靶向ATM-TRMT10A-BRCA1轴：为去势抵抗性前列腺癌PARP抑制剂治疗提供新型合成致死策略

本研究针对缺乏BRCA1/2突变的转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者对PARP抑制剂（PARPi）响应有限的临床难题，揭示了ATM磷酸化TRMT10A（Ser28）并通过USP10稳定化的新机制，证明靶向USP10-TRMT10A-BRCA1轴可诱导同源重组修复缺陷（HRD），显著增强PARPi疗效，为拓展PARPi受益人群提供了创新性的联合治疗策略。

　　

前列腺癌是全球男性癌症相关死亡的第五大原因，而转移性去势抵抗性前列腺癌（metastatic castration-resistant prostate cancer, mCRPC）是其最致命的阶段。尽管针对雄激素受体（AR）通路的治疗（如恩杂鲁胺或阿比特龙）最初有效，但耐药性几乎不可避免，导致患者预后极差，中位总生存期仅31至36个月。因此，开发针对mCRPC的新型靶向治疗策略迫在眉睫。

聚（ADP-核糖）聚合酶抑制剂（PARP inhibitors, PARPis）通过“合成致死”机制选择性杀死同源重组修复（Homologous Recombination Repair, HRR）缺陷的癌细胞，如携带BRCA1或BRCA2突变的肿瘤。基因组研究表明，20-30%的转移性前列腺肿瘤存在DNA损伤反应（DNA Damage Response, DDR）基因（如BRCA1、BRCA2和ATM）的改变，使它们对PARPis敏感。然而，BRCA1/2缺陷仅占mCRPC的10-15%，限制了PARPis的广泛应用。因此，探索治疗无BRCA突变mCRPC的其他方法至关重要。

在此背景下，发表在《SCIENCE ADVANCES》上的这项研究瞄准了上述临床挑战。研究人员通过整合DNA损伤数据集与前列腺癌相关数据库，筛选出23个候选基因，其中TRMT10A——一个已知的tRNA甲基转移酶——作为DDR通路的潜在调控因子脱颖而出。他们发现TRMT10A在mCRPC中通过去泛素化酶USP10稳定而上调，并揭示了其独立于甲基酶活性、通过ATM-TRMT10A-BRCA1信号轴调控HR修复和PARPi敏感性的全新功能。

为开展研究，作者团队运用了多种关键技术方法：利用癌症基因组图谱（TCGA）和基因表达汇编（GEO）数据库进行生物信息学分析；采用免疫组织化学（IHC）对54例患者样本进行蛋白表达检测与预后关联分析；通过shRNA介导的基因敲降和过表达技术在多种前列腺癌细胞系（如22Rv1、DU145、C4-2、PC-3）中进行功能获得与缺失实验；使用DR-GFP/EJ5-GFP报告系统定量评估同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）修复效率；通过免疫荧光显微镜观察DNA损伤焦点（如γ-H2AX、BRCA1、RAD51焦点）的形成与动态变化；利用免疫共沉淀（Co-IP）和蛋白质印迹法（Western blot）分析蛋白相互作用、磷酸化及泛素化修饰；开展细胞源性异种移植（CDX）和患者源性异种移植（PDX）模型进行体内药效评估；并使用小分子抑制剂（如olaparib, spautin-1, KU-55933）进行药理干预和协同效应分析。研究所用患者样本队列来自医院收集的临床标本和已建立的PDX模型。

TRMT10A is up-regulated in patients with mCRPC and is associated with PARPi response

研究人员发现TRMT10A在前列腺癌肿瘤组织中的表达显著高于正常组织，且其表达水平随着肿瘤分期的严重程度而增加，在转移性前列腺癌和去势抵抗性患者中尤为明显。对54例患者样本的IHC分析证实，TRMT10A高表达与更短的总生存期显著相关。在细胞系中，TRMT10A表达水平与对PARPi olaparib的耐药性呈正相关，表明TRMT10A可能作为预测PARPi反应的生物标志物。

TRMT10A deficiency sensitizes PCa to PARPis

通过敲低和过表达实验，研究团队证实TRMT10A缺失显著增强了多种前列腺癌细胞系（22Rv1、DU145、C4-2）对olaparib的敏感性，而其过表达则诱导了耐药性。体内实验进一步证明，在DU145异种移植模型中，TRMT10A敲低联合olaparib治疗可有效抑制肿瘤生长。此外，TRMT10A缺失还增强了细胞对ATR抑制剂和化疗药物紫杉醇的敏感性。

TRMT10A deletion impairs BRCA1 recruitment and HR repair

机制探索表明，TRMT10A缺失并不影响DNA双链断裂（DSBs）的初始产生（γ-H2AX焦点形成），但严重损害了其后续修复，导致γ-H2AX焦点持续存在。通过GFP报告系统，发现TRMT10A敲低 specifically 降低了HR修复效率，同时增加了NHEJ和微同源介导的末端连接（MMEJ）活性。进一步研究发现，TRMT10A缺失并不影响早期DNA损伤信号蛋白（如MRE11, RAD50, NBS1, MDC1, RNF8, RNF168）的招募，但特异性地削弱了BRCA1和RAD51在损伤位点的聚焦，表明其功能位于DNA损伤信号级联的下游，专门调控HR修复。

TRMT10A regulates DNA repair independently on its tRNA m¹G9 methyltransferase activity

TRMT10A已知的功能是催化tRNA第9位鸟苷的N¹-甲基化（m¹G9）。然而，研究人员引入其甲基转移酶功能缺失突变体（G206R）后发现，该突变体仍能恢复BRCA1/RAD51焦点形成和HR修复效率。这表明TRMT10A在调控DNA修复中的作用独立于其经典的甲基酶活性。

ATM phosphorylates TRMT10A at Ser²⁸ and promotes the interaction between TRMT10 and BRCA1

生物信息学分析提示TRMT10A的Ser²⁸位点位于保守的ATM/ATR磷酸化 motif（pSQ/TQ）中。实验证实，在DNA损伤后，ATM确实磷酸化了TRMT10A的Ser²⁸位点。重要的是，这种磷酸化是TRMT10A与BRCA1发生相互作用所必需的。Co-IP实验显示，DNA损伤后TRMT10A与BRCA1的结合增强，而磷酸化缺陷突变体（S28A）则完全丧失了与BRCA1结合的能力。

Phosphorylation of TRMT10A is essential for BRCA1 recruitment and HR repair

功能回复实验证实，回补野生型TRMT10A可挽救因其敲低导致的HR修复缺陷和BRCA1/RAD51招募障碍，而回补磷酸化缺陷突变体（S28A）则无法实现挽救。相应地，S28A突变体也无法逆转由TRMT10A敲低带来的PARPi增敏效应。这些结果确立了ATM介导的TRMT10A Ser²⁸磷酸化在其调控HR修复和PARPi敏感性中的核心作用。

USP10 interacts with and stabilizes TRTM10A

为了探究TRMT10A在mCRPC中上调的机制，研究人员发现去泛素化酶USP10与TRMT10A相互作用。USP10敲低会导致TRMT10A蛋白水平降低，而这种降低可被蛋白酶体抑制剂MG132所逆转。CHX追踪实验表明USP10敲低加速了TRMT10A的降解。此外，USP10敲低增加了TRMT10A的泛素化水平。临床样本分析显示USP10与TRMT10A蛋白表达呈正相关。这些结果表明USP10通过去泛素化并稳定TRMT10A来维持其蛋白水平。

USP10 knockdown leads to HR repair impairment

正如预期，USP10敲低也导致了HR修复效率下降，BRCA1/RAD51焦点形成减少，并增强了细胞对PARPi的敏感性。这与其上游调控因子TRMT10A的表型一致。

USP10 inhibitor spautin-1 treatment leads to TRMT10A degradation and HR deficiency

研究人员进一步使用USP10的小分子抑制剂spautin-1进行药理验证。处理细胞后，TRMT10A蛋白水平以剂量依赖性方式下降，且该效应可被MG132逆转，但不影响其mRNA水平。Spautin-1处理同样损害了HR修复，减少了BRCA1/RAD51的招募。最重要的是，spautin-1与olaparib联合使用时，在体外细胞系（22Rv1, C4-2）和体内CDX模型（22Rv1）中均表现出强大的协同抗肿瘤效应，显著抑制了肿瘤生长并诱导了细胞凋亡和DNA损伤。值得注意的是，联合治疗在非肿瘤细胞中和在小鼠体内都展现了良好的安全性，未显著加重olaparib单药已存在的轻度血液学毒性。

PARPi and USP10 inhibitor synergistically inhibits tumor growth in mCRPC

研究的最终转化价值在高TRMT10A/USP10表达的mCRPC患者来源异种移植（PDX）模型中得到验证。在两个独立的PDX模型（#546和#1092）中，olaparib与spautin-1的联合治疗相较于单一药物，显著更强地抑制了肿瘤生长，证明了该联合策略的临床前疗效。

讨论与结论

本研究系统地揭示了一条全新的ATM-TRMT10A-BRCA1信号轴在调控前列腺癌DNA同源重组修复和PARP抑制剂敏感性中的核心作用。其主要结论和重要意义在于：

1. 1.
   发现新功能：首次揭示了tRNA甲基转移酶TRMT10A的一个独立于其酶活性的新功能——作为DNA损伤应答中的关键调控因子，其功能缺失会导致HR缺陷（HRD）。
2. 2.
   阐明新机制：详细阐明了其机制：DNA损伤后，ATM kinase磷酸化TRMT10A的Ser²⁸位点，磷酸化的TRMT10A进而促进BRCA1招募至DNA损伤位点，从而保障有效的HR修复。
3. 3.
   解析上调机制：发现了TRMT10A在mCRPC中高表达的上游机制，即被去泛素化酶USP10稳定化。
4. 4.
   提出新策略：创新性地提出了靶向USP10（使用其抑制剂spautin-1）来诱导TRMT10A降解，从而人为制造“BRCAness”表型（HRD状态），进而使原本对PARPi不敏感的mCRPC肿瘤变得高度敏感。
5. 5.
   验证有效性：通过大量的体外细胞模型、体内CDX模型以及更接近临床的PDX模型，充分证明了联合使用USP10抑制剂（spautin-1）和PARPi（olaparib）是一种高效且协同的抗癌策略。
6. 6.
   拓展受益人群：该研究为解决“如何让缺乏BRCA1/2突变的mCRPC患者从PARPi治疗中获益”这一临床难题提供了强有力的理论依据和极具转化潜力的解决方案，有望显著扩展PARPi的适用患者群体，是精准癌症治疗领域的一个重要进展。

总之，这项研究不仅深化了对DNA损伤修复调控网络的理解，更重要的是，它开辟了一条全新的治疗途径，为改善mCRPC患者的预后带来了新的希望。