崔玉忠，赵莹莹，房克霞，黄伟
1淄博市市立医院肿瘤科，山东 淄博 255400
2山东第一医科大学附属肿瘤医院胸部放疗科，济南 250000
在全球范围内，食管癌是发病率和病死率均较高的恶性肿瘤之一，全球近一半的食管癌发生在中国。中国的食管鳞状细胞癌是常见的恶性肿瘤之一，发病率居所有恶性肿瘤第六位，病死率居第四位，患者5年生存率为15%～25%[1-2]。中国食管癌的发病有较明显的地区差异，河南、河北和福建等省份发病率较高，其次为江苏、新疆、山西等[3]。食管鳞状细胞癌是一种高致死性的恶性肿瘤，且早期食管癌缺乏特异性的临床症状，不易被发现，多数患者确诊时已处于进展期。
放疗在食管鳞状细胞癌综合治疗策略中的地位举足轻重，可以显著提高患者的生存率并明显改善局部控制率。同步放化疗（concurrent chemoradiotherapy，CCRT）是无法手术的局部晚期食管癌患者的主要治疗方法，尽管CCRT的初始治疗效果较好，但未转化为长期获益，多数患者会在治疗后3年内出现疾病进展或复发，表明在食管鳞状细胞癌细胞中存在着放疗抵抗细胞，这些细胞可以在放疗中存活并转变为肿瘤的主体，引起食管癌进展或复发，影响患者的长期生存。恶性肿瘤患者的预后与其放疗的敏感性密切相关[4]，由于存在个体差异，即使采用了相同的治疗方法，不同食管癌患者的疗效也有差异，生存期也不同。进一步明确食管鳞状细胞癌的放疗抵抗机制，提高其放疗敏感性是目前食管鳞状细胞癌治疗面临的难题。
放疗主要通过电离辐射杀伤肿瘤细胞，其作用位点为细胞DNA，放射线照射肿瘤细胞后会直接或间接损伤细胞的DNA。电离辐射引起的DNA损伤包括碱基修饰、交联、单链断裂和双链断裂，其中单链断裂和双链断裂最为常见，但双链断裂的发生频率远低于单链断裂，双链断裂是放疗引起的细胞不可逆损伤形式[5]。细胞可通过ADP核糖聚合酶——多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶[poly（ADP-ribose）polymerase，PARP]、DNA 损伤修复相关因子和DNA连接酶来修复放射损伤导致的单链断裂；
双链断裂主要通过基因重组和非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）两种方式进行损伤修复。DNA双链断裂的损伤修复中也有PARP蛋白的参与，且双链断裂的修复比单链断裂困难得多，不能成功修复的细胞会发生凋亡。影响受照射细胞存活与否的关键因素是损伤的DNA能否得到及时修复，肿瘤细胞的放疗敏感性与放射损伤修复密切相关，这也成为研究放疗增敏的一个新方向。本文对PARP抑制剂对食管鳞状细胞癌放疗增敏的作用机制及研究进展进行综述。
PARP是一种多功能的蛋白质翻译后修饰酶，广泛存在于多种真核细胞中[6]，可参与DNA损伤修复、体内细胞的信号转导等过程。PARP于1963年首次被发现，其作为DNA单链损伤的感受器在DNA单链损伤后被激活，催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）合成聚ADP-核糖[poly（ADP-ribose），PAR]链，将其连接于组蛋白，松弛染色质并募集修复蛋白，从而参与肿瘤细胞的DNA单链损伤修复过程。在DNA复制过程中，未被修复的DNA单链损伤会转变成双链损伤，此时又可通过同源重组进行修复。PARP和同源重组修复通路的存在，可使很多DNA损伤都可顺利修复，从而使细胞存活。
PARP酶系至少包括18个成员，其中PARP1最早被发现且研究最广泛，在该家族成员中约占90%。PARP1最重要的功能是在DNA损伤修复中发挥关键作用，其次还包括保持染色体稳定、DNA甲基化、染色质重塑等作用[7-8]。当电离辐射等外源性刺激引起DNA损伤时，PARP1可以识别并与DNA受损端结合，催化多聚二磷酸腺苷核糖化，识别碱基切除修复复合体并修复DNA损伤。
2.1 PARP 抑制剂的作用机制
PARP抑制剂主要通过抑制催化活性和捕获能力发挥作用：①PARP抑制剂通过与NAD+竞争结合PARP，使PAR链无法形成，进而使DNA单链损伤无法修复；
②PARP抑制剂能与PARP的NAD+位点结合，形成稳定的构象，造成DNA-PARP的不可逆解离，此过程被称为PARP的捕获，从而导致PARP始终与DNA结合，造成双链损伤且无法修复，最终导致细胞凋亡[9]。近年来的研究发现PARP抑制剂的捕获能力具有重要作用。
2.2 PARP抑制剂的种类
目前，美国食品药品管理局（FDA）批准上市的PARP抑制剂共有4个，包括奥拉帕利（Olaparib）、鲁卡帕利（Rucatinib）、尼拉帕利（Niraparib）和他拉唑帕利（Talazoparib），主要适应证包括乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌等，且针对前列腺癌、胃癌、肺癌的临床研究也在进行中。中国的PARP抑制剂研发也紧跟全球进展，尼拉帕利已于2019年12月获批上市，氟唑帕利已于2020年获批上市，Pamiparib（BGB-290）在晚期胃癌一线维持治疗中的应用也正在进行Ⅲ期临床试验。
2.3 PARP 抑制剂的不良反应
PARP抑制剂常见的不良反应包括血液学毒性和非血液学毒性，血液学毒性是最常见的不良反应，主要包括贫血、血小板减少和中性粒细胞减少；
非血液学毒性包括胃肠道不适、乏力、皮肤毒性等。其中奥拉帕利和鲁卡帕利均以贫血（37%～50%）最为常见；
尼拉帕利则以血小板减少（14%～61%）和贫血为主，其次为中性粒细胞减少[10-12]。胃肠道不良反应中恶心（70%～76%）最为常见，但大多为1～2级，3～4级不良反应发生率仅为3%～4%[13]。乏力发生率为59%～69%，大多数也为1～2级。总体来讲，PARP抑制剂的不良反应较轻，因不良反应导致治疗终止或减量的发生率也较低。
FA是一种罕见的常染色体隐性遗传性血液系统疾病。在人类肿瘤的发展过程中，FA基因发挥着关键的肿瘤抑制作用，到目前为止已发现了至少22种FA基因[14-15]。2001年，FA通路与BRCA1间的生化联系被发现，使FA/BRCA通路逐渐引起临床重视，该通路由众多的FA蛋白及BRCA蛋白组成，参与DNA损伤修复，发挥DNA损伤修复和维持基因组稳定的作用，且与某些肿瘤的发生、发展、预后及耐药性的形成密切相关。
FA/BRCA通路的一个主要功能是协调DNA链间交联（interstrand crosslink，ICL）的修复[16-17]。ICL对DNA复制和转录有直接的物理阻断作用，如果不能适当修复，会导致细胞毒性和染色体结构畸变。由FA蛋白介导的ICL修复可以描述为一个三相过程：第一阶段，上游FA蛋白，如FANCA、FANCB、FANCC、FANCE、FANCF、FANCG和FANCL，以及FA相关蛋白（FAAP100和FAAP20）组装形成FA核心复合体。DNA损伤时，FA核心复合体被招募到染色质中。第二阶段，FANCD2和FANCI形成一种称为ID2的异源二聚体[18]；
FA核心复合物在这一过程中发挥关键作用，含有FANCA、FANCB、FANCC、FANCE、FANCF、FANCG、FANCL或FANCT有害突变的FA患者，其细胞缺乏对ID2异源二聚体单倍基化的能力。第三阶段，下游的FA蛋白，如BRCA2/FANCD1、乳腺癌易感基因相互作用蛋白1（BRCA1 interacting helicase 1，BRIP1）/FANCJ、BRCA2伴侣和定位子（partner and localizer of BRCA2， PALB2）/FANCN、 RAD51C/FANCO、BRCA1/FANCS、RAD51/FANCR和X线损伤修复交叉互补基因2（X-ray repair cross complementing 2，XRCC2）/FANCU，共同通过同源重组来修复剩余断裂的DNA双链。
基因重组是一种保守且无错误的修复过程，通过同源DNA模板（通常是姐妹染色单体）来修复DNA损伤[19]。RAD51/FANCR是真核生物中主要的基因重组修复蛋白。许多下游FA蛋白，如BRCA2/FANCD1、PALB2/FANCN 和 RAD51C/FANCO，均可以促进RAD51的功能[20]。阻断FA/BRCA通路会导致基因重组缺陷，并增加对NHEJ修复通路的依赖[21]。
虽然ICL很容易通过核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）通路修复，但ICL是一种主要通过FA通路修复的高细胞毒性损伤。BRCA1/FANCS和FA/BRCA通路之间已经建立了大量的生化连接。研究表明，在ICL修复过程中，BRCA1/FANCS是清除羧甲基葡聚糖（carboxymethyl-β-1,3-glucan，CMG）复制解旋酶所必需的[22]。既往研究也表明，BRCA1在修复过程的早期与53BP1竞争，促进基因重组，限制易出错的NHEJ[23]。因此，BRCA1/FANCS可能在ICL修复过程中发挥多种不同作用。
DNA损伤在细胞周期中经常发生，可以是自发的，也可以是由环境因素引起的。正常细胞拥有一套精密的DNA损伤感知和修复系统，可以克服各种DNA损伤，如果不进行修复，这些损伤会导致基因组的不稳定和细胞毒性。DNA损伤反应对细胞的生存至关重要，对DNA损伤反应不足已被证明会导致多种肿瘤。研究显示，多种肿瘤的特征均可能导致基因组不稳定，这是由DNA损伤感知和修复失调引起的[24]。
电离辐射引起的DNA单链和双链损伤，均有各自的修复途径，在DNA单链断裂中，PARP与断裂的单链结合并激活其催化活性，促进自身和周围蛋白质启动断裂修复；
双链断裂可以通过4种通路进行修复，即同源重组（基因重组）、单链退火、微同源介导的末端连接（microhomology-mediated end joining，MMEJ）和NHEJ，这4种通路需要不同程度切除双链断裂端和不同程度的同源性[25]。基因重组和NHEJ被认为是双链断裂修复的两个重要通路，而基因重组被认为是发生在双链断裂中间体修复中的优先途径，而不是容易出错的端连接[26]。NHEJ主要作用于G1期，可使断端重新连接，但也可能导致缺失和插入，因此更容易出错。在G1期，53BP1定位于双链断裂位点，与Rap1相互作用因子1（Rap1-interacting factor 1，RIF1）相互作用，阻断BRCA1的招募[27]。Shieldin是一种效应复合体，由SHLD和REV7组成，被53BP1招募，可保护DNA末端不被切除[28-29]。DNA末端切除是DNA修复选择的关键，往往在细胞周期S/G2期被激活以促进基因重组。基因重组以S/G2期中的同源染色体为模板，重建精确的副本[30]。BRCA是一种肿瘤抑制因子，对基因重组至关重要，若存在DNA的双链断裂，BRCA将招募像RAD51这样的蛋白质来修复破损。基因重组通常是一种保守的机制，利用其对DNA双链断裂高保真性，以及BRCA1/2和RAD51等进行同源DNA修复[31]。当一个未损坏的模板DNA不可用时，快速但容易出错的NHEJ修复途径是双链断裂修复的基本方法。BRCA1/2在基因重组的分子机制中发挥重要作用，它们能够准确地修复断裂的双链并抑制细胞周期阻滞、细胞凋亡或使受损DNA传递延迟或停止[32]。DNA损伤反应的失败会引起永久性的细胞周期阻滞或程序性细胞死亡。
恶性肿瘤细胞耐药的机制主要是由于DNA损伤修复能力增强，导致了放疗抵抗的产生。单链断裂是最常见的DNA损伤形式，双链断裂是最具细胞毒性的损伤形式。PARP家族成员在DNA单链断裂修复中发挥了关键作用[33]。PARP1可以检测复制叉的中断，并在单链断裂上结合受损的DNA，导致一系列变构变化。
PARP是一种具有分子传感器功能的酶，能够识别并与断裂的单链结合，参与多个细胞过程，包括DNA损伤反应途径[34]。PARP抑制剂可捕获DNA上的PARP，导致复制叉的停滞，通常情况下，停滞的复制叉激活同源重组修复过程涉及BRCA1/2，以修复和重新激活复制叉[9]。除了DNA修复，PARP1和BRCA1/2也参与DNA复制过程。PARP1在调节复制叉的积累和避免双链断裂中发挥关键作用[35]。BRCA1/2可在停滞复制分叉中保护新生的DNA免受降解[36]。当PARP抑制剂捕获DNA上的PARP1以阻断DNA复制时，细胞将依赖BRCA1/2来保护复制叉，若BRCA是有缺陷的，DNA复制保护的缺失会导致基因组的不稳定和细胞死亡。此外，Murai等[37]证明了PARP的捕获性与PARP抑制剂的细胞毒性有很强的相关性。尽管PARP的催化抑制活性相似，但PARP抑制剂在捕获PARP的能力上有所不同。他拉唑帕利的体外细胞毒性和PARP诱捕能力最强[37]，尼拉帕利次之，奥拉帕利和鲁卡帕利表现出中等的细胞毒性和PARP诱捕能力，而维利帕尼是最弱的[38]。
PARP是目前肿瘤治疗的研究热点，抑制PARP活性可抑制由其介导的DNA损伤修复机制，因此，PARP抑制剂被设计用于抗肿瘤治疗[39]。BRCA是一种抑癌基因，该基因突变可抑制DNA损伤修复的能力，从而导致同源重组修复缺陷（homologous recombination deficiency，HRD），即BRCA基因或其他同源重组基因的功能缺失，引起双链断裂的DNA不能通过同源重组修复；
同时PARP抑制剂又干扰了DNA的单链修复，从而形成“合成致死”效应，对肿瘤细胞的杀伤作用会明显增强[40]。
鉴于PARP在DNA损伤修复中的重要作用，近年产生了一种治疗策略，即将PARP抑制剂与DNA损伤药物或放疗联合应用以抑制由PARP介导的DNA损伤修复，来增强食管鳞状细胞癌的治疗效果。Lyons和Ku[41]认为在食管鳞状细胞癌治疗中，奥拉帕尼与其他靶向药物或免疫检查点抑制剂结合引起的PARP抑制作用，可在生物标志物选择的人群中进一步研究。这也成为研究如何提高放疗敏感性、解决肿瘤细胞放疗抵抗的一个新思路[42]。
PARP抑制剂作为新型抗肿瘤药物，具有不良反应小的特点。但Lourenco等[43]的基础实验发现，PARP抑制剂在增强放疗作用的同时，也带来了裸鼠体重明显下降、食管和皮肤损伤问题。研究显示，PARP抑制剂无论联合放疗或化疗，对食管鳞状细胞癌均有较确切的增敏作用，但对于可能的作用机制仍未达成共识。Zhan等[44]研究认为，慢性缺氧使食管鳞状细胞癌细胞存在基因重组缺陷，可导致PARP抑制剂在放射增敏中的合成致死效应。Kageyama等[45]发现，奥拉帕尼联合放疗增加了双链断裂和同源重组相关基因的表达。而Miyamoto等[46]认为，奥拉帕尼通过53BP1增强了抗肿瘤药物对食管鳞状细胞癌细胞的细胞毒作用。
放疗是食管鳞状细胞癌重要的治疗方法，但放疗后仍会出现疾病进展，这是目前临床抗肿瘤治疗的难题之一。近年来，随着PARP抑制剂在食管鳞状细胞癌的治疗中有进一步的研究，尤其与放化疗的联合应用，且取得了较理想的效果，具有广阔的应用前景，有成为新的放疗增敏剂的潜力。但目前临床对PARP抑制剂的放疗增敏作用的机制仍有不同意见，存在争议，因此进一步研究其中的相关机制，对食管鳞状细胞癌的治疗有重要的临床意义。
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