《自然》：颠覆认知！PARP抑制剂杀死癌细胞的机制，我们搞错了

前不久，由瑞士日内瓦大学Thanos D. Halazonetis领衔的研究团队，在《自然》杂志上发表的研究论文表明：PARP抑制剂发挥“合成致死”作用的机制，我们理解错了[1]。

Halazonetis团队发现，在同源重组缺陷的癌细胞中，PARP抑制剂杀死癌细胞的方式是制造转录-复制冲突（TRCs），导致DNA双链断裂；而不是PARP被困在DNA上造成的复制叉受损。

这一发现让我们对PARP抑制剂的“合成致死”作用有了全新的认知，也有助于研究人员进一步改良PARP抑制剂的疗效和副作用。

▲ 论文首页截图

PARP的中文全称是多腺苷二磷酸核糖聚合酶，它发现于60年前[4]。

目前认为，PARP家族有17个成员，其中PARP1和PARP2是唯二具有DNA修复和多聚ADP-核糖基化（PAR化，有助于从DNA上脱落）功能的成员。

作为一种DNA损伤后修复相关蛋白，PARPs在识别到DNA上的单链断裂缺口后，会与DNA结合并激活PARPs的催化活性；随后烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）会与PARPs的活性位点结合，并招募DNA修复蛋白修复受损DNA。

之前的研究认为，PARP抑制剂作用于PARPs之后，会抑制PARPs的催化活性，导致PARPs不能完成PAR化并脱离DNA（被“捕获”），进而造成复制叉受损并出现致死性双链断裂。

作为癌症DNA复制应激领域的专家，Thanos D. Halazonetis注意到一个异常现象：有些研究发现PARP抑制剂对PARPs的抑制能力，与对PARPs的捕获能力的相关性很差。从理论上讲，PARP抑制剂的抑制活性越强，导致PARPs被捕获的能力肯定也越强。

如果二者之间不匹配，说明“合成致死”的背后，肯定还有我们不知道的东西。Halazonetis团队敏锐地抓住了这个问题，并从他们熟悉的转录-复制冲突（TRCs）入手，因为转录-复制冲突也会导致DNA双链断裂，而DNA损伤修复过程中，完全有可能出现这个问题。

Halazonetis团队在查阅相关资料之后发现，PARP1会与一个名为TIMELESS的蛋白相互作用，而TIMELESS和TIPIN极有是可能是哺乳动物细胞保护复制体免遭转录破坏的重要蛋白，因为TIMELESS和TIPIN的近亲Tof1和Csm3在酵母中就发挥这样的作用。

于是他们先在人宫颈癌细胞中证实了TIMELESS和TIPIN抑制转录-复制冲突的作用。如此一来，PARP1极有可能与转录-复制冲突（TRCs）扯上关系。

他们测试了奥拉帕利、talazoparib、veliparib和saruparib，发现这四种PARP抑制剂都会诱发DNA损伤反应，而转录延伸抑制剂（DRB等）会抑制这种反应。简单来说，如果用抑制转录的药物处理癌细胞的话，PARP抑制剂的作用就消失了。这进一步说明，PARP抑制剂导致DNA损伤就是借助于转录-复制冲突（TRCs）。

▲ 抑制转录-复制冲突（TRCs），就抑制了PARP抑制剂带来的DNA损伤

随后，Halazonetis团队又做了一系列实验，证实PARP抑制剂确实会导致转录-复制冲突（TRCs）。

接下来的问题是，PARP抑制剂是不是通过促进PARPs的捕获导致了转录-复制冲突呢？

于是，他们探索了PARP抑制剂的活性、PARPs的捕获水平，以及转录-复制冲突依赖性DNA损伤反应水平，三者之间的关系。他们发现，PARP抑制剂的活性与PARPs的捕获水平并不十分相关，而是与转录-复制冲突依赖性DNA损伤反应水平密切相关。

基于PARP1和PARP2敲除的研究还发现，敲除PARP1以依赖转录伸长的方式诱导了DNA损伤反应，而敲除PARP2则没有这种影响。这些结果表明，PARP抑制剂是通过抑制PARP1的活性诱发转录-复制冲突，进而导致DNA损伤，而与PARPs的被捕获无关，因为敲除PARP之后，它们就无法被DNA捕获，也就不可能由此导致复制叉受损。

▲ 三者的相关性

后续的机制研究表明，PARP1会向TIMELESS和TIPIN发出即将发生转录-复制冲突的信号，暂停复制体，直到转录-复制冲突被解决。如果PARP1→TIMELESS/TIPIN这条线失灵了，转录-复制冲突就会发生，并导致DNA损伤，需要启动同源重组修复；如果同源重组修复不幸也失灵了，癌细胞就只有死路一条了。

至于PARP抑制剂导致的PARPs被DNA捕获这一问题，Halazonetis团队发现，仅仅抑制PARP1酶活性就足以诱导同源重组缺陷细胞的死亡。这说明，PARP抑制剂诱导的PARPs捕获并不是必要的。此外，鉴于PARPs捕获与细胞毒性有关，他们还认为降低捕获潜能可减少PARP抑制剂的毒性，而不影响疗效。

总的来说，Thanos D. Halazonetis团队的这项研究成果，让我们对PARP抑制剂“合成致死”的机制有了全新的认知。更重要的是，这一分子层面机制的发现，对于未来新型PARP抑制剂的研发提供了指导，也为与同源重组缺陷具有“协同致死”效果的新药研发提供了新的可选靶点。

[1].Petropoulos M, Karamichali A, Rossetti GG, et al. Transcription-replication conflicts underlie sensitivity to PARP inhibitors. Nature. 2024;628(8007):433-441. doi:10.1038/s41586-024-07217-2