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隋江东 DNA修复抑制剂与肿瘤

发布人:系统管理员  发布日期:2019-01-07  点击:

 

肿瘤专题              2018年34卷23期

 

 

DNA修复抑制剂与肿瘤*

隋江东,王 颖,万 跃(重庆大学附属肿瘤医院/重庆市肿瘤研究所/重庆市肿瘤医院肿瘤放射治疗中心,重庆400030)

【关键词】肿瘤;抑制剂;DNA损伤修复;基因

人体细胞每天在内外源性DNA损伤因子的作用下会产生大量不同类型的损伤,而人体细胞内也存在着完善的DNA修复机制来应对这些损伤,恢复DNA的完整性和保真性,从而维持遗传稳定性。越来越多的证据提示,在肿瘤的发生、发展和治疗过程中,DNA修复功能会发生变化,而这些变化很可能与肿瘤的各种生物学行为密切相关。许多致癌物都是通过损伤基因组DNA而导致基因的突变,一旦DNA损伤反应(DDR)通路中关键基因,如 BRCA1、BRCA2、BLM、FANCA、TP53、RAD51C和MSH2等发生突变,便会进一步导致DNA修复功能缺陷和引发基因组不稳定性,极易增加癌变风险。肿瘤细胞携带有大量的突变基因,DNA复制时会产生复制叉的阻滞而触发DDR导致细胞凋亡;当氧化还原反应相关基因处于突变失活状态时,氧化应激产生的活性氧自由基(ROS)会引发DNA氧化损伤。因此,我们可以利用DNA修复抑制剂,放大DNA复制应激和氧化应激的效应,突破肿瘤细胞对这些效应的耐受极限,最终产生不可逆转的DNA损伤而导致肿瘤细胞死亡。本文综述了各种DNA修复抑制剂的临床研究现状,并概述了筛选疗效预测标志物的必要性及探索新的联合治疗策略的可行性。

1 靶向DNA损伤感受器的抑制剂

DNA损伤的感知是DNA修复的第一步,而DNA损伤感受器蛋白的种类繁多,主要的包括:(1)范可尼贫血核心复合物(FANCA、B、C、E、F、G、L 和 M)是 DNA链间交联(ICL)的感受器,能迅速启动ICL修复;(2)错配修复蛋白(MSH2、MSH3、MSH6、MLH1 和 PMS2)是错配碱基对的感受器,可迅速启动错配修复(MMR);(3)核苷酸切除修复蛋白(XPC、DDB2和CSA)是插入-缺失环和UV介导光损伤产物的感受器,负责启动核苷酸切除修复(NER);(4)Ku蛋白(由 Ku70和Ku80组成的蛋白异构体)和 MRE11-RAD50-NBS1(MRN)复合物是DNA双链断裂(DSB)感受器,Ku蛋白启动经典型非同源末端连接(c-NHEJ)修复,而MRN复合物通过激活共济失调毛细血管扩张症突变基因(ATM)启动同源重组(HR)修复;(5)聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶(PARP)是DNA单链断裂(SSB)感受器,通过长的分枝状聚ADP核糖链(PAR链)募集XRCC1至SSB,从而启动SSB修复。

体外细胞实验证实BRCA1/2突变的肿瘤细胞对PARP抑制剂的杀伤作用异常敏感[1],其主要原因是PARP抑制剂使SSB无法正常修复,从而产生遗传毒性更强的双链断裂(DSB),此时DSB会启动HR机制进行有效修复,然而缺乏这种机制的BRCA1/2突变的肿瘤细胞会加剧基因组不稳定性,最终走向死亡。基于临床前实验确立了PARP和BRCA的合成致死关系,随后开展大量关于PARP抑制剂奥拉帕尼的临床试验,最终结果明确该药在BRCA1/2突变的卵巢癌、乳腺癌或去势抵抗性前列腺癌(CRPC)的治疗中能持久有效发挥抗肿瘤效应。目前,奥拉帕尼已被欧洲药品管理局批准作为BRCA1/2突变的卵巢癌患者经含铂联合化疗后的维持治疗药物,这也促使PDA加速批准奥拉帕尼用于治疗BRCA1/2突变的晚期卵巢癌患者。此外,奥拉帕尼还被FDA授予突破性疗法认定,用于治疗BRCA1/2或ATM突变的转移性CRPC。另一种PARP抑制剂rucaparib由于在Ⅱ期临床试验(ARIEL2)中的突出表现而被FDA授予突破性疗法认定,用于BRCA1/2突变的晚期卵巢癌患者经含铂联合化疗后的单药治疗[3]。除此之外,现在正处于临床试验阶段的PARP 抑制剂还有 niraparib(MK4827;Tesaro)、talazoparib(BMN673;Medivation)、veliparib(ABT-888;AbbVie)。

2 靶向DNA损伤信号传导的抑制剂

2.1 DNA-PK抑制剂 DNA依赖的蛋白激酶(DNAPK)是由Ku蛋白与DNA依赖的蛋白激酶催化亚单位(DNA-PKcs)组成的一种蛋白复合物,其功能是募集XRCC4、LIG4、XLF和PAXX至DSB,从而启动DSB的c-NHEJ修复。体外细胞实验证实,DNA-PK抑制剂的肿瘤杀伤能力不强,但能够增强DSB诱导剂或电离辐射的肿瘤杀伤效应[4],其原因可能是肿瘤细胞自发形成的DSB主要由HR机制进行有效修复。目前,各种DNAPK抑制剂正处于临床试验阶段,例如MSC2490484A(Merck KGaA;NCT02316197)与放疗联合治疗的Ⅰ期临床试验;VX-984(VertexPharmaceuticals;NCT02644278)与多柔比星脂质体联合治疗的Ⅰ期临床试验;DNA-PK和TOR的双靶点抑制剂CC-115(Celgene)单药治疗的I期临床试验。CC-115是通过对mTOR抑制剂进行先导物优化而得到的产物[5],能有效地抑制慢性淋巴白血病(CLL)细胞增殖并诱导caspase依赖性细胞死亡,甚至还能逆转CLL细胞对PI3Kδ抑制剂idelalisib耐药[6]。Ⅰ期临床试验发现,ATM缺失的CCL患者能从CC-115治疗中获益,但是其分子机制尚不明了[6]。另一项Ⅰ期临床试验的初步评估结果提示,晚期恶性实体瘤患者与血液系统恶性肿瘤患者对CC-115治疗的耐受非常好[7]

2.2 ATM抑制剂 当ATM被MRN复合物激活后,会磷酸化H2AX组蛋白第139位丝氨酸,即γH2AX,随后γH2AX与DNA损伤检查点蛋白调节子1(MDC1)直接结合,通过放大DNA损伤信号的方式促使γH2AX区域进一步扩大,为53BP1的募集及功能发挥提供反应平台。此外,ATM不仅能够通过磷酸化Chk2介导G1~S期检测点的活化,还可以通过磷酸化p53防止MDM2依赖的p53泛素化蛋白酶体降解。体外细胞实验证实ATM抑制剂可增强DSB诱导剂或电离辐射的肿瘤杀伤效应。目前,ATM抑制剂AZD0156(AstraZeneca;NCT02588105)单药治疗或与奥拉帕尼联合治疗的I期临床试验正在进行中。

2.3 共济失调毛细血管扩张症Rad3相关激酶(ATR)抑制剂 当ATR被复制蛋白A(RPA)激活后,会磷酸化CHK1,后者又磷酸化CDC25A,最终通过抑制周期蛋白依赖性激酶(CDK)的活性介导G2~M期和S期检测点的活化。此外,体外细胞实验揭示ATR和CHK1的具有合作致死关系[8]。临床前实验证实,ATR抑制剂VX-970可增加肺癌细胞对化疗的敏感性,特别是顺铂和吉西他滨等[9]。Ⅰ期临床试验的初步评估结果提示,患者对VX-970单药治疗的耐受性非常好,静脉注射剂量增加至每周480 mg/m2时也未发现患者出现剂量限制性毒性反应或者3~4级不良反应[10]。另一项Ⅰ期临床试验发现,1例ATM缺陷的转移性结肠癌患者进行长达20个月以上的VX-970单药治疗后仍处于完全缓解期(RECIST标准);还有1例铂类和PARP抑制剂耐药及BRCA1和TP53突变的难治性晚期高级别浆液性卵巢癌患者经VX-970与卡铂联合治疗后长期处于部分缓解期(RECIST标准)并且CA125标志物降至正常后持续6个月以上(GCIG标准),推荐的Ⅱ期剂量(RP2D)是90 mg/m2VX-970+卡铂(AUC=5),常见的不良反应是骨髓抑制,包括嗜中性白细胞减少症和血小板减少症[11]。此外,肿瘤组织活检证实ATR介导的CHK1第245位丝氨酸磷酸化被显著抑制[11]。目前,VX-970联合其他化疗药物的Ⅰ期临床试验正在进行中,例如VX-970与吉西他滨联合治疗、VX-970与顺铂联合治疗等,并且化疗耐药的晚期实体瘤患者能从VX-970治疗中获益[12-13]。值得关注的是,ATR抑制剂的口服药物AZD6738作为单药治疗或与奥拉帕尼、卡铂、放疗及免疫检测点抑制剂 durvalumab(MEDI4736;AstraZeneca)联合治疗的Ⅰ期临床试验正在进行中。

2.4 细胞周期检查点激酶1(CHK1)抑制剂 临床前实验证实,CHK1抑制剂可增强抗代谢类抗肿瘤药物的肿瘤杀伤效应[14]。Ⅰ期临床试验的初步评估结果提示,30例患者对CHK1抑制剂MK8776(Merk&Co.)单药治疗或与吉西他滨联合治疗的耐受性非常好,而且有2例患者长期处于部分缓解期(7%)及13例患者长期处于稳定期(43%),常见的不良反应是疲倦、恶心、厌食、血小板减少症、嗜中性白细胞减少症和剂量相关的短暂性心电图异常,特别是QTC延长[15]。MK8776与吉西他滨联合治疗的RP2D是200 mg MK8776+吉西他滨1 000 mg/m2,治疗开始的第1天和第8天使用,每21天为1个治疗周期。另一项Ⅰ期临床试验的初步评估结果提示17例患者接受CHK1抑制剂LY2603618与吉西他滨联合治疗后,有4例患者长期处于部分缓解期(RECIST标准),然而3例患者由于严重的不良反应事件而终止治疗,常见的不良反应是血液系统毒性[16]。目前,CHK1 抑制剂 CCT245737(Sareum Holdings Plc.)单药治疗或与顺铂及吉西他滨联合治疗的Ⅰ期临床试验正在招募受试者(NCT02797977和NCT02797964)。

2.5 CHK2抑制剂 目前,尚未开展关于CHK2单靶点抑制剂的临床试验,只有关于CHK1和CHK2多靶点抑制剂 LY2606368(Prexasertib;Eli Lilly)的临床试验。Ⅰ期临床试验发现,45例患者经过LY2606368单药治疗后,有15例患者从中获益(33.3%),并且2例患者(分别是肛管癌和头颈鳞癌)长期处于部分缓解期(RECIST标准),常见的不良反应是骨髓抑制[17]。LY2606368单药治疗的RP2D是105 mg/m2,每14天为1个治疗周期。此外,还有大量关于LY2606368的临床试验正在扩大受试者的招募范围,并且优先招募组织学为鳞癌的患者。

2.6 WEE1抑制剂 WEE1通过磷酸化CDK1第15位酪氨酸抑制CDK1活性,从而通过激活G2-M检测点阻止带有DNA损伤的细胞进入有丝分裂期。临床前实验证实 WEE1 抑制剂 AZD1775(MK1775;AstraZeneca)不仅具有抗肿瘤效应,而且还能够增强DNA损伤诱导剂的肿瘤杀伤效应[18]。Ⅰ期临床试验发现,25例患者经过AZD1775单药治疗后,有2位BRCA1突变的患者(分别是乳头状浆液性卵巢癌和头颈鳞癌)长期处于部分缓解期(RECIST标准),口服的最大耐受剂量是每天2次,每次225 mg,每周2.5 d,服用2周,每3周为1个治疗周期,常见的不良反应是可逆性室上性心动过速、骨髓抑制和腹泻[19]。此外,肿瘤组织活检证实CDK1第15位酪氨酸磷酸化水平明显降低,而γH2AX水平则显著升高[19]。另一项Ⅰ期临床试验发现,患者对AZD1775与吉西他滨、顺铂或卡铂联合治疗的耐受性很好,而且TP53突变型患者的缓解率(21%)显著高于TP53野生型患者(12%)[20]。Ⅱ期临床试验发现,21例铂类耐药及TP53突变的难治性卵巢癌患者接受AZD1775与卡铂联合治疗后,有8例患者长期处于部分缓解期(38%)及1例患者长期处于完全缓解期(5%)[21],结果提示WEE1抑制剂能逆转肿瘤对铂类耐药。另一项Ⅱ期临床试验的初步评估结果提示,AZD1775联合卡铂或紫杉醇治疗与单独化疗相比,联合治疗可使铂类敏感的、TP53突变的卵巢癌患者的无进展生存期(PFS)显著延长(HR=0.55,95%CI0.32~0.95,P=0.030),常见的不良反应是恶心、腹泻、脱发和疲倦[22]

2.7 APE1抑制剂 脱嘧啶核酸内切酶(APE1)能够识别DNA糖基化酶切除受损碱基后产生的无嘌呤/无嘧啶(AP)位点,是DNA碱基切除修复(BER)途径主要限速酶之一。体外细胞实验证实,TRC102(Methoxyamine;TRACON Pharmaceuticals)与APE1竞争性结合AP位点,从而阻断 APE1发挥核酸内切酶功能,并且TRC102能够增强烷化剂类和抗代谢类抗肿瘤药物的肿瘤杀伤效应[23]。Ⅰ期临床试验发现,TRC102与培美曲塞或替莫唑胺联合治疗的主要不良反应是血液系统毒性[24-25]。此外,还有大量关于TRC102的临床试验正在进行中。

3 靶向翻译后修饰的抑制剂

绝大多数DDR相关蛋白的翻译后修饰对其执行DNA修复功能有重要作用,而且大量研究证据表明,翻译后修饰相关抑制剂能有效地阻断DNA修复途径,例如组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂vorinostat(Zolonza;Merck)和 romidepsin(Istodax;Celgene)通过控制 DNA缠绕于组蛋白的松紧程度发挥作用,能够增强DSB诱导剂的肿瘤杀伤效应,主要用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤[26];再比如,聚 ADP核糖水解酶(PARG)通过水解PAR链介导PARP活性,因此,PARG抑制剂与PARP抑制剂具有相似的功效[27];除此之外,还有蛋白酶体抑制剂 bortezomib(Velcade;TakedaPharmaceuticalCompany Ltd.)、NEDD8-活化酶抑制剂 Pevonedistat(MLN4924;Takeda Pharmaceutical Company Ltd.)、EZH2(H3K27 甲基转移酶)抑制剂和G9A(组蛋白-赖氨酸-N-甲基转移酶)抑制剂均具有抑制DNA修复的作用[28-31]。近期一项Ⅰ期临床试验发现,Pevonedistat治疗中常见的不良反应是肝毒性,而通过间歇性给药的方式可提高患者对该药的耐受性[32]。此外,临床前实验证实,Pevonedistat可增强DNA交联诱导剂的肿瘤杀伤效应[29]。因此,Pevonedistat与DNA交联诱导剂联合治疗的Ⅰ期临床试验正在进行中。

4 筛选疗效预测标志物

筛选抑制剂的疗效预测标志物的研究工作任重而道远。迄今为止,仅有突变/缺失的BRCA1/2可作为预测PARP抑制剂疗效的可靠标志物,基于此研发的BRACAnalysis CDx基因检测试剂已经通过食品药品监督管理局(FDA)批准用于奥拉帕尼的伴随诊断。近期研究揭示了一些不具备特异性的疗效预测指标,例如DNA修复功能缺陷会引起基因组出现不稳定性和基因突变,将杂合性缺失(LOH)、端粒等位基因失衡(TAI)或大规模状态转换(LST)等反应基因组不稳定程度的指标进行量化评分可以对PARP抑制剂的疗效进行预测[33],而在基因组上留下的突变标签也是一个极有潜力的预测PARP抑制剂疗效的标志物[34]

临床前实验证实,ATM缺陷的肿瘤细胞对ATR抑制剂的杀伤作用特别敏感[35],虽然增敏机制还不清楚,但是Ⅰ期临床试验发现ATM缺陷肿瘤患者能从ATR抑制剂治疗中获益[11],提示突变/缺失的ATM可作为预测ATR抑制剂疗效的潜在标志物。此外,大量实验数据证实,CCNE1、CCND2、MYC和KRAS癌基因过量表达或者激活突变会引发DNA复制应激,处于应激状态的肿瘤细胞对ATR抑制剂的杀伤作用非常敏感[36]。因此,这些癌基因可作为预测ATR抑制剂疗效非特异性标志物。

5 探索新的联合治疗策略

5.1 DNA修复抑制剂联合DNA损伤诱导剂 肿瘤细胞主要通过DDR机制抵抗DNA损伤诱导剂的杀伤效应,如果阻断DDR通路,便可极大地增强DNA损伤诱导剂的抗肿瘤功效。基于这个原理,DNA修复抑制剂与各种DNA损伤诱导剂联合治疗的探索性临床试验正在如火如荼地进行。然而,临床试验过程中涌现了许多尚待解决的难点问题,例如,接受奥拉帕尼与卡铂或紫杉醇联合治疗的患者会出现严重的骨髓抑制[37-38];ATM缺失的晚期胃癌患者能从奥拉帕尼与紫杉醇联合治疗中获益[39],但可能由于药物的不良反应导致患者长期生存率没有显著改善(消息来源于Astra在2016年5月18日发布的新闻稿)。因此,我们可以通过挑选药物敏感性基因型的肿瘤患者,以及调整给药剂量、周期或顺序的策略引导肿瘤细胞和正常细胞各自具备不同的药代动力学特征,最终增强药物对肿瘤细胞的特异性杀伤作用而减少其对正常细胞的破坏,确保患者对药物具有较好的耐受性和安全性。

5.2 DNA修复抑制剂联合受体酪氨酸激酶抑制剂 DNA修复抑制剂与受体酪氨酸激酶抑制剂的联合应用表现出非常可观的治疗前景。临床试验发现,BRCA1 mRNA低水平表达的患者接受EGFR抑制剂厄洛替尼(Tarceva;Genentech)治疗后 PFS 显著改善[40]。此外,Ⅰ期和Ⅱ期临床试验均揭示患者能从奥拉帕尼和吉非替尼(Iressa;AstraZeneca)联合治疗中获益[41-42]。近期一项临床前实验证实,受体酪氨酸激酶c-MET抑制剂能够增强PARP抑制剂的肿瘤杀伤效应,因此相关的临床试验正在进行中[43]。另一项临床前实验证实,无论BRCA1/2是突变还是野生型,PI3K抑制剂能降低乳腺癌细胞内BRCA1/2的表达水平并且增强PARP抑制剂的肿瘤杀伤效应[44]。因此,奥拉帕尼与PI3K抑制剂buparlisib(BKM120;Novartis)或 AKT 抑制剂 AZD5363(AstraZeneca)联合治疗的Ⅰ期临床试验正在进行中[45-46]。临床试验的初步评估结果提示,患者对以上联合治疗方案具有较好的耐受性和安全性,最终的疗效评价结果值得期待。

5.3 DNA修复抑制剂联合缺氧相关抑制剂 临床前实验证实,缺氧可引发HR相关基因表达下调,从而导致HR修复功能缺陷[47-49]。Ⅱ期临床试验发现,铂类敏感卵巢癌患者接受泛VEGF抑制剂西地尼布(AZD2171;AstraZeneca)与奥拉帕尼联合治疗后,PFS比仅接受奥拉帕尼单药治疗的患者延长了8.7个月(HR=0.42,95%CI0.23~0.76,P=0.005),常见的不良反应主要有疲倦、腹泻和高血压[50]。然而,BRCA1/2突变的卵巢癌患者接受以上联合治疗方案后PFS无显著改善[50]

5.4 DNA修复抑制剂联合激素信号传导阻断剂 体外细胞实验证实,类固醇激素的胞内信号传导通路参与调控NHEJ相关基因的转录水平,例如PRKDC,从而在NHEJ机制中发挥重要作用[51]。此外,在前列腺癌荷瘤小鼠模型中,PAPR1能够促进雄性激素对TMPRSS2-ERG致癌融合蛋白表达水平的调控;当抑制PARP活性的同时阻断雄激素受体信号传导通路,肿瘤细胞的生长会受到抑制[52]。奥拉帕尼与CYP17抑制剂abiraterone(Zytiga;Janssen Biotech)联合治疗的Ⅱ期临床试验正在进行中。

5.5 DNA修复抑制剂联合免疫检测点抑制剂 DNA修复抑制剂与免疫检测点抑制剂的联合应用也具有很好的治疗前景。临床前实验证实,免疫检测点CTLA-4抑制剂能够增强PARP抑制剂对BRCA1缺陷肿瘤细胞的杀伤作用,奥拉帕尼与CTLA-4抑制剂联合治疗的临床试验正在进行中[53]。此外,Ⅱ临床试验发现,错配修复缺陷的肿瘤患者能从免疫检测点PD-1抑制剂pembrolizumab中获益[54],推断DNA修复功能缺陷导致基因组的突变载量增加,这可能会增强肿瘤细胞的免疫原性,从而极大地提高了免疫治疗的抗肿瘤效应。

6 小结与展望

精确治疗的应运而生引导了现代医学技术的发展趋势。目前,我们能够高效、低成本地筛查出肿瘤组织和正常组织中基因谱的差异,并且实时监测DNA修复基因的突变状态,这一技术既可用于鉴定癌症的家族聚集倾向,又可用来预测DNA修复抑制剂的疗效。随着奥拉帕尼已经被批准临床使用,越来越多的DNA修复抑制剂将如雨后春笋般被研发出来并投入临床试验。然而,需要关注的是:(1)在新药研发阶段,我们仍需充分揭示DNA修复抑制剂的功能机制,以便进一步放大其临床治疗的潜力;(2)在临床试验阶段,我们不能凭借经验主义的主观手段,而必须坚持运用理性和客观的方法,例如通过转化医学研究指导合适患者的选择、合理的给药方式和不良反应的控制;(3)长期使用DNA修复抑制剂对患者产生的远期效应仍不清楚,而有一个共识是癌症患者接受这些抑制剂和化疗药物联合治疗后,如果正常组织中损伤DNA长期得不到修复,会增加患第2种癌症的风险,特别是血液系统恶性肿瘤。总之,在接下来的新药开发和临床试验中,我们不仅可以借鉴PARP抑制剂研发始末的成功案例,还需要意识到在DDR相关信号网络中仍然存在无限的机会。

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