Sci Adv：北京大学王嘉东/王维斌锁定癌症“阿喀琉斯之踵”，靶向R-loop清除酶REXO4，可一石二鸟——增敏化疗并唤醒抗肿瘤免疫
来源：iNature 2026-02-28 09:43
本研究提出了一种内切/外切切割偶联的R-loop加工模型，为理解R-loop相关的基因组不稳定性、抗肿瘤免疫与肿瘤之间的联系提供了新的见解。
R-loop代谢与基因组稳定性和肿瘤密切相关。
2026年2月18日, 北京大学王嘉东和王维斌共同通讯在Science Advances 在线发表题为R-loop processing via REXO4-RNaseH1–mediated endo- and exo-cleavage coupling mode prevents genome instability and antitumor immunity的研究论文。
该研究鉴定了一种核酸外切酶REXO4，其与RNaseH1核酸内切酶以“内切/外切切割偶联”方式协同降解R-loop。具体而言，REXO4通过其3′–5′核酸外切酶活性，直接降解R-loop中的RNA链（从末端或内部切口起始），并增强RNaseH1的内切酶活性。REXO4调控的全基因组R-loop区域与RNaseH1调控的区域高度重叠，且过表达REXO4可抵消由RNaseH1缺陷引起的全基因组R-loop积累。
REXO4缺陷的肿瘤表现出更高的R-loop突变负荷，并且肿瘤患者来源的REXO4催化区突变均损害其R-loop切割活性。同时，作者鉴定出一种能够抑制REXO4核酸酶活性的化合物17（命名为REXO4-IN-17）。干扰REXO4可提高肿瘤细胞对烷化剂和G4稳定类化疗药物的敏感性，并激活cGAS介导的抗肿瘤免疫。
因此，本研究提出了一种内切/外切切割偶联的R-loop加工模型，为理解R-loop相关的基因组不稳定性、抗肿瘤免疫与肿瘤之间的联系提供了新的见解。
转录是细胞中一项重要的生理过程，人类基因组中高达80%的区域可能具有转录活性。作为转录的副产物，R环是一种三链核酸结构，由新生RNA与DNA模板链杂交，并置换出非模板链形成单链DNA（ssDNA）所构成。
基因组数据显示，R环或RNA-DNA杂交体广泛存在，约占基因组的5%至10%。R环在多种细胞过程中具有关键的生理功能，例如抗体类别转换、DNA复制、基因转录与表达等。同时，R环或RNA-DNA杂交体在DNA双链断裂（DSB）修复中也发挥积极或消极的作用。
DSB位点的RNA-DNA杂交体有助于募集下游DNA损伤修复因子。在转录活跃区域，DSB诱导形成的R环通过促进BRCA1的募集来启动DNA末端切除，从而促进同源重组（HR）修复，并且DSB处的RNA-DNA杂交体还能保护3′突出端DNA。
此外，R环通过促进DR环的形成来增强HR介导的DSB修复。另一方面，某些R环解离因子（如DHX9和HNRNPD/SAF-A）的缺失会导致RNA-DNA杂交体积累，从而损害诱导性DSB处的DNA末端切除。当R环异常积累时，它们还可通过转录-复制冲突（TRC）、染色质凝集以及过度的ssDNA暴露，引发复制应激和基因组不稳定性，这可能是包括癌症在内的多种疾病易感性的基础。
此外，研究发现失调的R环能够激活免疫应答，它们是免疫原性核酸副产物（包括ssDNA和RNA-DNA杂交体）的来源之一。因此，探索R环的精确调控机制对于理解基因组不稳定性的来源以及相关疾病的发生与治疗具有重要意义。
黑色素瘤是一种起源于黑素细胞的恶性肿瘤，是皮肤癌中致死率最高的类型。由于黑色素瘤是突变负荷最高的实体肿瘤之一，且癌细胞具有逃避免疫系统的能力，其治疗面临巨大挑战，表现为对化学治疗的高度耐药性和总体较低的免疫应答率。
先前研究表明，R环的形成增强了黑色素瘤细胞对ATR/Chk1抑制剂（ATRi/Chk1i）的敏感性。近期，一项利用预后相关R环调控因子构建的R环评分模型揭示了R环与黑色素瘤免疫微环境及治疗反应之间存在紧密联系。然而，R环在黑色素瘤发生发展中的作用尚不明确，能否利用这一机制提高黑色素瘤化学治疗和免疫治疗的疗效值得进一步研究。
模式流程图（图片源自Science Advances ）
细胞已进化出多种机制来防止异常R环形成或清除过量的R环。转录产生的新生RNA是R环形成的先决条件。因此，已报道多种参与转录的RNA结合与加工因子[例如SRSF1和THO复合物]能够阻止R环形成，其机制包括避免新生RNA与DNA模板链配对、促进染色质凝集、RNA包装及输出等。
如果R环或杂交体已经形成，细胞可利用RNA-DNA解旋酶（如UAP56/DDX39B、SETX和AQR）来解旋这些结构。R环也可被核酸酶直接降解。能够直接降解R环中RNA链的核酸酶包括内切核酸酶（如RNaseH1、RNaseH2和DICER），以及近期报道的外切核酸酶TATDN2。那么，内切核酸酶与外切核酸酶在降解R环时是否存在关联？此外，单独依靠内切核酸酶或外切核酸酶可能无法高效清除R环。
内切核酸酶RNaseH1作为一种经典的、普遍存在的R环调控因子，负责解离广泛分布于基因组的R环，其对R环中特定核苷酸位点的切割偏好性凸显了外切核酸酶参与后续处理切口RNA的必要性。然而，是否存在某种外切核酸酶能够以“内切-外切切割偶联”的方式与RNaseH1互补协作，从而更高效地降解全基因组范围的R环，目前尚不清楚。
在细胞内，与单独使用内切核酸酶或外切核酸酶相比，内切核酸酶与外切核酸酶的协同作用通常被认为是降解核酸的一种高效方式。例如，在HR修复过程中，DSB处的DNA末端切除就是由DNA内切核酸酶MRE11-RAD50-NBS1（MRN）复合物与DNA外切核酸酶DNA2/EXO1以“内切-外切切除协作”的方式高效完成的。
这种经典且广为人知的DNA末端切除模式可能同样适用于R环的处理。因此，进一步探索降解R环的内切核酸酶与外切核酸酶之间是否存在联系，以及是否存在一种高效的“内切-外切切割偶联”模式来处理R环，具有重要价值。
为解答上述问题，作者利用催化失活型RNaseH1进行了R环邻近蛋白质组学筛选。作者鉴定出一种属于DEDDh家族3′-5′外切核酸酶的REXO4，它能够直接降解R环。DEDDh家族成员参与多种细胞过程，如胞质DNA清除和RNA代谢等。作者发现，REXO4缺失会导致R环显著积累。
REXO4能够从3′端或内部切口直接降解R环中的RNA链。同时，REXO4还能刺激RNaseH1对R环的内切核酸酶活性。DNA-RNA免疫沉淀测序（DRIP-seq）和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）结果显示，受REXO4调控的R环区域与受RNaseH1调控的区域高度重叠。
过表达REXO4可抵消因RNaseH1缺失引起的R环积累。此外，REXO4缺陷和RNaseH1缺陷的肿瘤均表现出显著升高的R环突变负荷。肿瘤患者来源的REXO4酶活区突变均显示出R环切割活性降低。作者还发现，干扰REXO4能使肿瘤细胞对烷化剂和G4稳定剂类药物更敏感。
另外，REXO4能够抑制R环依赖的cGAS通路激活，并且REXO4抑制剂可在体内抑制肿瘤生长。总之，本研究揭示了一种机制，即REXO4与RNaseH1以“内切-外切切割偶联”的方式高效处理全基因组R环，并建立了该机制与R环相关的基因组不稳定性、抗肿瘤免疫以及肿瘤之间的潜在联系。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb4937
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