陈峰和川口康夫和Masakazu Toi1
接收日期：2019年8月14日
接受日期：2019年12月19日
日本乳腺癌学会2020

• 摘要

细胞DNA不断受到内源性和外源性因子的攻击，导致DNA损伤。在长期的进化过程中，细胞形成复杂的DNA损伤修复防御系统，以维持基因组的稳定性。DNA损伤修复过程中的缺陷可能导致各种疾病，包括肿瘤。因此，DNA损伤修复系统已成为一种新的抗肿瘤药物靶点。迄今为止，许多与DNA损伤修复系统相关的抑制剂已经被开发出来，特别是对于BRCA1和BRCA2突变的肿瘤。由合成致死性开发的聚ADP核糖聚合酶抑制剂广泛应用于个体化肿瘤治疗。在这篇综述中，我们简要介绍了DNA损伤修复的机制，特别是在乳腺癌中，并且主要关注针对乳腺癌DNA损伤修复途径的新疗法。
DNA损伤修复；BRCA1/2parp抑制剂；合成杀伤力

• 介绍

乳腺癌是最常见的癌症，通常是发达国家和发展中国家妇女癌症相关死亡率的主要原因。据世界卫生组织（WHO）的数据，估计在2018有超过2000000个新病例，超过600000的患者死于乳腺癌，约占女性癌症死亡的15%。为了提高乳腺癌患者的预后和生存率，正在探索和研究新的有效治疗策略。以往的研究表明，DNA损伤修复（DDR）机制在乳腺癌的发生、发展和治疗效果中起着重要作用。近年来，一些临床和临床前研究证明，DDR途径抑制剂可能延长无进展生存期（PFS）或总生存期（OS）[1]。

• DDR的机制

DDR系统通过修复内源性和外源性因素引起的不同类型的DNA损伤（如单链断裂、嘧啶二聚体、a-G或T-C错配、DNA链间交联和双链断裂）来维持基因组的完整性和稳定性，在哺乳动物细胞防御机制中发挥着重要作用。不同的DNA修复机制涉及不同类型的损伤，包括碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）、同源重组修复（HRR）和非同源末端连接（NHEJ）[2，3]。DNA双链断裂（DSBs）是最严重的DNA损伤，可以通过HRR和NHEJ修复。DDR系统对预防肿瘤发生至关重要（图1）。DDR基因表达缺陷和基因组不稳定与乳腺癌的高风险相关，是乳腺癌发生和发展的重要原因[3，4]。治疗性靶向DDR治疗的发展显著提高了有缺陷DDR患者的PFS。靶向HHR缺陷的Poly（AdPbBoSE）聚合酶（PARP）抑制剂实现了最深刻的益处。

image.png

DNA损伤类型及其修复途径。内源性和外源性因素可能导致不同类型的DNA损伤。其中一些是与DDR机制和相关蛋白相匹配的例子

• 乳腺癌的DDR

乳腺癌的遗传易感性主要是由BRCA1或BRCA2的种系突变引起的[5]。研究表明50-80%的遗传性乳腺癌病例与这些突变相关。虽然体细胞BRCA1突变很少发生在非遗传性乳腺癌患者中，但有30%的患者由于BRCA1启动子甲基化或功能失调的上游通路（调节BRCA1表达）而表现出低水平的BRCA1。积累的研究表明，BRCA1参与了DSBs的5′-3′切除形成3′ssDNA悬突和RAD51在ssDNA上的负载过程。另一方面，BRCA2蛋白可能在HR中将Rad51装载到ssDNA上。Holstege和他的同事发现56-100%的TP53突变发生在BRCA1相关的遗传性乳腺癌中，这表明这两种突变对家族性乳腺癌的发展具有协同作用[8]。提出了BRCAness的概念来描述这一现象，并对近十年来BRCAlike表型进行了解释。最近的研究改进了BrCANESS型的概念，这提高了我们对BrAcess和PARP抑制剂抗性的理解。BRCAness是指单个基因中损害HRR的缺陷，而不仅仅是BRCA1或BRCA2突变。在HR中涉及的ATM、ATR、CDK12、CHEK2和FANCA等基因的丢失或丢失也被认为是BrAcess基因，并可能改变PARP抑制剂和铂的治疗效果〔9〕。对BRCAness基因的重新评估推动了针对HRR功能障碍的癌症治疗方法的改进。先前的研究发现PALB2突变发生在遗传性乳腺癌也增加了患乳腺癌的风险。此外，先前的发现表明，PALB2是一个乳腺癌易感基因，有助于BRCA2修复DSB[3]。
许多研究已经确定了乳腺癌易感基因，包括ATM、ATR、DNA-PKcs、BRIPS、CHK1和RAD51，这些基因可能在不同程度上增加乳腺癌发展的风险，但上述乳腺癌易感基因除外。当这些基因功能失调时，由于DDR缺乏，乳腺癌的易感性增加。我们在表1中总结了乳腺癌中DDR功能的基因/蛋白质。

• 乳腺癌DDR途径靶向治疗的新途径

由于个体损伤修复能力差异的分子遗传学基础，DDR基因多态性不仅是乳腺癌的遗传易感因素，而且为乳腺癌靶向治疗提供了新的途径，已成为当前医学研究的热点。
DDR抑制剂用于靶向参与受损DNA修复或与修复蛋白相互作用的分子。美国食品和药物管理局（FDA）已经批准了几种药物用于临床治疗，如奥拉帕里和他唑帕里。一些有前途的抑制剂也经历了临床或临床前试验[1]。我们在表2中总结了DDR抑制剂在乳腺癌临床或临床前发展中的作用

• PARP抑制剂（PARPI）
• 帕皮函数

先前的研究结果表明，当一个DNA修复途径在肿瘤中有缺陷时，其他修复途径的抑制可能导致合成杀伤性[25，26]。在合成致死理论中，即使参与DDR途径的两个特定基因中有一个功能失调，细胞也可能存活。然而，当这两个基因同时被抑制时，细胞死亡可能会被诱导[27]。一个临床应用涉及用聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）抑制剂有效治疗BRCA1和/或BRCA2突变的乳腺癌。PARP-1是DNA单链断裂的BER途径的关键因素〔25, 28〕。PARP-1抑制剂可能抑制PARP的BER功能，导致未修复的单链断裂的数量增加，从而导致折叠复制叉的形成和DSB〔29〕的形成。缺乏BRCA1和/或BRCA2的细胞不能修复DNA损伤并发生凋亡。因此，含有BRCA1／2突变的乳腺癌患者受益于PARP-1抑制剂的治疗[ 26 ]。此外，以往的研究表明BRCA1突变与TP53突变密切相关。大多数BRCA1相关的乳腺癌有TP53突变。因此，聚二磷酸核糖聚合酶抑制剂不仅可用于治疗BRCA1相关的乳腺癌，还可用于选择性靶向P53缺陷细胞[8]。有一些临床前证据表明PARP抑制剂在BRCA1／2突变携带者之外的乳腺癌患者中表现出较强的治疗效果[ 30 ]。此外，PARP和PD-L1/PD1免疫检查点轴之间的串扰已经被证明，并且证据支持联合PARPIPD-L1/PD1免疫检查点阻断（ICB）作为乳腺癌的潜在治疗[31 ]。PARPI作为一类潜在的高效和毒性较低的药物，为BRCA1/BRCA2种系突变相关的乳腺癌提供了一种前景化、针对性的治疗方法，为乳腺癌的其他基因突变提供了一种新的治疗策略。

• 临床或临床前试验进展

美国FDA已经批准了几种PARPI用于临床治疗。迄今为止，试验表明，奥拉帕立比标准化疗更能延长转移性HER2阴性乳腺癌患者的PFS，降低死亡风险。2018年1月，美国食品和药物管理局（FDA）批准奥拉帕林口服片治疗gBRCA突变和HER2阴性转移性乳腺癌患者[34]。广泛的临床前研究表明，尼拉帕利作为口服帕皮，类似于奥拉帕利，可以抑制肿瘤生长的模型与BRCA或PTEN功能障碍。临床试验也报道了尼拉帕瑞与BRCA突变患者或散发性癌症患者的抗癌活性相关[35]。最近的III期试验表明，在BRCA突变的转移性乳腺癌患者中，他拉唑帕利也可能比单药化疗延长PFS[36]。维利帕利，另一种口服帕皮，可能通过血-脑屏障，正在研究在I期-III期临床试验。试验还表明，额外的veliparib联合替莫唑胺（TMZ）或卡铂/紫杉醇治疗可改善转移性乳腺癌和BRCA突变携带者的临床预后[37，38]。另一项研究报告称，在TNBC患者中，veliparibcarboplatin加标准疗法比单纯标准疗法更有效[39]。TNBC患者对PARP抑制剂治疗相对敏感的原因可能是BRCA突变的乳腺肿瘤更可能具有TNBC表型。在最近的一项研究中，BRCA1样乳腺癌患者对PARPI治疗与化疗结合显示出有效的反应。这一发现标志着临床治疗的重大进展。不仅有BRCA突变的乳腺癌患者，其中大部分是TNBC，而且有BRCA样特征的乳腺癌患者，如 :

image.png

image.png

一些DDR抑制剂已经进行了临床和临床前试验，其中大多数已经证明了它们在治疗乳腺癌方面的益处；其他的研究正在进行中
PARPi Poly（ADP-核糖）聚合酶抑制剂、ATMi ATM serine /苏氨酸激酶抑制剂、ATRi ATR serine /苏氨酸激酶抑制剂、DNAKKCSI DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位抑制剂、BRCA乳腺癌基因、XRCC1 X射线修复交叉互补蛋白
1，PTEN磷酸酶和张力蛋白同源物
作为HR阳性的亚型，HER2阴性，受益于PARPI治疗〔40〕。BRCA1相关癌症和散发的三阴性肿瘤都具有高度的基因组不稳定性，这意味着修复DNA损伤的能力受损。BRCA1相关肿瘤和散发性三阴性肿瘤均为典型的高级别肿瘤，且常有p53抑癌基因突变。先前的研究表明，PARPI-7、BRCA1IN和MP2签名可作为生物标志物来预测PARPI治疗与乳腺癌患者联合化疗的反应，这对个体化治疗的临床决策有影响[ 41 ]。一些临床试验发现，在gBRCA突变的乳腺癌患者中，静脉注射（i.v.）或口服rucaparib没有客观反应率（ORR）；但是，一些患者实现了疾病控制[42，43]。
基于广泛报道的临床前和临床数据，很明显PARPI，包括奥拉帕利、尼拉帕利、Talasopabb、VeliPARIB和Rucabib，是有效的靶向药物，单独或联合化疗，对于乳腺癌和其他延长PFS的肿瘤，降低死亡风险，稳定疾病。

• 抗PARPI的机制

先前和最近的研究，包括临床前试验和临床病例报告，已经提出了几种可能的抗PARP抑制剂的机制，可分为不同的类型。
最广泛报道的解释是，对PARPI的抗性与通过次级突变恢复同源重组修复功能相关[44 - 47 ]。尽管已经报道了导致HRR功能恢复的几种不同机制，但最被认可的解释是BRCA1/2功能的恢复是通过遗传事件发生的，遗传事件失去了由原始突变引起的移码并恢复了开放阅读框（ORF），导致功能性全长蛋白的表达，或通过遗传突变的遗传逆转而导致全长野生型蛋白的表达[48]。
BRCA1或RAD51启动子的去甲基化可以部分地赋予PARPI抗性。一些患者具有BRCAness表型，这是由于BRCA1或RAD51C启动子的高甲基化，导致这些基因的mRNA和蛋白表达较弱。通过BRCA1或RAD51C启动子高甲基化的丧失以及mRNA和功能蛋白表达的恢复，可以迅速获得对治疗的抵抗力[49]。
其他耐药机制包括癌细胞依赖于PARP和通过细胞生长途径增加细胞内信号〔45〕。虽然在PARPi monotherapy（或与化疗结合）中对PARPI的耐药机制似乎已经被阐明，但是在一些BRCA突变患者中，初级耐药的机制仍不清楚，这些患者没有从PARPi获益。

• ATM抑制剂（ATMi）和ATR抑制剂（ATRi）

ATM和ATR基因是DSB修复的HR通路的关键组成部分。ATM参与了DSB修复的启动，DSB修复通过暴露的DNA双链末端被激活并被招募到这些末端。ATM通过磷酸化几个关键蛋白触发细胞周期检查点[50]。ATR是磷酸肌醇3激酶（PI3K）相关蛋白激酶家族的成员。ATR在许多方面与ATM具有生化和功能上的相似性（并相互协作）。然而，ATM和ATR在DDR[51]中具有重叠但非冗余的功能。
新出现的临床前试验表明，BRCA1缺陷乳腺癌细胞对ATMi单独和联合顺铂敏感[52]。临床前也有报道ATM抑制剂诱导XRCC1缺陷细胞的合成杀伤作用。先前的研究表明，XRCC1是SSB修复BER的关键组成部分，而NHEJ是DSB修复BER的备份[23]。最近的临床前研究表明，ATM抑制剂对PTEN缺乏的乳腺癌细胞具有协同抗肿瘤活性，并有助于PTEN缺乏的细胞对顺铂的快速敏感性[53]。
AZD6738是ATRi的口服制剂，据报道与顺铂合用对HER2阳性乳腺癌细胞具有合成杀伤作用[54]。虽然ATR抑制剂已经进入早期临床试验，但目前可用于乳腺癌的信息有限。
总之，这些研究结果表明ATM和ATR是DSB修复的重要调节因子，并且表明强效ATMi和ATR单独或与化疗联合使用，都可能导致特定基因缺陷细胞的合成性死亡。然而，对ATM和ATR基因在乳腺癌中的作用的研究尚处于临床前阶段，还有待于进一步研究和回答。在乳腺癌的临床研究中也很少有ATMi和ATRi的报道。

• DNA-PKcs抑制剂（DNA-PKcsi）

DNA-PKcs（DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位）是磷脂酰肌醇3激酶相关激酶（PIKK）家族的另一个重要成员，与PI3Ks（磷脂酰肌醇3激酶）具有相似的序列，在DSB修复所需的NHEJ通路中起着重要作用。
临床前研究结果表明，BRCA1基因缺陷的乳腺癌细胞对DNA-PKcsi的敏感性高于BRCA1基因缺陷的乳腺癌细胞。先前的研究也提供了证据，证明DNA-PKcs抑制剂对BRCA1缺陷细胞具有合成杀伤作用[52]。临床前研究证实DNA-PKcs抑制剂可导致XRCC1缺陷细胞的合成致死[23]。此外，DNA-PKcsi在常规放射治疗中被认为可以增强肿瘤细胞的放射敏感性[55]。
最近一项研究报道雷公藤甲素是一种新的抗癌药物，从雷公藤属植物中提取，通过下调XRC1/PARP1的水平来抑制肿瘤生长，从而干扰SSB修复和BER途径，从而在三阴性乳腺癌（TNBC）的情况下对顺铂起到敏化作用。此外，雷公藤内酯醇可能通过降低RAD51的表达来调节HR通路[56]。

• 结论和观点

大量的数据表明，DDR系统在乳腺癌的发生、发展、预后、治疗等方面起着至关重要的作用。针对DDR通路的临床试验，例如典型的PARP抑制剂，揭示了DNA损伤反应抑制剂延长PFS或OS。然而，预测哪些病人会有有效的反应是有困难的。因此，对DDR机制的进一步研究可能有助于更好地了解乳腺癌（及其他肿瘤）的病因，从而支持针对个别患者的特异性靶向治疗的设计。