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PART.1
DDR與合成致死
DNA損傷應(yīng)答（DNA damage response，DDR）在維持基因組穩(wěn)定方面起到重要作用。在外界壓力（UV輻射、電離輻射、化學(xué)物質(zhì)等）或內(nèi)源性因子（復(fù)制錯(cuò)誤、細(xì)胞代謝、氧化應(yīng)激等）的刺激下，細(xì)胞DNA受到損傷，最終可能導(dǎo)致DNA單鏈或雙鏈斷裂[1]。為了修復(fù)DNA的損傷，細(xì)胞內(nèi)存在多種復(fù)雜、精確的修復(fù)途徑來維持基因組穩(wěn)定和細(xì)胞存活，包括非同源末端連接（non-homologous-end-joining，NHEJ）、同源重組（homologous recombination，HR）、錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair，MMR）、核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER）、堿基切除修復(fù)（base excision repair，BER）、跨損傷修復(fù)（translesion synthesis，TLS）、鏈間交聯(lián)（interstrand crosslinks，ICL）[2]。
圖1 主要DNA修復(fù)途徑的關(guān)鍵傳感器、信號(hào)和效應(yīng)蛋白[2]
相比于正常細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞通常在DNA損傷修復(fù)通路中存在缺陷，使得快速增殖的腫瘤細(xì)胞更加依賴于特定的某一修復(fù)途徑，因此腫瘤細(xì)胞對(duì)特定的DDR抑制更加敏感[3]。DDR抑制劑能夠以“合成致死”方式起作用，選擇性地殺死癌細(xì)胞，同時(shí)保留正常細(xì)胞，提供了一種可以區(qū)分腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的腫瘤靶向治療策略[3]。
圖2 合成致死的作用機(jī)制
注：?jiǎn)为?dú)抑制或缺乏A或B基因不影響細(xì)胞存活，而在腫瘤細(xì)胞中抑制或缺乏這兩種基因（A和B）會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡[3]
DNA損傷修復(fù)過程涉及多種蛋白，如PARP，RAD51，ATM，ATR，CHK1，WEE1，PKMYT1，DNA-PK，POLQ和USP1等，這些蛋白活性和功能的異常通常與腫瘤相關(guān)。與此同時(shí)，這些蛋白也是合成致死領(lǐng)域研究的熱門靶點(diǎn)。本文將于ATR抑制劑為例，簡(jiǎn)單介紹“合成致死”抑制劑的臨床前和臨床藥效學(xué)評(píng)估。
PART.2
ATR的生理功能
ATR的主要作用是調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和細(xì)胞周期檢查點(diǎn)激活，特別是在S期內(nèi)，以確保正常的細(xì)胞分裂，無(wú)論是在正常細(xì)胞過程還是在DNA損傷修復(fù)過程。ATR與ATRIP被招募到受阻或受損的DNA復(fù)制叉。通過解旋酶重塑其結(jié)構(gòu)以防止切割，從而保護(hù)停滯的復(fù)制叉。然后通過HR因子，如BRCA2和PALB2，來促進(jìn)DNA復(fù)制叉的修復(fù)。ATR還通過磷酸化CHK1的Ser-345以激活CHK1，隨后活性CHK1介導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯在S期或G2/M期，使DNA在細(xì)胞周期進(jìn)程之前完成修復(fù)。[1, 3-5]
當(dāng)ATR活性被抑制后，由于復(fù)制叉修復(fù)受損和積累，復(fù)制應(yīng)激增加，這導(dǎo)致DSBs的大量形成，ATM和DNA-PKcs被激活，隨后是其底物KAP1和H2AX的磷酸化以及DNA復(fù)制的不可逆崩潰，這被稱為“復(fù)制災(zāi)難”。此外，抑制ATR活性同時(shí)也影響對(duì)細(xì)胞周期檢查點(diǎn)的控制，在DNA損傷和基因組復(fù)制不完全的情況下迫使細(xì)胞過早進(jìn)入有絲分裂，導(dǎo)致染色體斷裂和有絲分裂細(xì)胞死亡[5]。
圖3 S期檢查點(diǎn)信號(hào)通路中ATR募集和激活模型[4]
抑制ATR活性既影響DNA檢查點(diǎn)反應(yīng)，又損害整體DSB修復(fù)，從而增強(qiáng)IR和DNA損傷藥物治療的療效?！昂铣芍滤馈痹硪部梢詰?yīng)用于ATR抑制，因?yàn)镻53或ATM缺陷的腫瘤細(xì)胞只能依靠ATR參與的細(xì)胞周期檢查點(diǎn)來修復(fù)DNA。選擇性抑制ATR活性將導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中DNA缺陷的積累，從而引起有絲分裂災(zāi)難。這使得ATR成為解決放療/化療耐藥性的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。[1, 3]
PART.3
ATR抑制劑的藥效學(xué)評(píng)估
目前已有多個(gè)ATR抑制劑處于臨床II期研究，進(jìn)展最快的化合物是AstraZeneca公司的Ceralasertib，該化合物針對(duì)三陰性乳腺癌或BRCA陽(yáng)性乳腺癌的一項(xiàng)臨床研究（NCT03150576）正處于II/III期階段。
表1 部分ATR抑制劑的臨床研究進(jìn)展
對(duì)于ATR抑制劑的臨床藥效分析，更多的是選擇ATR信號(hào)通路下游的效應(yīng)蛋白作為藥效學(xué)生物標(biāo)志物。例如，Berzosertib的I期臨床研究評(píng)價(jià)了5個(gè)患者腫瘤組織中pCHK1(S345)的含量，結(jié)果顯示其中4個(gè)患者在藥物治療后pCHK1水平降低30%-90%（平均67%），表明Berzosertib有效抑制ATR活性，并且該結(jié)果支持RP2D選擇（圖4）[6]。臨床前研究也在探索ATR抑制對(duì)p-ATR、p-KAP的影響，以期獲得一些能夠用于評(píng)價(jià)ATR抑制劑臨床藥效的指標(biāo)[5, 7]。
圖4 Berzosertib的藥效學(xué)生物標(biāo)志物（pCHK1）評(píng)價(jià)[6]
值得注意的是，由于ATR與多個(gè)基因（如ATM、TP53）構(gòu)成合成致死相互作用[8]，所以在ATR抑制劑的臨床研究中，通常會(huì)利用NGS或IHC檢測(cè)患者基因的突變或缺失，以此為預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物來篩選出最有可能從治療中獲益的優(yōu)勢(shì)人群[9-10]。例如，Ceralasertib的一項(xiàng)II臨床研究（NCT03780608）顯示（圖5），ATM缺失和/或同源重組修復(fù)缺陷（Sig.HRD）的患者比ATM和同源重組修復(fù)功能正?；颊叩闹形粺o(wú)進(jìn)展生存期（PFS）明顯更長(zhǎng)（5.60個(gè)月vs 1.65個(gè)月；HR 0.13，95% CI 0.045 ~ 0.39；long-rank p < 0.001）[9]。
圖5 預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物（ATM、Sig.HRD）與臨床藥效相關(guān)性分析[9]
PART.4
小結(jié)
針對(duì)DDR相關(guān)靶點(diǎn)，熙寧生物|精翰生物可提供一體化、高效的臨床生物分析服務(wù)。對(duì)于藥效學(xué)生物標(biāo)志物的檢測(cè)，已建立多種生物標(biāo)志物（pATM、pATR、pDNA-PKcs、γH2AX）的檢測(cè)方法，同時(shí)也在繼續(xù)開發(fā)其他藥效學(xué)生物標(biāo)志物（如pKAP、pCHK1/2、pCDK1等）的檢測(cè)方法，可用于“合成致死”抑制劑的臨床研究中有效性指標(biāo)的探索。對(duì)于預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物，熙寧生物|精翰生物的基因和免疫組化團(tuán)隊(duì)擁有豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可根據(jù)客戶需求，為臨床試驗(yàn)人群的富集和患者入組提供預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物的檢測(cè)服務(wù)，包括基于NGS平臺(tái)的全基因組篩查和基于IHC平臺(tái)的組織病理篩查，歡迎大家后臺(tái)留言咨詢交流。
參考文獻(xiàn)：
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