單-ADP核糖轉(zhuǎn)移酶家族及其抑制劑在腫瘤治療中的研究進展

李 茵，古宏峰，鄒 毅，王淑平，徐云根

（中國藥科大學(xué)藥物化學(xué)系，南京211198）

在真核生物中，多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARPs）以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）為底物，將單個或直鏈、分支鏈的ADP-核糖轉(zhuǎn)移到自身或其他靶蛋白上，從而調(diào)控各種細胞反應(yīng)。所有的PARPs共享保守的C 端催化域，N 端基序的差異決定了他們各自獨特的生物學(xué)功能（圖1）［1-2］。迄今已有17 個PARPs 成員被報道，其中16 個具有PARPs催化活性。根據(jù)催化功能的不同，PARPs分為多聚-PARPs（PARP1、PARP2、PARP5a、PARP5b），單-ADP 核糖 轉(zhuǎn) 移 酶（MARTs）（PARP3、PARP4、PARP6-PARP12、PARP14-PARP16）［3-4］，以及無 催化活性的PARP（PARP13）［2，5］。其中，MARTs 在細胞增殖、代謝與凋亡、細胞周期調(diào)節(jié)、蛋白降解、病毒抑制、免疫應(yīng)答及腫瘤抑制中均發(fā)揮著重要作用［6］。根據(jù)MARTs 結(jié)構(gòu)域的差異，又可將MARTs分為DNA 依賴型MARTs（PARP3），含有CCCH 鋅指結(jié)構(gòu)域的MARTs（PARP7、PARP12），含有Macro結(jié)構(gòu)域的MARTs（PARP9、PARP14、PARP15）及其他類型的MARTs（PARP4、PARP6、PARP8、PARP10、PAPR11、PARP16）［5，7］。

Figure 1 Domains and classification of PARPs family membersCCCH: CCCH domain in PARPs protein; F1, F2, F3, NLS, BRCT, WGR, HPS, SAM, H, Y, E, NES, ZnF, WWE, RRM, Macro, VIT, VWFA, MVP-BD,Myc: they are all regulatory motifs with specific functions in PARPs protein

與PARP1/2 類似，多數(shù)MARTs 是腫瘤治療的潛在靶點。盡管MARTs 的研究尚處于初步階段，一些PARP（如PARP8）的生理功能未被揭示［8］，但現(xiàn)有的研究表明，MARTs 的表達確實與腫瘤進程密 切 相 關(guān)，尤 其 是PARP7、PARP9、PARP10、PARP14 等。經(jīng)過分析腫瘤基因組圖譜（TCGA）中33 種腫瘤的MARTs 表達情況，發(fā)現(xiàn)在不同腫瘤中MARTs 表達水平不同，且MARTs 過度表達可能與腫瘤進程相關(guān)（圖2）。首先，MARTs在多種腫瘤中過度表達，例如PARP14在胰腺癌（PAAD）、胃腺癌（STAD）、多形性膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）等腫瘤細胞中過度表達，它與這些腫瘤發(fā)展相關(guān)，是這些腫瘤的潛在治療靶點。其次，相同腫瘤中存在多種MARTs 過度表達。例如，PARP4、PARP7、PARP9、PARP10、PARP12 與PARP14 均在PAAD 中過度表達，它們有望成為這一難治愈腫瘤的潛在治療靶點，抑制這些MARTs 表達可以抑制腫瘤進展。因此，闡明這些MARTs 與腫瘤的關(guān)系及其抑制劑的開發(fā)至關(guān)重要。本文將根據(jù)MARTs的結(jié)構(gòu)分類聚焦腫瘤中過表達的MARTs，對其在腫瘤中的價值及抑制劑的研究進展進行綜述。

Figure 2 Expression of MARTs family in different cancer tissuesA: Distribution of PARP1, PARP2 and MARTs expression in different cancer tissues; B: Distribution of MARTs in different cancers; C: Distribution of overexpression MARTs in cancers; D: Distribution of cancers with MARTs overexpression.Over expression represents the expression of MARTs in cancer tissue is higher than in para-cancerous tissue and the difference is statistically significant.Low expression represents the expression of MARTs in cancer tissue is lower than in para-cancerous tissue and the difference is statistically significantACC: Adrenocortical carcinoma; BLCA: Bladder urothelial carcinoma; BRCA: Breast invasive carcinoma; CESC: Cervical squamous cell carcinoma and endocervical adenocarcinoma; COAD: Colon adenocarcinoma; DLBC: Lymphoid neoplasm diffuse large B-cell lymphoma; ESCA: Esophageal carcinoma;GBM: Glioblastoma multiforme; HNSC: Head and neck squamous cell carcinoma; KIRC: Kidney renal clear cell carcinoma; LAML: Acute myeloid leukemia; LUSC: Lung squamous cell carcinoma; LUAD: Lung adenocarcinoma; LGG: Brain lower grade glioma; OV: Ovarian serous cystadenocarcinoma;PRAD: Prostate adenocarcinoma;PAAD: Pancreatic adenocarcinoma;READ: Rectum adenocarcinoma;SKCM: Skin cutaneous melanoma; STAD: Stomach adenocarcinoma; TGCT: Testicular germ cell tumors; THCA: Thyroid carcinoma; THYM: Thymoma; LUSC: Lung squamous cell carcinoma;UCEC: Uterine corpus endometrial carcinoma; UCS: Uterine carcinosarcoma

1 DNA依賴型MARTs

DNA 依賴型MARTs 是一類能夠識別并結(jié)合損傷的DNA 來發(fā)揮催化作用的MARTs，屬于這一類 的MARTs 是PARP3。 PARP3 在DNA 損 傷 反應(yīng)、DNA 代謝、染色質(zhì)構(gòu)建及細胞有絲分裂中發(fā)揮作用，并被證明可作為治療放療耐藥性腫瘤的潛在增敏靶點［9-11］。研究表明，沉默PARP3 基因或中斷其與叉頭盒蛋白M1（FOXM1）的相互作用會抑制FOXM1 下游靶點Rad51，降低細胞的轉(zhuǎn)錄水平，增強原發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤對放療的敏感性［12］。Beck 等［13］證明了敲除PARP3 會加劇中心體擴增與基因組不穩(wěn)定性，選擇性地抑制乳腺癌基因BRCA1缺陷的三陰性乳腺癌（TNBC）細胞的發(fā)生與發(fā)展。PARP3 的缺失可減弱雷帕霉素機制性靶標復(fù)合物2（mTORC2）介導(dǎo)的Akt 激酶在Ser473 的磷酸化，減弱轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）依賴的mTORC2/RICTOR 通路的激活，增加RICTOR蛋白的泛素化水平，從而抑制乳腺癌細胞中ROS激酶誘導(dǎo)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）、遷移和干細胞形成［14］。

PARP3 是治療多種腫瘤的潛在靶點，但目前尚無選擇性的PARP3 抑制劑被報道。化合物1（olaparib）和2（rucaparib）（圖3）最初被鑒定 為PARP1/PARP2 抑制劑，在乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、膀胱癌、胰腺癌等惡性腫瘤中發(fā)揮療效，研究表明它們對PARP3 也有一定抑制活性［15-19］。有報道稱，聯(lián)合使用PARP3 抑制劑與DNA 損傷劑、細胞周期檢查點抑制劑可對腫瘤細胞產(chǎn)生明顯的協(xié)同殺傷作用，這為PARP3 聯(lián)合用藥提供了理論基礎(chǔ)［20］。

Figure 3 Olaparib, Rucaparib and PARP7, PARP10, PARP15 inhibitors

2 CCCH型MARTs

CCCH 型MARTs 是一類結(jié)構(gòu)中含有3 個半胱氨酸和1個組氨酸（CCCH）型鋅指結(jié)構(gòu)域的MARTs，這類MARTs 包括PARP7 和PARP12。CCCH 結(jié)構(gòu)域能識別并結(jié)合RNA，在抗病毒感染、免疫與炎癥反應(yīng)、腫瘤抑制中發(fā)揮著重要的作用［21-25］。

2.1 PARP7

PARP7 又名ARTD14 或TIPARP，其通過負向調(diào)控致癌轉(zhuǎn)錄因子參與腫瘤抑制過程。它以ADP核糖化依賴的方式形成不同的核體，核體激活E3泛素連接酶HUWE1 和HIF-1α，通過加速HIF-1α的泛素化和降解來抑制乳腺癌與結(jié)腸癌移植瘤模型中的腫瘤發(fā)生與Warburg 效應(yīng)［26］。目前只有一款口服特異性的PARP7抑制劑3（RBN2397）（圖3）處于臨床Ⅰ期。該化合物對PARP7 的抑制活性IC50為3 nmol/L，相對于其他PARPs 有50 倍以上選擇性［27］。臨床前試驗表明，RBN2397 通過恢復(fù)干擾素信號通路抑制腫瘤免疫逃逸，進而抑制腫瘤生長［28］，它對實體瘤、胰腺癌、卵巢癌和非小細胞肺癌均有效。由于PARP7 與腫瘤密切相關(guān)，開發(fā)其抑制劑具有重要意義。

2.2 PARP12

PARP12又名ARTD12，其在抗病毒感染、先天性免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)及誘導(dǎo)細胞自噬中發(fā)揮著重要的作用。目前有關(guān)PARP12 在腫瘤治療中的報道較少，但已有研究表明，PARP12 缺陷通過提高其功能合作蛋白FHL2 的泛素化來降低FHL2 的蛋白水平，進而負反饋調(diào)節(jié)降低TGF-β1 的表達水平來促進EMT 過程，促進肝癌細胞（HCC）在體內(nèi)外的侵襲和遷移［29］。

3 Macro型MARTs

Macro 型MARTs 是一類結(jié)構(gòu)中含有macro 結(jié)構(gòu)域的MARTs。這類MARTs 在功能上與DNA 修復(fù)、染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等生物活動相關(guān)，其家族成員包括PARP9、PARP14和PARP15［30］。

3.1 PARP9

PARP9又名為ARTD9或BAL1，它含有兩個保守的Macro 結(jié)構(gòu)域［31-32］。最初人們發(fā)現(xiàn)PARP9 在彌漫性大B 細胞淋巴瘤（DLBCLs）中過度表達，其作為轉(zhuǎn)錄共激活因子，被證明與干擾素基因（ISGs）的表達及細胞免疫的調(diào)節(jié)相關(guān)［33-35］。在DLBCLs 中，過表達PARP9 可抑制IFNγ-STAT1-IRF1-p53 軸，進而降低ISGs 表達，阻斷細胞凋亡，最終促進B 細胞淋巴瘤的發(fā)展［31］。隨后的研究表明，PARP9 與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。其可與DTX3L（一種參與DNA 損傷修復(fù)的組蛋白E3 連接酶）及PARP14 形成復(fù)合物促進轉(zhuǎn)移 性mPCa 細 胞 的 存 活 與 增 殖［4，36］。 PARP9 在43.8% 的人乳腺癌病例中過度表達，敲除PARP9基因可以抑制乳腺癌細胞的遷移［37］。 此外，PARP9 的表達也與膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。聯(lián)合PARP9抑制劑與免疫檢查點分子來治療膠質(zhì)瘤被證明具有潛在的價值［38］。目前尚無PARP9抑制劑被報道，但其過表達與多種腫瘤細胞的相關(guān)性提示PARP9在腫瘤治療中的潛在價值。

3.2 PARP14

PARP14，又名為ARTD8/BAL2/CoaST6，是由1801 個氨基酸組成的Macro 型MART。其過表達或突變會導(dǎo)致Macro 結(jié)構(gòu)域功能失調(diào)，最終促使腫瘤等疾病發(fā)生［39］。PARP14 與多種惡性腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)，包括多發(fā)性骨髓瘤（MM）、肝癌、B 細胞淋巴瘤、乳腺癌、前列腺癌、胃癌等［40-41］。其中，PARP14 在80% 以上的MM 細胞系中過表達。PARP14 作為JNK2 依賴的一個新生下游效應(yīng)基因，通過結(jié)合并抑制JNK1 激酶的活性促進MM 細胞 存 活［40，42］。 PARP14 可 以 提 高 肝 癌 細 胞 內(nèi)NADPH 和谷胱甘肽的水平來提高細胞的抗氧化能力，它通過PARP14-JNK1-PKM2 軸使丙酮酸激酶M2（PKM2）維持在低活性狀態(tài)，促進HCC 細胞的有氧糖酵解并調(diào)節(jié)Warburg 效應(yīng)，在細胞代謝中發(fā)揮著重要的作用［43］。此外，PARP14 在小鼠B-淋巴瘤細胞中呈過表達，它通過增加細胞能量代謝率，促進B 細胞生存，進而加速c-MYC 基因誘導(dǎo)的B淋巴癌的發(fā)生［41，44］。

Moustakim 等［45］通過高通量篩選5萬種化合物得到的先導(dǎo)物4（GeA-69）及同系物5（MnK2-13）（圖4），對PARP14 具有較好的選擇性［39］。這類化合物能在細胞中抑制PARP14 轉(zhuǎn)位到DNA 損傷位點。 共晶結(jié)構(gòu)顯示MnK2-13 深埋于PARP14 的Macro2 結(jié)構(gòu)域，不占據(jù)ADPR 結(jié)合位點，不與溶劑相接觸［39］。2017年，Upton 等［46］報道的化合物6（4t，圖4）對PARP14 表現(xiàn)出較強的抑制活性，IC50為160 nmol/L，但對PARP1 未表現(xiàn)出明顯的選擇性。同年，Yoneyama 等［47］從一個約含50 萬個小分子的化合物庫得到化合物7（圖4），其對PARP14的抑制作用，優(yōu)于PARP1?；衔?（H10，圖4）也顯示出對PARP14 有效的體外抑制活性及良好的選擇性（約為PARP1 的24 倍，TNKS1 的18 倍）［48］。2020年由Ribon Therapeutics 公司開發(fā)的化合物9（RBN-012759，圖4）對PARP14 的抑制活性達到納摩爾水平，選擇性至少是其他PARPs 成員的300倍，可作為PARP14 的探針研究抗腫瘤免疫反應(yīng)［49］。其他處于生物活性測試階段的PARP14 抑制劑化合物10 ～12 如圖4 所示。因此，PARP14 是潛在的腫瘤治療靶點，開發(fā)其抑制劑有望得到治療腫瘤的新藥物。

3.3 PARP15

PARP15，也被稱為ARTD7 或BAL3，其與抗病毒感染及多種腫瘤相關(guān)［33，50］。PARP15 最初被證實為彌漫性大B細胞淋巴瘤的風(fēng)險相關(guān)基因，其在B細胞淋巴瘤中高表達，并與細胞凋亡相關(guān)［51］。研究表明PARP15與肺癌（LUAD）治療的良好預(yù)后相關(guān)［52］。 此外，染 色體內(nèi)融合形成的融合基 因PARP15-AHSG 在HCC 中具有潛在的治療價值［53］。PARP15 可能是鼻咽癌、舌癌、急性髓系白血病與宮頸癌放療相關(guān)的血液毒性的潛在預(yù)測因子［52］。目前針對PARP15 的小分子抑制劑報道較少。化合物13（A101-（ConH2）-B322，圖3）對PARP15 抑制的選擇性是其他測試PARPs的50倍［51］。

Figure 4 PARP14 inhibitors

4 其他MARTs

4.1 PARP4

PARP4 又名ARTD4 或VPARP，是具有催化活性的vault蛋白的組成成分［54］。其被證明參與調(diào)節(jié)人類細胞的端粒酶活性［54］、對抗病毒感染［33，55］、DNA 損傷修復(fù)及誘導(dǎo)癌基因表達［56-57］。有報道顯示PARP4 與DNA 損傷和修復(fù)通路相關(guān)，在結(jié)直腸神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤（NETs）中會發(fā)生突變［58］。PARP4是原發(fā)性甲狀腺癌、乳腺癌、胰腺癌等多種腫瘤的易感基因，降低其表達能夠抑制腫瘤生長［56，59］。此外，PARP4 參與細胞轉(zhuǎn)運，與一些腫瘤細胞的耐藥性相關(guān)［55］。目前尚沒有PARP4抑制劑被報道。

4.2 PARP10

PARP10 又 名ARTD10，在 調(diào) 節(jié)DNA 損 傷 修復(fù)、細胞代謝、細胞凋亡及多種腫瘤中發(fā)揮作用［60-61］。PARP10 最初被鑒定為MYC 相互作用蛋白，在大多數(shù)人類腫瘤中過度表達。它可減輕細胞對復(fù)制應(yīng)激的敏感性，促進停滯的復(fù)制叉重新啟動以推動腫瘤發(fā)展［62］。研究表明PARP10 參與延緩HCC 進展。PARP10 在T601 位點的磷酸化顯著降低了其與NEMO 蛋白的結(jié)合，破壞了PARP10對NEMO泛素化的抑制作用，從而增強NF-κB對多個靶基因的轉(zhuǎn)錄活性，促進HCC 的發(fā)展［63］。此外，PARP10也被證實能促進結(jié)直腸癌細胞增殖［64］。

由于PARP10 與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其抑制劑的開發(fā)受到了廣泛關(guān)注，目前已有幾個PARP10 抑制劑被報道［65］。化合物14（OUL35，圖3）對PARP10的IC50遠高于其他PARPs。在對接模型中，OUL35 與Gly888 的酰胺和羰基以及Ser927的側(cè)鏈羥基形成氫鍵［66］。保留OUL35 母核，經(jīng)過結(jié)構(gòu)改造得到化合物15（圖3），其活性優(yōu)于OUL35，并顯示出類似的選擇性［67］。進一步結(jié)構(gòu)改造所得的化合物16（圖3）對PARP10（IC50=0.40 μmol/L）的抑制活性優(yōu)于PARP14（IC50= 5.2 μmol/L）和PARP1（IC50＞100 μmol/L）［61］。2019年，基于3，4-二氫異喹啉骨架設(shè)計的化合物17（圖3）對PARP10 也表現(xiàn)出一定的抑制活性及優(yōu)良的選擇性［68］。因此，PARP10 是腫瘤治療的重要靶點，開發(fā)其抑制劑具有重要意義。

4.3 具有獨特的生物學(xué)功能的MARTs

除了調(diào)節(jié)腫瘤進程，一些MARTs 具有其獨特的生理學(xué)調(diào)節(jié)功能。PARP6 又稱ARTD17，它由630 個氨基酸組成，在細胞中主要參與調(diào)節(jié)細胞周期與脂質(zhì)代謝，與中心體聚集的抑制過程相關(guān)［69-70］；PARP11 又名ARTD11，其結(jié)構(gòu)中存在一個球狀的WWE 結(jié)構(gòu)域。與PARP12 類似，PARP11在對抗病毒感染方面發(fā)揮作用［71-72］；PARP16 又名ARTD15，它是一種尾部錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的跨膜蛋白，主要參與調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與血管生成，在細胞衰老與凋亡中發(fā)揮作用［73-74］。TCGA 數(shù)據(jù)顯示，這些MARTs 的表達與腫瘤的發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移相關(guān)，但它們與腫瘤的關(guān)系需要進一步研究確證。

5 總結(jié)與展望

PARPs 家族在體內(nèi)通過翻譯后修飾參與多種生物學(xué)功能。過去的幾十年中，PARP1 和PARP2已經(jīng)得到了廣泛的研究，而MARTs 的相關(guān)研究還處于起步階段。然而，很多文獻表明，MARTs 與腫瘤密切相關(guān)并且參與調(diào)控這些腫瘤的進展。例如PARP7 在GBM、PAAD 等腫瘤中過表達，其抑制劑RBN2397 處于Ⅰ期臨床試驗，已被證實可以治療實體瘤、胰腺癌、卵巢癌和非小細胞肺癌。PARP7作為腫瘤躲避免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵分子，其抑制劑有望應(yīng)用于腫瘤治療。PARP10 在DLBC、急性髓系白血?。↙AML）、THYM 以及GBM、PAAD 等一些難以治療的腫瘤中過度表達，與這些腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。目前已有一些PARP10 抑制劑被報道，說明開發(fā)PARP10抑制劑在腫瘤治療中具有重大意義。類似的具有較大開發(fā)潛力的靶點還有PARP14、PARP15等。

MARTs 在抗腫瘤方面表現(xiàn)出巨大的潛力。如何根據(jù)PARP 蛋白之間的差異設(shè)計高選擇性、強效的小分子抑制劑，系統(tǒng)并且全面地研究PARP 蛋白家族的相關(guān)功能與作用機制，是研究人員面臨的巨大挑戰(zhàn)。文中所提到的小分子化合物對研究MARTs 蛋白及其抑制劑具有重要的價值，它們不僅有望成為新的腫瘤治療藥物，還可以作為探針進一步探索MARTs 的生物學(xué)功能。 總之，以MARTs 蛋白及其抑制劑為背景的藥物開發(fā)有望為精準醫(yī)療時代的腫瘤治療帶來新的希望。