卵巢癌治疗热门药物：PARP抑制剂的作用机理解析

卵巢癌 PARP抑制剂

摩熵医药（原药融云）

2022/05/26

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卵巢癌作为妇科肿瘤死亡率最高的恶性肿瘤，早期缺少明显症状，即使有症状也不特异，大部分患者在首次确诊时已是中晚期，卵巢癌的诊断5年后生存率仅为47%，死亡率与发病率的比率大于0.6，又被称为“沉默的杀手”。

相关数据显示，全球每年新增卵巢癌病例接近30万，死亡人数达14万。其中2020年卵巢癌新发病例31万例，中国6万例，卵巢癌成为女性较为高发的凶险癌种，晚期卵巢癌的复发率高达85%，严重威胁着全球女性的生命健康。

浸润性上皮卵巢癌5年生存期

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

但近几年来，随着多聚ADP核糖聚合酶（PARP）抑制剂的问世和临床应用，卵巢癌的治疗进入了一个全新的治疗模式，从以往的“手术+化疗+观察等待”模式进入到了“手术+化疗+维持治疗”的全程管理模式，使得卵巢癌治疗突破瓶颈，并迈入了精准治疗时代。

那么PARP抑制剂究竟是一种什么样的物质，如何发挥作用？本篇文章我们就来介绍一下PARP抑制剂及其作用机理。

一、DNA损伤修复的重要机制

DNA 作为细胞生命活动最重要的遗传物质，保持其分子结构的完整性和稳定性对于细胞的存活和正常生理功能的发挥具有重要意义。而人体内的细胞DNA每天都会经历各种类型的损伤，因此这些损伤需要及时的修复才能确保人体细胞功能的正常运行。

于是细胞建立了一套复杂而精确的调控机制来应对这些损伤，主要包含：单链断裂、碱基错配、碱基损伤、双链断裂、链间交联、链内交联等损伤类型。

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

当DNA出现以上各种损伤类型，细胞能启动六条修复通路来分别应对不同形式的损伤：

（1）直接修复（direct repair ，DR）通路，修复O6-烷基鸟嘌呤引起的损伤

（2）碱基切除修复（base excision repair，BER）通路，针对氧化还原或烷基化引起的碱基损伤

（3）核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）通路，修复辐射、化学药物或蛋白-DNA 交联引起的核苷酸水平的损伤

（4）碱基错配修复（mismatch repair，MMR）通路，纠正错配碱基

（5）同源重组修复（homologous recombination repair，HR）

（6）非同源的末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）

二、DNA损伤修复与肿瘤的发生

1.DNA损伤修复缺陷驱动肿瘤发生

相较于正常组织，过度增生、增生异常及肿瘤组织中DNA损伤显著增多，增殖水平更高，凋亡基因P53失活，而驱动基因被激活，导致DNA复制压力增大及DNA 损伤尤其是双链DNA损伤增高，一方面通过ATM（ataxia telangiectasia mutated，共济失调毛细血管扩张突变）和ATR（ataxia telangiectasia and Rad3-related）等感知损伤启动DNA损伤修复机制并激活抑癌基因P53，诱导细胞凋亡；另一方面DNA损伤积累（尤其在DNA损伤修复缺陷时）引起基因组的不稳定，诱发新的促进肿瘤发生的基因突变，最终由正常组织发展为癌症。

2.DNA损伤感受器蛋白的药物靶向治疗

DDR（DNA damage response，DNA损伤应答）对修复通路的激活和细胞存活至关重要，而对多种DNA损伤做出应答的DDR感受器蛋白是启动修复的关键，PARP-1是一种关键DNA损伤感受器蛋白。

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

3.DNA损伤信号蛋白的药物靶向治疗

DDR信号蛋白触发各种使DNA损伤信号放大和多样化的翻译后修饰和蛋白复合物装配，以便能够启动适当的应答，并且能够包括：转录变化、细胞周期检查点激活、选择性剪接、参与DNA修复过程，或在大规模损伤的背景下，激活细胞衰老和凋亡通路。

以此通路为靶点的新药物的主要蛋白有：DNA-PK、ATM、ATR、CHK1、WEE1。

4.DNA损伤应答(DDR)联合策略

在许多类型的癌症中，有效应对DNA损伤的能力往往会丧失，DDR抑制剂可与以其他DDR蛋白或完全不同的信号通路为靶点的药物联合使用，目的是阻断癌细胞赖以生存的多种通路。

三、PARP抑制剂的作用机制

近年来，合成致死已成为肿瘤治疗领域的研究热点之一，而PARP抑制剂是首个利用合成致死概念在临床上取得成功的药物。同时，由于其药效显著，在多种肿瘤尤其是难治性的乳腺癌、卵巢癌等具有出色的表现，明显提高患者的生存质量，具有广阔的应用前景。

1.合成致死疗法

DNA损伤修复机制是诺奖级别的发现，2015年，瑞典、美国、土耳其三位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar因发现DNA损伤修复的获得了诺贝尔化学奖。

DNA分子损伤通常有两种形式，一种为DNA单链断裂，一种为DNA双链断裂。DNA分子的单链发生损伤时，主要由聚ADP核糖聚合酶（PARP）、XCCR1和DNA连接酶IIIa完成修复。

PARP抑制剂作用机制

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

讲到PARP势必会提到BRCA，那么BRCA是什么呢？常说到的BRCA1/2基因是抑癌基因，两个基因表达的蛋白都是细胞内用来修复DNA损伤的，对调节细胞复制、DNA损伤修复和细胞正常生长有重要作用。

PARP的作用机制：如果PARP基因被抑制，患者体内BRCA基因突变使得同源重组修复无法正常的进行，最终会使得细胞凋亡。因此，BRCA和PARP满足了合成致死的定义，当BRCA基因突变时，DNA修复途径将依赖于PARP-1酶，而PARP抑制剂使得DNA无法修复最终凋亡，患者使用PARP抑制剂有望起到杀伤肿瘤的作用。但在正常细胞中有BRCA存在仍能修复DNA使得细胞存活，所以PARP抑制剂可作为靶向药物，选择性杀死BRCA突变细胞。

据药融云数据显示，2014年阿斯利康的奥拉帕利获FDA批准用于BRCA突变卵巢癌三线及以上治疗，成为全球首个按合成致死理念设计并获批的PARP抑制剂。此后多个PARP抑制剂获批上市，PARP抑制剂已成为乳腺癌、卵巢癌等疾病药物研发的热门方向，与其他疗法联合上也很有前景，是国内药企的热门研究领域。

2.PARP-1抑制剂捕获PARP-1的能力与其抑制肿瘤细胞的活性正相关

PARP抑制剂作用机制：PARP抑制剂基本为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）类似物，其分子作用机理是通过与NAD+竞争性结合PARP酶的催化域活性位点从而抑制PARP酶活性。

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

（1）PARP-1抑制剂通过与PARP-1的CAT（catalytic domain，C端催化域）竞争性结合，抑制其催化活性，使SSB（single strand break，单链断裂）得不到及时修复，产生DSB（double strand break，双链断裂）；

（2）PARP-1抑制剂通过抑制PARP-1的自身PAR（poly ADP ribosylation，聚-ADP核糖基化）修饰、与CAT结合导致PARP-1变构，增强 PARP-1与损伤DNA的结合强度，将 PARP-1“捕获”于损伤DNA上，使细胞核中其他PARP-1 难以与损伤DNA结合，进一步阻断DSB的可能修复途径，促进细胞凋亡。

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

四、PARP家族分类及其主要功能

Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) ，聚腺苷二磷酸核糖聚合酶，是参与聚腺苷二磷酸核糖（poly(ADP-ribose)，PAR）合成的酶，即一种ADP-核糖通过核糖基化-核糖键相连的多聚体。

1.PARP家族分类

（1）依据结构和功能的不同

①　DNA依赖性PARPs：包括PARP1，PARP2，和PARP3

②　端锚聚合酶（TankyRASe）：包括PARP5a（TankyRASe 1），PARP5b（Tankyrase2）

③　CCCH（即Cys-Cys-Cys-His）PARPs：包括PARP7，PARP12，PARP13

④　macroPARPs：包括PARP9，PARP14，PARP15

⑤　其它PARPs：PARP4、 PARP10、 PARP11、 PARP6、 PARP8、 PARP16

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

（2）依据修饰基团是ADPR单体（MAR）还是其聚合物（PAR））

①　单ADP-核糖化（mono ADP-ribosylation, MARylation）：家族中的大多数其他酶只能构建单个ADP核糖（ADPribose）单元，因此被归类为mono(ADP-ribosyl)ases（MARs），即，单ADP核糖化酶；

②　聚ADP-核糖化（poly ADP-ribosylation, PARylation）：PARP家族中，PARP1、PARP2、PARP5A和PARP5B能够合成多个ADP核糖单元，即，聚ADP核糖化酶。

2.PARP家族主要功能

PARP家族包括18个成员参与许多细胞过程，它们的催化区域具有同源性，但在细胞功能中发挥的功能差异很大。

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

（1）PARP家族蛋白功能

①　细胞黏连和运动

②　精子形成

③　细胞膜及细胞核形成

④　先天免疫

⑤　转录调控

⑥　细胞应激反应

⑦　染色体结构重塑

（2）病理学功能

①　促进炎症发生

②　抵抗衰老

③　肿瘤治疗的靶基因

3.最典型的PARP家族成员PARP-1

PARP-1抑制剂的靶向治疗是现阶段国内外研究的热点之一。PARP-1是最典型的PARP家族成员，在PARP家族中发挥90%以上的功能，由 1014个氨基酸残基组成，包括3个结构域，N端DNA结合域( DBD) 、中间自调节域( AD) 、C 端催化域( CAT) 。

PARP1蛋白的多种功能

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

其中N端DNA结合域包括3个锌指基序和DNA链断裂敏感元件( NLS) 。ZnⅠ，ZnⅡ识别损伤 DNA，ZnⅢ参与结构域之间的联系，活化蛋白。中间自调节域包括一个BRCA1的羧基端(DNA修复和细胞信号转导) 并有Capase-3酶切功能。C端催化域包括一个富含色氨酸-甘氨酸-精氨酸域(WGR)、α螺旋结构域(HD)ADP核糖转移酶结构域(ART)。

PARP1蛋白结构示意图

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

PARP-1 的功能及作用机制：

①　参与 DNA 损伤修复：PARP-1介导的碱基切除修复（BER）在DNA单链损伤中发挥主要作用

②　作为细胞凋亡信号

③　参与基因转录调控

PARP家族信息汇总

图片来源：药融云《多聚ADP核糖聚合酶（PARP）靶点市场及研发分析报告》

资料来源：

[1] Postel-Vinay S , Vanhecke E , Olaussen K A , et al. The potential of exploiting DNA-repair defects for optimizing lung cancer treatment[J]. Nature Reviews Clinical Oncology, 2012, 9(3):144-155.

[2] Jianfang, Liu, Tara, et al. [J]. Cell, 2018, 173(2):400-416.e11.

[3] Andrea Marchetti[J]. Cancers,2022

[4] Iain A. Richard. [J]. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022

[5] Min A , Im S A . [J]. Cancers, 2020, 12(2)

[6] Rouleau M , Patel A , Hendzel M J , et al. [J]. Nature Reviews Cancer, 2010

[7] Min A , Im S A . PARP Inhibitors as Therapeutics: Beyond Modulation of PARylation[J]. Cancers, 2020, 12(2)

结语：

目前，PARP抑制剂作为一线维持治疗药物完成了多项Ⅲ期临床随机对照试验，疗效显著，无论是在一线维持治疗还是铂敏感复发维持治疗阶段，PARP抑制剂都能显著延长卵巢癌患者无进展生存（PFS）期。

据药融云数据统计，目前国内有4种PARP抑制剂已获批上市，分别是奥拉帕利、尼拉帕利、氟唑帕利和帕米帕利。虽然这四种PARP抑制剂有着类似的抗肿瘤机制，但由于化学结构彼此相去甚远，因此药理特性存在显著的不同。

充分了解PARP抑制剂的作用机理，尤其是PARP捕获，对其在其他瘤种中开展的临床研究及开发下一代PARP抑制剂并拓展其适应症将会有巨大的意义。

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