PARP抑制劑調(diào)節(jié)腫瘤免疫的研究進(jìn)展

劉洋洋，盛譽(yù)喬，薛 瑞，秦志海

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究中心 鄭州 450052

多聚ADP核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]超家族由17種具有不同功能的蛋白質(zhì)組成，負(fù)責(zé)將 ADP-核糖基團(tuán)轉(zhuǎn)移到靶蛋白以啟動 ADP-核糖基化，這是所有生物體中高度保守的翻譯后修飾。PARP家族參與多種細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)，包括染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、重組和DNA修復(fù)。依據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同，PARP家族成員包括DNA依賴型、端錨聚合酶型、Cys-Cys-Cys-His型和macroPARP型等4種類型[1]。DNA依賴型包括PARP1、PARP2、PARP3，主要參與DNA損傷修復(fù)過程，其中PARP1承擔(dān)了90%的功能，在DNA堿基切除修復(fù)和單鏈斷裂修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用[2]。PARP抑制劑主要是通過抑制PARP1和PARP2的催化活性和將PARP1或PARP2“捕獲”于損傷的DNA上發(fā)揮作用[3]。迄今為止，全球共有4種PARP抑制劑上市，分別是奧拉帕利(Olaparib)、魯卡帕利(Rucatinib)、他拉唑帕利(Talazoparib)和尼拉帕利(Niraparib)。2014年，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)Olaparib用于治療種系BRCA突變晚期的卵巢癌[4]。最近，Niraparib已被證明可顯著延長卵巢癌患者的無進(jìn)展生存期，并因此獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于治療鉑類敏感性卵巢癌復(fù)發(fā)[5]。除卵巢癌外，PARP抑制劑在乳腺癌治療中也顯示出巨大潛力[6]，已有多項臨床試驗正在評估PARP抑制劑對于晚期乳腺癌的療效[7]。本文依據(jù)最新的研究數(shù)據(jù)，對PARP抑制劑在各類免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)過程中的作用以及PARP抑制劑在臨床應(yīng)用中的毒副作用進(jìn)行了總結(jié)。

1 PARP抑制劑的作用機(jī)制

最初人們認(rèn)為PARP抑制劑通過“合成致死”的原理殺死腫瘤細(xì)胞[8]。這一原理指出兩種非致死性突變中的任何一種單獨存在不影響細(xì)胞活力，但是兩種突變同時存在則可導(dǎo)致細(xì)胞死亡。PARP1可與DNA損傷位點相結(jié)合(大多為單鏈DNA斷裂) ，通過催化多聚ADP核糖鏈在蛋白底物上的合成，募集其他DNA修復(fù)蛋白到損傷位點，共同修復(fù)DNA損傷。PARP抑制劑通過與PARP1或PARP2催化位點結(jié)合，將PARP蛋白“捕獲”在DNA損傷位點上且無法脫落，從而使得DNA修復(fù)蛋白無法結(jié)合損傷位點，導(dǎo)致DNA復(fù)制叉停滯和DNA復(fù)制無法順利進(jìn)行，細(xì)胞將啟動同源重復(fù)修復(fù)(homologous recombination repair,HRR)來修復(fù)DNA損傷，若HRR功能受損，DNA無法修復(fù)，則最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[9]。BRCA1/2和其他“類BRCA”蛋白在HRR中起到重要作用，研究[10]發(fā)現(xiàn)攜帶突變BRCA的腫瘤細(xì)胞對PARP抑制劑的敏感度是攜帶野生型BRCA腫瘤細(xì)胞的1 000倍，因此推測其他原因?qū)е碌腍RR缺陷也可能使腫瘤細(xì)胞對PARP抑制劑敏感。這一重大發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了PARP抑制劑作為單一療法在臨床上的應(yīng)用。有研究[11-12]結(jié)果顯示PARP抑制劑能夠影響抗腫瘤免疫反應(yīng)，其與癌癥相關(guān)免疫之間的串?dāng)_可能提升抗癌效果。

2 PARP及其抑制劑對抗腫瘤免疫的影響

2.1 對T細(xì)胞的影響T細(xì)胞是機(jī)體免疫系統(tǒng)中對抗癌細(xì)胞的主力軍。PARP1和 PARP2蛋白均在胸腺細(xì)胞中表達(dá),但只有PARP2在胸腺細(xì)胞發(fā)育中發(fā)揮重要作用，PARP2敲除小鼠體內(nèi)CD4+CD8+胸腺細(xì)胞減少，可能與PARP2抑制DNA雙鏈斷裂積累誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)[13]。在PARP1缺陷小鼠中特異性敲除T 細(xì)胞的PARP2會破壞T細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，CD4+和CD8+T細(xì)胞減少，其中CD8+T細(xì)胞減少更為明顯，同時DNA損傷和細(xì)胞凋亡標(biāo)志物表達(dá)增強(qiáng)，提示T細(xì)胞的減少可能是基因錯配的累積導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，而不單單是成熟障礙所致[14]。與T細(xì)胞PARP1或PARP2單缺陷相比，PARP1/2雙重缺陷小鼠乳腺癌細(xì)胞增殖更快，且腫瘤組織內(nèi)CD4+和CD8+T細(xì)胞浸潤減少[10，15]。

PARP在T細(xì)胞分化中也起著重要作用。PARP1能夠通過活化T細(xì)胞的核因子NFAT影響CD4+T細(xì)胞的分化[16]。PARP1缺乏可導(dǎo)致依賴NFAT的細(xì)胞因子(如IL-2和IL-4)表達(dá)降低，進(jìn)一步影響免疫細(xì)胞的分化[17]。PARP1缺失或抑制可能會使CD4+T細(xì)胞偏向1型T輔助細(xì)胞(Th1)分化[18]。PARP1可調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)受體的表達(dá)，在PARP1缺失的情況下持續(xù)給予TGF-β1和IL-6刺激，CD4+T細(xì)胞在體外分化為Th17的能力增強(qiáng)[16]。在哮喘小鼠模型中，Olaparib可增加Th1相關(guān)細(xì)胞因子如干擾素(IFNγ)和轉(zhuǎn)錄因子T-bet的表達(dá)，同時抑制Th2相關(guān)細(xì)胞因子如IL-4、IL-5、IL-6、IL-13和巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)的表達(dá)[15]。而在關(guān)節(jié)炎小鼠模型中，PARP抑制與Th1相關(guān)細(xì)胞因子腫瘤壞死因子α(TNFα)和IFNγ的表達(dá)降低有關(guān)，并可抑制部分Th1細(xì)胞的增殖[19]。

除了影響T細(xì)胞分化外，PARP1和PARP2還影響T細(xì)胞功能。在BRCA缺陷卵巢癌、三陰性乳腺癌及小細(xì)胞肺癌小鼠模型中，Olaparib可能通過激活cGAS-STING通路上調(diào)CXCL10及CCL5表達(dá)，招募CD8+T細(xì)胞至腫瘤組織，激活抗腫瘤免疫反應(yīng)[11-12,20]。Olaparib還可降低T細(xì)胞免疫檢查點受體PD-1、Tim-3和Lag-3的表達(dá)，這些受體與T細(xì)胞抑制和衰竭有關(guān)[11]。叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3(Foxp3)是控制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)發(fā)育和免疫抑制功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一[21]。研究[22]顯示，PARP1可與Foxp3相互作用并誘導(dǎo)其多聚ADP-核糖化。T細(xì)胞單一缺陷PARP1或PARP2的模型小鼠外周淋巴組織中T細(xì)胞數(shù)量沒有變化[4]，但PARP1和PARP2雙重缺陷會導(dǎo)致乳腺癌模型小鼠外周CD4+CD8+T細(xì)胞減少[16]。上述結(jié)果表明，PARP抑制劑與效應(yīng)T細(xì)胞的激活有關(guān)。

2.2 對B細(xì)胞的影響B(tài)細(xì)胞在腫瘤免疫中扮演重要角色，其促腫瘤或者抗腫瘤效應(yīng)取決于腫瘤微環(huán)境[23]。PARP能夠影響B(tài)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。PARP1/2雙重缺陷雖然不影響小鼠骨髓B祖細(xì)胞和周圍成熟B細(xì)胞數(shù)量，但會使外周血中過渡性和濾泡性B細(xì)胞減少，提示 PARP在B細(xì)胞分化過程中可能發(fā)揮重要作用[24]。免疫球蛋白V(D)J基因重排對于前B細(xì)胞生成免疫球蛋白至關(guān)重要。V(D)J重排導(dǎo)致的DNA雙鏈斷裂可由PARP1介導(dǎo)的NHEJ途徑修復(fù)[25]。B細(xì)胞PARP1/2雙重缺陷并不影響V(D)J重排，但會導(dǎo)致血清IgG對非T細(xì)胞抗原的應(yīng)答水平降低[26]。PARP還可抑制B細(xì)胞在生發(fā)中心的分化與成熟[27]。但目前尚不清楚在實體惡性腫瘤中PARP抑制劑如何影響B(tài)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和免疫球蛋白的產(chǎn)生。

2.3 對NK細(xì)胞的影響NK細(xì)胞能夠在抗原暴露前殺死腫瘤細(xì)胞，在抗腫瘤免疫應(yīng)答中起關(guān)鍵作用。腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)是NK細(xì)胞的關(guān)鍵效應(yīng)分子，已被證明可以阻止腫瘤的發(fā)生、生長和轉(zhuǎn)移[26]。Olaparib 和Veliparib能夠上調(diào)多種癌細(xì)胞(白血病、卵巢癌和肺癌細(xì)胞等)表面促凋亡分子Fas及死亡受體5(DR5)的表達(dá)，使得癌細(xì)胞對TRAIL誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡更加敏感[28]。Olaparib可能通過上調(diào)BRCA野生型或突變型前列腺癌細(xì)胞表面死亡受體TRAIL-R2的表達(dá)，增強(qiáng)其對NK細(xì)胞的敏感性(如圖1)[29]。在人急性髓細(xì)胞性白血病移植小鼠模型中，敲除或抑制PARP1可誘導(dǎo)耐藥白血病干細(xì)胞上NKG2D配體的表達(dá)，該配體是NK細(xì)胞抗腫瘤免疫的關(guān)鍵介質(zhì)，繼而促使NK細(xì)胞定點清除白血病干細(xì)胞并抑制白血病的發(fā)生[26，30]。這些證據(jù)表明PARP抑制劑在NK細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫中占有一席之地。

2.4 對樹突狀細(xì)胞(DC)的影響DC是腫瘤微環(huán)境中關(guān)鍵的抗原呈遞細(xì)胞，能夠激活并誘導(dǎo)T細(xì)胞分化[27，31]。Olaparib能夠顯著增加成熟DC的比例并增強(qiáng)其抗原遞呈能力[12]。在BRCA缺陷的卵巢癌和三陰性乳腺癌小鼠模型中，Olaparib能夠激活腫瘤細(xì)胞cGAS/STING通路，從而激活DC中TBK1/IRF3信號(如圖1)[6-7，11-12]。此外，與單PARP1缺陷、單PARP2缺陷或正常對照小鼠相比，PARP1/2雙重缺陷的乳腺癌小鼠癌組織中CD11b+DC百分比更高[11，16]。但上述結(jié)論皆為PARP及其抑制劑對DC募集和功能的間接影響，目前尚未有其直接影響DC功能的證據(jù)。有趣的是，在自身免疫性腦脊髓膜炎小鼠模型中，PARPi能夠直接抑制小鼠骨髓源性DC的NF-κB活化以及成熟，繼而影響DC的遷移和抗原遞呈功能，降低疾病嚴(yán)重程度和復(fù)發(fā)率[28，32]。

2.5 對腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)的影響TAM是構(gòu)成腫瘤微環(huán)境的重要免疫細(xì)胞。巨噬細(xì)胞具有高度異質(zhì)性，在被招募、遷移至腫瘤間質(zhì)后，可以通過改變自身的免疫表型來適應(yīng)腫瘤微環(huán)境，包括促腫瘤表型M2型和抗腫瘤表型M1型[33]。M1型的主要作用是驅(qū)動Th1反應(yīng)，具有對微生物和腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性。M2型(又稱替代激活的巨噬細(xì)胞)可被IL-4或M-CSF激活，生成精氨酸酶-1，將精氨酸分解為鳥氨酸,促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的形成,促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。M2型巨噬細(xì)胞還可通過分泌IL-10等抗炎因子抑制炎癥，通過分泌血管生成相關(guān)因子參與腫瘤血管的生成和細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，通過下調(diào)M1型巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的功能和適應(yīng)性免疫來控制炎癥反應(yīng)，發(fā)揮促腫瘤作用[34]。巨噬細(xì)胞具有吞噬腫瘤細(xì)胞并呈遞腫瘤特異性抗原以誘導(dǎo)適應(yīng)性抗腫瘤免疫的潛力[35]。靶向TAM已成為潛在的腫瘤免疫治療新策略。

巨噬細(xì)胞的代謝途徑與其表型和功能密切相關(guān)，M1型主要表現(xiàn)為糖酵解增強(qiáng)、谷胱甘肽水平升高，M2型脂肪酸氧化水平增強(qiáng)[36-37]。巨噬細(xì)胞的特性使它們?nèi)菀资艿蕉喾N壓力和損傷的影響。PARP1可以保護(hù)巨噬細(xì)胞免于氧化誘導(dǎo)的死亡[38]，可以通過與MLL1甲基轉(zhuǎn)移酶的相互作用抑制IL-6的轉(zhuǎn)錄[39-40]。在BRCA缺陷的乳腺癌中，PARP抑制劑通過影響TAM的代謝，進(jìn)而影響其免疫抑制程度[41]。TAM可能會抑制PARP抑制劑誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞DNA損傷，從而減弱sting依賴的抗腫瘤免疫[42](如圖1)。但是，目前關(guān)于PARP抑制劑對巨噬細(xì)胞直接作用的報道較少，作用機(jī)制也不清楚。

圖1 PARP抑制劑對于各類免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用以及對腫瘤細(xì)胞的影響

3 PARP抑制劑的主要毒副作用

3.1 血液系統(tǒng)不良反應(yīng)除了修復(fù)DNA，PARP1還參與了骨髓和血液系統(tǒng)細(xì)胞的分化，以及血小板的生成；PARP2也被證實在紅系細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用[43]。PARP抑制劑大部分的3或4級不良反應(yīng)為血液學(xué)不良反應(yīng)，主要包括貧血、血小板減少、中性粒細(xì)胞減少等，也是導(dǎo)致減量、中斷和停止用藥的最主要原因。貧血是PARP抑制劑最常見的不良反應(yīng)，可能與藥物靶向PARP2有關(guān)。在3期維持試驗中，接受Olaparib、Niraparib和Rucatinib治療的卵巢癌患者貧血發(fā)生率分別為44%、50%和37%，3或4 級不良反應(yīng)發(fā)生率分別為19%、19%和25%[6,44-45]；血小板減少發(fā)生率為14%、61%和27%，3或4級血小板減少的發(fā)生率為1%、34%和5%，常發(fā)生在治療的第一個月[44,46]。血小板計數(shù)是Niraparib劑量調(diào)整的重要指標(biāo)[47]。中性粒細(xì)胞減少總發(fā)生率為18%～30%，其中4%～20%為3或4級不良反應(yīng)[45]?？傊?，臨床推薦PARP抑制劑治療的第1個月應(yīng)每周監(jiān)測全血細(xì)胞計數(shù)，治療第1年為每月監(jiān)測，之后進(jìn)行定期監(jiān)測。如因發(fā)生3或4級血液系統(tǒng)不良反應(yīng)導(dǎo)致治療暫停，在恢復(fù)用藥后，應(yīng)每周監(jiān)測全血細(xì)胞計數(shù)，直到恢復(fù)至正常水平。

3.2 消化系統(tǒng)不良反應(yīng)惡心是最常見的消化系統(tǒng)不良反應(yīng)，發(fā)生率為70%～76%，其他常見胃腸道不良反應(yīng)包括便秘、嘔吐和腹瀉，1或2級不良反應(yīng)多見，僅3%～4%的患者發(fā)生3或4級不良反應(yīng)[44,46]。為了防止消化系統(tǒng)不良反應(yīng)，可預(yù)防性使用止吐藥物，如5-羥色胺拮抗劑。如果患者出現(xiàn)突發(fā)性惡心、嘔吐癥狀，可以依次添加不同類別的止吐藥，包括甲氧氯普胺、地塞米松等[48]。持續(xù)惡心需要接受止吐藥物治療，如果影響正常生活和(或)體重降低超過5%，在排除其他原因后，需降低PARP抑制劑劑量[49]。

3.3 腎毒性PARP抑制劑的腎毒性主要表現(xiàn)為血肌酐升高。根據(jù)臨床數(shù)據(jù)，使用Rucatinib的患者血肌酐升高發(fā)生率為15%[44]，Olaparib為11%[45]，Niraparib未見相關(guān)報道。PARP抑制劑可能是通過抑制MATE1和MATE2-K腎轉(zhuǎn)運蛋白，使肌酐分泌異常增強(qiáng)，導(dǎo)致腎毒性[44]。因此，PARP抑制劑用藥初始即應(yīng)檢查患者電解質(zhì)水平，在治療過程中，腎小球濾過率正常時可不減量繼續(xù)治療，若肌酐水平升高且腎小球濾過率下降，則需中斷治療，并評估腎功能損傷程度[50]。

3.4 其他不良反應(yīng)疲勞發(fā)生率為59%～69%，大部分癥狀為1或2級[44,46]。實驗室指標(biāo)常見異常為膽固醇和血清轉(zhuǎn)氨酶升高[51]。不常見的毒副作用包括神經(jīng)毒性、呼吸道毒性、肌肉骨骼疼痛、皮膚毒性、心血管毒性等，大多數(shù)癥狀并不嚴(yán)重，對癥處理可緩解。

4 展望

從發(fā)現(xiàn)PARP抑制劑與BRCA的合成致死機(jī)制到PARP抑制劑獲得批準(zhǔn)，共歷經(jīng)了十余年。如今，PARP抑制劑仍然是一個熱門的研究領(lǐng)域，多項臨床試驗正在進(jìn)行，主要用于BRCA突變的卵巢癌和HER2陰性轉(zhuǎn)移性乳腺癌的治療。腫瘤細(xì)胞可能通過多種機(jī)制對PARP抑制劑產(chǎn)生抗藥性，原因包括BRCA基因突變使HRR缺陷得到恢復(fù)、PARP基因突變導(dǎo)致PARP蛋白缺失、PD-L1表達(dá)上調(diào)[52]。Veliparib聯(lián)合化療治療高分化漿液性卵巢癌獲得了較為滿意的臨床緩解[53]，但是兩者聯(lián)合產(chǎn)生的骨髓抑制也是需要解決的難題。Olaparib引起的DNA損傷擴(kuò)增可增加腫瘤突變負(fù)荷，進(jìn)而通過上調(diào)PD-L1增強(qiáng)腫瘤免疫原性。臨床試驗中Olaparib、Niraparib與抗PD-L1單抗的聯(lián)用也獲得了良好的抗癌效果[54-55]。未來研究的重點將是通過聯(lián)合用藥方案，使PARP抑制劑產(chǎn)生更大價值和療效，并盡可能地削弱PARP抑制劑聯(lián)合治療的毒副作用。