作用机制之一，PARP在DNA修复，包括DSB修复中还发挥着多个功能，在这一过程中抑制PARP对杀伤肿瘤细胞也异常重要。此外，药物的作用机理还在决定如何给药，给药剂量和方案，患者选择和耐药机制的探索方面至关重要。对于PARPi的作用机制、其在多个瘤种中应用的疗效及安全性如何，我们还需要更多的临床研究与实践给出愈加丰满的答案。
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