Nat Cell Biol | 复制压力下的生死抉择：RPA耗竭激活SLFN11凋亡通路

撰文|易

DNA复制过程不断受到内源性和外源性损伤的挑战，而细胞依赖一套复杂的DNA损伤应答与耐受机制来维持基因组的稳定性。其中，复制压力是导致复制叉停滞和基因组不稳定的主要来源。为应对停滞的复制叉，细胞可采用多种策略，包括由引物酶-聚合酶PrimPol介导的“再起始”机制，该机制能在损伤下游重新启动DNA合成，从而避免过长的单链DNA积累。然而，尽管PrimPol在体外和部分细胞内被证明能绕过多种损伤，但其在整体细胞存活中的作用，特别是在面对顺铂等化疗药物引起的损伤时，似乎存在矛盾，因为单独敲除PrimPol通常并不导致广泛的顺铂敏感性。另一方面，Schlafen 11（SLFN11）蛋白作为tRNA核酸酶，是预测多种化疗药物（尤其是顺铂）疗效的关键生物标志物，其表达缺失与化疗耐药密切相关。已知SLFN11能被DNA损伤激活，通过切割tRNA、引发核糖体停滞和综合应激反应，最终导致不依赖于p53的细胞凋亡。但究竟是何种DNA损伤信号直接激活了SLFN11，这一核心问题长期悬而未决。此外，在高强度复制压力下，负责保护单链DNA的复制蛋白A（RPA）可能会被耗竭，导致单链DNA裸露，进而可能引发复制灾难。那么在PrimPol功能缺失的特定背景下，细胞如何响应DNA损伤，以及RPA耗竭、SLFN11激活与细胞命运决定之间的内在联系尚未可知。

近日，英国克里克研究所DSB修复实验室Simon J. Boulton在Nature Cell Biology期刊发表题为“RPA exhaustion activates SLFN11 to eliminate cells with heightened replication stress的研究论文，揭示了在DNA复制压力下，RPA（复制蛋白A）耗竭导致单链DNA暴露，从而直接激活SLFN11蛋白并引发细胞凋亡的分子机制。该发现不仅阐明了SLFN11感应DNA损伤的具体信号，也为针对高复制压力癌细胞（如PrimPol缺陷或经特定药物处理的癌细胞）的治疗策略提供了新靶点。

首先，在二倍体eHAP细胞中，研究团队利用靶向CRISPR-Cas9筛选技术，系统性地敲除了与染色质维持、端粒维持和DNA损伤应答相关的基因，以寻找决定顺铂敏感性的关键因子。研究发现，在表达SLFN11的细胞中（eHAP），PrimPol的缺失会特异性地导致细胞对顺铂、BPDE和MMC等造成庞大碱基加合物的药物敏感，而对其他类型的DNA损伤或DDR抑制剂不敏感。这种敏感性完全依赖于SLFN11的存在及其下游的GCN2激酶介导的综合应激反应通路。在PrimPol敲除细胞中，顺铂处理导致复制叉处单链DNA异常积累，进而引发RPA耗竭。RPA耗竭被证明是激活SLFN11的关键信号：当RPA不足以覆盖所有暴露的单链DNA时，裸露的单链DNA成为SLFN11结合并激活的底物，从而触发其tRNA核酸酶活性，通过GCN2诱导细胞凋亡。人为敲低RPA库同样能模拟这一效应，诱导SLFN11-GCN2依赖的细胞死亡。

研究进一步揭示了USP1-WDR48去泛素化酶复合物在此通路中的正调控作用。在PrimPol缺失的细胞中，USP1通过去泛素化并下调范可尼贫血通路核心蛋白FANCD2-FANCI，抑制了该通路的修复功能，从而加剧了顺铂损伤引起的RPA耗竭，促进了SLFN11的激活和凋亡。敲除USP1或抑制其活性，能通过稳定范可尼贫血通路来减轻RPA耗竭，从而挽救PrimPol缺失细胞的顺铂敏感性，且这种挽救作用完全依赖SLFN11。

更重要的是，本研究将RPA耗竭激活SLFN11的机制推广至更广泛的复制压力场景。研究发现，直接抑制DNA复制起始的关键酶——DNA聚合酶α（使用抑制剂ST1926），能迅速且强烈地诱导RPA耗竭，进而激活SLFN11依赖的细胞死亡。这一现象在多种高表达SLFN11的癌细胞系中均得到证实，而SLFN11低表达的细胞则对此不敏感。

综上所述，本研究阐明了一条由RPA耗竭触发的、SLFN11介导的细胞监控通路。当细胞因PrimPol缺失或遭受特定复制压力源（如DNA聚合酶α抑制）而经历高强度复制压力时，RPA的耗竭导致单链DNA裸露，进而直接激活SLFN11及其下游的凋亡通路，从而清除那些基因组不稳定性过高的细胞。这为理解SLFN11在癌症化疗反应中的作用、以及开发通过诱导RPA耗竭来特异性杀伤高复制压力肿瘤细胞的新策略提供了重要理论基础。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01852-1

制版人： 十一

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