全球每年有近60萬(wàn)人因肝癌死亡，在所有癌癥的死亡人數(shù)中排名第二(1)；而由于乙肝流行等因素，中國(guó)成為世界范圍內(nèi)的肝癌高發(fā)地區(qū)，肝癌發(fā)病率約為歐美國(guó)家的4倍。在所有不同類型肝癌中，肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）最為常見。由于缺少有效的分子靶向治療手段，HCC的致死率依然居高不下，5年生存率僅為10%
DNA雙鏈斷裂（DNA double strand breaks, DSBs）是對(duì)機(jī)體危害最大的DNA損傷類型，這種損傷由獨(dú)立且互相競(jìng)爭(zhēng)的同源重組 (Homologous recombination, HR）和非同源末端連接（Nonhomologous end joining, NHEJ）來(lái)修復(fù)，以維持基因組的穩(wěn)定性。DNA修復(fù)能力下降引發(fā)的基因組不穩(wěn)定現(xiàn)象是包括肝癌在內(nèi)的多種腫瘤發(fā)生的重要誘因
2020年 10月5日，同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院毛志勇團(tuán)隊(duì)和孫方霖團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Proceedings of the National Academy of Sciences上在線發(fā)表了題為 Rational combination therapy for hepatocellular carcinoma with PARP1 and DNA-PK inhibitors 的工作，該研究工作首次利用小鼠報(bào)告模型在體內(nèi)比較了HCC和癌旁組織的DSB修復(fù)能力，發(fā)現(xiàn)：HCC中 HR 和 NHEJ 修復(fù)效率均顯著上調(diào)，而PARP1 和 DNA-PKcs是介導(dǎo)該變化的關(guān)鍵基因。進(jìn)一步的研究提示：同時(shí)靶向抑制 PARP1 和 DNA-PKcs 酶活顯著抑制了小鼠原位HCC和人HCC的PDX模型的增殖，提示其具有重要的潛在臨床應(yīng)用價(jià)值。
研究團(tuán)隊(duì)將基于綠色熒光蛋白 GFP 建立的檢測(cè)HR的報(bào)告載體整合到小鼠基因組Rosa26位點(diǎn)（圖1）,建立了體內(nèi)檢測(cè)HR效率的報(bào)告小鼠模型，同時(shí)結(jié)合Gorbunova教授課題組贈(zèng)予的NHEJ報(bào)告小鼠模型
圖1 HR檢測(cè)報(bào)告載體
為探究 HR 和 NHEJ 在癌組織中提升的原因，研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了小鼠癌組織及癌旁組織中DSB修復(fù)通路中各蛋白的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)：關(guān)鍵修復(fù)因子PARP1 和 DNA-PKcs 的表達(dá)顯著提升。而團(tuán)隊(duì)成員利用大量臨床標(biāo)本進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：上述兩種蛋白在人類HCC中依然呈現(xiàn)明顯的表達(dá)上調(diào)，暗示其在DSB修復(fù)的激活和肝細(xì)胞癌發(fā)展維持中扮演了重要角色。進(jìn)一步研究顯示：利用PARP1 抑制劑olaparib 和 DNA-PKcs 抑制劑NU7441同時(shí)處理HCC細(xì)胞可以極大地抑制其 HR 和 NHEJ 修復(fù)能力。更為重要的是，聯(lián)合應(yīng)用olaparib 和NU7441，或同時(shí)敲降 PARP1和DNA-PKcs都可協(xié)同抑制HCC細(xì)胞的增殖，證明二者可作為治療HCC的潛在靶標(biāo)。后續(xù)的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，olaparib 可通過抑制 PARP1酶活，從而阻礙 ALC1 在損傷位點(diǎn)的募集，繼而延緩損傷位點(diǎn)周圍核小體的清除，最終抑制 RPA2 和 RAD51 在損傷位點(diǎn)的招募。最后，研究團(tuán)隊(duì)基于小鼠原位HCC和人HCC PDX模型，進(jìn)一步證實(shí)了olaparib 和 NU7441 聯(lián)用通過靶向DSB修復(fù)以治療HCC的巨大潛力（圖2）。
圖2 Olaparib和NU7441聯(lián)合療法高效抑制HCC
綜上所述，該研究團(tuán)隊(duì)建立了體內(nèi)檢測(cè)肝細(xì)胞DSB修復(fù)效率的新方法。本項(xiàng)研究中建立的小鼠模型有助于腫瘤、衰老以及其它研究領(lǐng)域深入探索體內(nèi)環(huán)境下DSB變化及其調(diào)控機(jī)制。此外，該工作發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致HCC中DSB能力提升的關(guān)鍵基因 PARP1和 DNA-PKcs，并闡明了HCC中PARP1調(diào)控HR的機(jī)制。本項(xiàng)研究中olaparib和 NU7441聯(lián)合療法的成功臨床前應(yīng)用提示：靶向DSB修復(fù)在HCC治療中具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。此外，該研究亦拓寬了 PARP1抑制劑在腫瘤治療中的應(yīng)用，也為HCC的后續(xù)治療提供了重要的理論基礎(chǔ)。
同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后王晨博士、博士研究生唐歡胤、附屬第一婦嬰保健院助理研究員耿安珂博士、東方肝膽外科醫(yī)院戴炳華醫(yī)生為本文的共同第一作者。同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院毛志勇教授、孫方霖教授和蔣穎副教授為本文的共同通訊作者。此外，毛志勇教授課題組的多名老師和同學(xué)，高紹榮教授課題組的多名老師和同學(xué)，同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院萬(wàn)小平教授、賀其志主任，浙江大學(xué)藥學(xué)院朱虹教授，東方肝膽外科醫(yī)院楊甲梅教授及中南大學(xué)附屬湘雅醫(yī)學(xué)院譚嶸博士課題組多名成員均參與了該項(xiàng)工作。該研究成果得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃、上海市教委與上海市教育發(fā)展基金會(huì)“曙光”計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/10/02/2002917117
1. L. A. Torre, F. Bray, R. L. Siegel, J. Ferlay, J. Lortet‐Tieulent, A. Jemal, Global cancer statistics, 2012. Ca Cancer J Clin. 65, 87–108 (2015).
2. S. F. Altekruse, K. A. McGlynn, M. E. Reichman, Hepatocellular Carcinoma Incidence, Mortality, and Survival Trends in the United States From 1975 to 2005. J Clin Oncol. 27, 1485–1491 (2009).
3. N. C. Teoh, Y. Y. Dan, K. Swisshelm, S. Lehman, J. H. Wright, J. Haque, Y. Gu, N. Fausto, Defective DNA strand break repair causes chromosomal instability and accelerates liver carcinogenesis in mice. Hepatology. 47, 2078–2088 (2008).
4. G.-Y. Liou, P. Storz, Reactive oxygen species in cancer. Free Radical Res. 44, 479–496 (2010).
5. H. Gaillard, T. García-Muse, A. Aguilera, Replication stress and cancer. Nat Rev Cancer. 15, 276–289 (2015).
6. A. Vaidya, Z. Mao, X. Tian, B. Spencer, A. Seluanov, V. Gorbunova, Knock-In Reporter Mice Demonstrate that DNA Repair by Non-homologous End Joining Declines with Age. Plos Genet. 10, e1004511 (2014).