Nature Commun | 中国医学科学院刘芝华/青岛大学崔竹梅团队揭示克服PARP抑制剂耐药新策略

卵巢癌是妇科恶性肿瘤中致死率最高的类型之一，其中BRCA基因突变患者对PARP抑制剂治疗敏感，但多数BRCA基因正常的卵巢癌患者对PARPi天然耐药，即使初始敏感的患者也往往因获得性耐药而面临治疗失败。DNA损伤修复通路的激活是介导PARPi耐药的关键机制，而铜离子作为一种重要的微量营养元素，其在肿瘤治疗中的作用近年来备受关注，但铜是否影响PARPi敏感性尚不明确。

近日，中国医学科学院北京协和医学院国家癌症中心刘芝华教授和青岛大学附属医院崔竹梅教授团队在《Nature Communications》发表研究论文，首次发现铜离子载体elesclomol能显著增强BRCA正常卵巢癌对PARPi的敏感性，揭示了铜直接结合ATRIP蛋白、破坏ATR-ATRIP相互作用进而抑制DNA修复的全新机制，并发现嘧啶合成代谢适应是限制该联合疗法疗效的关键因素。

研究团队首先在BRCA正常的卵巢癌细胞系中进行了包含144种细胞死亡相关化合物的小分子筛选，发现铜离子载体elesclomol与PARPi联合具有最强的协同致死效应。进一步的细胞活力实验证实，elesclomol-铜复合物能剂量依赖性地增强卵巢癌细胞对PARPi的敏感性。在移植瘤模型中，联合治疗几乎完全阻滞了肿瘤进展，免疫组化染色显示联合治疗组DNA损伤标志物γ-H2AX显著升高。值得注意的是，敲除铜死亡关键调控因子FDX1并不影响协同效应，表明该作用不依赖于经典的铜死亡通路。

为探究耐药机制，研究团队建立了短期药物适应细胞模型。经PARPi或elesclomol-铜处理7天后存活的细胞表现出显著的耐药性，且联合处理获得的存活细胞耐药性最强。转录组测序和Western blot实验发现，药物适应细胞优先激活ATR-CHK1通路而非ATM-CHK2通路应对PARPi诱导的复制压力。进一步研究发现，无论是elesclomol-铜还是ATR抑制剂，在亲本细胞中均能显著增强PARPi敏感性，但在药物适应细胞中失效，提示这些耐药细胞存在独特的代谢依赖状态。

机制研究揭示了铜直接调控ATR信号通路的新模式。AlphaFold3结构预测显示，铜与ATRIP蛋白具有最高的结合潜能，主要结合位点位于ATRIP C末端的半胱氨酸残基。Pull-down实验证实铜能选择性结合ATRIP而不结合ATR。PyMOL结构比对显示，铜结合导致ATRIP蛋白发生显著构象变化。免疫共沉淀和邻近连接实验进一步证实，elesclomol-铜处理能剂量依赖性地破坏ATR与ATRIP的相互作用，从而抑制ATR激酶活化和下游CHK1磷酸化，阻碍DNA损伤修复。

代谢组学分析揭示了药物适应细胞中核苷酸代谢的重编程特征。所有三种药物适应细胞中嘧啶代谢通路均显著活化，从头嘧啶合成途径的关键代谢物水平均显著升高，而补救合成途径和嘌呤代谢无一致变化。代谢流示踪证实药物适应细胞中从头嘧啶合成通量增强。功能实验显示，补充外源性尿苷或胸苷能显著增强PARPi耐药，完全抵消elesclomol-铜或ATR抑制剂的增敏效应。而DHODH抑制剂联合治疗能显著恢复药物适应细胞对PARPi的敏感性，在患者来源类器官模型中同样验证了这一发现。

体内实验进一步验证了嘧啶代谢在联合治疗耐药中的作用。即使PARPi与ATR抑制剂联合治疗，停药后肿瘤仍迅速复发。对治疗不同时间点的肿瘤样本进行靶向代谢组学分析发现，联合治疗组残留肿瘤中嘧啶代谢通路显著活化，且随着治疗时间延长，嘧啶核苷酸依赖程度逐渐增加，表明残留肿瘤通过激活嘧啶合成获得双重耐药。

最后，研究团队在8例患者来源的移植瘤模型中验证了分层治疗策略的可行性。PARPi单药治疗仅对3例模型有效，其余5例耐药。在这些耐药模型中，PARPi联合elesclomol或ATR抑制剂的治疗策略在3例模型中显示疗效，但仍有2例完全无效。针对这2例完全耐药模型，进一步联合DHODH抑制剂靶向嘧啶合成，显著抑制了肿瘤生长。基线代谢物检测显示，PARPi最敏感的3例模型嘧啶代谢物水平最低，而2例完全耐药模型水平最高，证实了嘧啶合成与PARPi耐药的相关性。

READING

BioPeers

欢迎关注本公众号，所有内容欢迎点赞，推荐❤️，评论，转发~

如有错误、遗漏、侵权或商务合作请私信小编~~

欢迎大家投稿课题组 研究进展 、招聘及招生宣传~

所有文章只为科普、科研服务，无商业目的~