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eBioMedicine发表北京大学第三医院的李默教授团队的研究，发现PARP抑制剂可以通过一种与DNA损伤反应无关的替代机制有效地抑制肿瘤。本期eBioMedicine播客，高级编辑张鹏博士将对话李默教授，探讨这一研究的发现与应用。

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张鹏：欢迎来到eBioMedicine播客。我是eBioMedicine的编辑张鹏。今天来到我们节目的是北京大学第三医院的李默教授。我们将会讨论李教授最新在eBioMedicine发表的论文“PARP抑制剂通过独立于DNA损伤反应的中心体错误诱导的衰老抑制肿瘤”。

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张鹏：在您最近的论文中，您发现了PARP抑制剂可以通过一种与DNA损伤反应无关的替代机制有效地抑制肿瘤。您能首先简单介绍一下PARPs的功能及其抑制剂在癌症治疗中的应用吗？
李默教授：PARPs是一类在多种细胞过程中起关键作用的多聚（ADP-核糖）聚合酶家族，包括DNA修复、转录调控和细胞死亡。PARPs在细胞中广泛表达，利用NAD+作为底物催化ADP-核糖向靶蛋白的转移，这一过程称为ADP-核糖化。这种修饰可以影响蛋白质的功能和相互作用，对于维持基因组稳定性和调节细胞应激反应至关重要。人体中有17种PARP成员，其中PARP1是表达量最高且研究最为深入的一种。PARP1在通过碱基切除修复途径修复单链DNA断裂、以及招募双链断裂修复响应因子方面发挥重要作用。 
PARP抑制剂已成为治疗BRCA突变肿瘤的主流化疗药物。其主要机制是将PARP酶困在DNA上，阻止其正常修复功能，导致DNA损伤累积。这一作用对已经存在DNA修复途径缺陷（如BRCA1或BRCA2基因突变）的癌细胞具有高效选择性，即联合致死。目前已有若干种PARP抑制剂获准临床使用，包括奥拉帕利（olaparib）、卢卡帕利（rucaparib）、尼拉帕利（niraparib）和他拉帕利（talazoparib），主要用于治疗卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和某些类型的胰腺癌。这些药物在具有BRCA突变的患者中表现出显著疗效，其更广泛应用以及与其他疗法（如化疗药物和免疫检查点抑制剂）的联合使用也在研究当中。
此外，许多临床试验正在进行，以探索这些抑制剂在各种肿瘤类型和不同治疗方式结合中的治疗潜力。PARP抑制剂的开发和成功突显了它们在精准医学中的价值。对PARP抑制剂的新功能研究成为肿瘤学中的创新领域之一。
张鹏：您能解释一下您在这项研究中的主要发现吗？
李默教授：携带BRCA1突变肿瘤的患者可能拥有多达数百种不同类型的BRCA1突变。在这项研究中，我们分析了COSMIC和cBioPortal数据库中乳腺癌患者鉴定出的所有BRCA1错义突变，发现它们大多数位于或接近BRCA1的中间区域，而该区域对DNA损伤修复并不重要。显然，不同的BRCA突变体可能对细胞有不同的影响。
代表性突变R1085I和E1222Q在有丝分裂期间导致短暂的多极纺锤体。有趣的是，这些短暂的多极纺锤体可以可通过中心体的PAR实现聚集，而中心体的PAR则由PARP2而非PARP1合成，且独立于DNA损伤反应。机制上，高度分支和带负电的PAR吸引带正电的中心体蛋白如SFI1和ZNF721，并限制额外中心体在有丝分裂期间逃离纺锤体极点。
因此，PARP抑制剂通过抑制中心体PAR的合成，有效地阻止了有丝分裂多极纺锤体错误的纠正，导致这些突变肿瘤细胞的衰老。

 

张鹏：您首先是在患有乳腺癌的女性群体中和体外实验中观察到了这些有趣的现象。那您是如何进一步在体内验证这些发现的呢？
李默教授：为了验证PARP抑制剂对携带这些BRCA1突变的肿瘤的抗肿瘤效果，我们将携带野生型（WT）和不同突变型的BRCA1癌细胞植入裸鼠体内，然后进行PARP抑制剂治疗。我们发现该药物对BRCA1R1085I和BRCA1E1222Q肿瘤（我们称之为中间区域突变肿瘤）有更明显的效果。在收获肿瘤组织并通过免疫荧光染色检测有丝分裂状态时，我们发现中间区域突变肿瘤中的有丝分裂错误细胞率显著高于WT BRCA1和1699突变肿瘤中的细胞率。并且，在中间区域突变肿瘤中观察到了明显的衰老信号。
同时，我们查阅了临床信息，并选择了三名携带不同突变的乳腺癌患者的原发肿瘤组织进行PDX鼠模型研究，分别是：p.S955del（氨基酸S955缺失，代表中间突变肿瘤），#2. p.I1824Dfs*3（移码突变导致I1824变为D，并在氨基酸1826处终止，代表BRCT突变肿瘤），和#3. p.Q1785X（在氨基酸Q1785处终止，也代表BRCT突变肿瘤）。在PARP抑制剂治疗后，收获肿瘤组织并进行石蜡切片。我们通过共染色α-微管蛋白和中心体标记物PCNT，记录了切片中的所有有丝分裂细胞。通过高分辨宽视野显微镜扫描，我们发现BRCT突变肿瘤的全切片中有丝分裂细胞明显很少。相比之下，在中间区域突变肿瘤的切片中发现了大量有丝分裂细胞，并且69.0%的有丝分裂细胞显示出额外的纺锤体极点。这表明，在PARP抑制剂治疗后，BRCA1中间突变肿瘤细胞的有丝分裂阶段延长，并且容易发生有丝分裂错误。

 

张鹏：除了乳腺癌之外，您还在卵巢癌和前列腺癌中测试了这种新机制。您为什么认为这种机制可以在不同类型的肿瘤中通用呢？
李默教授：肿瘤发生的本质是基于分子生物学。尽管肿瘤类型不同，BRCA1发挥其功能的分子机制是一致的，所产生的生物效应也是一致的。例如，在所有类型的癌细胞中，BRCA1的RING结构域作为E3连接酶发挥作用，而BRCT结构域则参与磷酸化位点的识别。
在该的研究中，我们通过CRISPR介导的敲入将BRCA1中间突变（R1085I和E1222Q）引入卵巢癌细胞系和前列腺癌细胞系。有趣的是，在niraparib治疗下，中间突变细胞中有丝分裂错误和衰老信号的细胞比例较高。在携带不同突变的癌细胞植入的小鼠模型中，niraparib对中间突变肿瘤的效果更显著。因此，这些结果表明，PARP抑制剂可以有效抑制携带BRCA1中间突变（亦即中心体相关突变）的卵巢和前列腺癌细胞在体内的增殖。
张鹏：在这篇论文的讨论部分，您提出了“替代合成杀伤力”的新概念，您能更详细地解释一下这个概念吗？
李默教授：联合致死是指当两个基因同时受损时会导致细胞死亡，而单独受损任意一个基因则不会导致细胞死亡。PARP抑制剂在癌症治疗中利用了这一概念，特别是在携带BRCA1或BRCA2突变的肿瘤中。BRCA基因对于通过同源重组修复双链DNA断裂是必需的。PARP对于修复单链DNA断裂至关重要。在BRCA突变的癌细胞中，同源重组已经失效。当PARP被抑制时，单链断裂累积并最终转化为双链断裂，而没有功能性BRCA蛋白，细胞无法有效修复这些断裂。这导致癌细胞死亡，而正常细胞由于具有功能性BRCA，可以修复损伤并存活。
先前的研究证明了RING和BRCT结构域对DNA损伤修复的核心功能有贡献。这意味着只有RING或BRCT结构域的功能性突变才能与PARP抑制剂产生联合致死。在我们的研究中，我们提出了一种新的BRCA1缺陷与PARP抑制剂的合成致死模式，我们称之为“非传统联合致死”；即BRCA1中间区域的某些突变会削弱BRCA1在中心体的定位，并倾向于在癌细胞中引发由额外极点引起的有丝分裂错误，而中心体PAR可以通过聚合多极来纠正这种错误。因此，抑制PAR合成会阻止有丝分裂错误的纠正，并推动癌细胞进入衰老状态。
更重要的是，由于过表达PLK4的癌细胞模拟了BRCA1突变引起的瞬时多极形成，并且PLK4过表达细胞对PARP抑制剂敏感，“非传统联合致死”模型也可能适用于携带中心体相关基因突变的肿瘤，例如中心粒复制基因、中心体聚集基因或纺锤体组装基因。在PARP抑制剂作用下，通过敲入文库建立的这些基因的临床相关突变癌细胞的高通量筛选，会在未来发现许多对PARP抑制剂敏感的新型癌症。总的来说，我们的结果不仅揭示了PARP抑制剂的不同化疗机制，还扩展了PARP抑制剂在广谱抗癌的巨大潜力。
张鹏：最后，您能介绍一下本研究的后续计划是什么吗？
李默教授：我致力于PARP和PAR研究已经14年了。PAR的生物功能实际上远远超出了我们目前对它的理解。我们实验室目前有两个正在进行的项目，这些项目正在揭示这些小聚合物的更多新功能和临床效果。我期待着在不久的将来与大家分享这些发现。END

 

以上就是本期eBioMedicine播客的全部内容。再次感谢李教授的加入。 各位听众可以识别文中二维码或点击文末“阅读原文”阅读本文章。感谢收听。