靶向DNA修复机制：小分子抑制剂在癌症治疗中的前沿进展与合成致死策略新突破

《NAR Cancer》：Targeting DNA repair mechanisms in cancer therapy: the role of small molecule DNA repair inhibitors

本文综述了针对癌症DNA损伤修复（DDR）通路缺陷的治疗策略，系统探讨了ATM、RAD51、RPA、MUS81、PCNA、USP1等关键靶点的小分子抑制剂研发进展。通过深入解析同源重组（HR）、非同源末端连接（NHEJ）、θ介导末端连接（TMEJ）等通路间的合成致死相互作用，揭示了PARP抑制剂（PARPi）、ATR抑制剂、POLθ抑制剂等新型疗法在BRCA突变/HR缺陷肿瘤中的协同杀伤机制。研究为克服化疗耐药、优化联合治疗方案提供了重要理论依据，标志着精准肿瘤治疗进入靶向DDR通路的新时代。

　　

癌症治疗领域正面临着一个关键挑战：如何利用癌细胞的独特弱点实现精准打击。基因组不稳定性作为癌症的典型特征，往往源于DNA损伤修复机制的缺陷。正常细胞拥有完善的DNA损伤应答（DDR）系统来维持基因组完整性，而癌细胞却通过劫持这些修复通路来维持其恶性增殖。尽管化疗、靶向治疗和免疫治疗取得了显著进展，但耐药性的出现仍然是制约疗效的主要瓶颈。

在这一背景下，靶向DNA修复通路的小分子抑制剂应运而生，不仅作为直接抗癌药物，更成为解析DNA修复分子机制的重要工具。发表于《NAR Cancer》的这篇综述系统梳理了该领域的最新进展，重点关注处于临床研究阶段的小分子抑制剂，为开发更有效、更精准的癌症治疗范式提供了重要见解。

关键技术方法概述

研究人员通过系统文献回顾和临床数据分析，整合了临床前模型（包括细胞系和小鼠异种移植模型）与临床试验（I/II期）的研究证据。重点分析了ATM抑制剂（如AZD1390）、RAD51抑制剂（如B02）、RPA抑制剂（如TDRL-505）、PCNA抑制剂（如AOH1996）、USP1抑制剂（如KSQ-4279）等小分子化合物的作用机制和疗效。同时评估了合成致死策略在不同遗传背景肿瘤（如BRCA突变、ATM缺失、MMR缺陷）中的应用价值，并探讨了生物标志物指导的患者选择和合理药物组合等优化策略。

靶向HR和NHEJ通路关键调控因子

ATM蛋白的靶向治疗

ATM（共济失调毛细血管扩张突变蛋白）是识别DNA双链断裂（DSB）的关键激酶，通过磷酸化下游蛋白参与DNA修复、细胞周期调控和凋亡。小分子ATM抑制剂主要通过靶向激酶域的ATP结合口袋发挥作用。

第一代抑制剂KU-55933之后，第二代化合物KU-60019在效能、选择性和溶解性方面有所改进，能在低微摩尔浓度下使细胞放射增敏。CP-466722是一种早期可逆性ATM抑制剂，但因脱靶活性强、半衰期短而退出临床开发。AZD0156是一种口服ATP竞争性ATM抑制剂，在BRCA突变异种移植模型中与PARPi和拓扑异构酶（TOP）I抑制剂表现出强协同作用，但由于疗效有限和溶血毒性，其I期试验（NCT02588105）提前终止。

AZD1390是新一代血脑屏障穿透性ATM抑制剂，可避免P-糖蛋白（P-gp/ABCB1）介导的外排，脑部暴露量比AZD0156高约6倍。在胶质瘤原位模型中，AZD1390联合放疗可延长生存期，正电子发射断层扫描（PET）证实其中枢神经系统（CNS）渗透性。此外，AZD1390还能通过促进胞质DNA积累、激活cGAS-STING通路、上调PD-L1和下调半乳糖凝集素-9发挥免疫调节作用，增强抗肿瘤免疫力。

RAD51的抑制策略

RAD51是HR的核心蛋白，在单链DNA（ssDNA）上形成细丝，促进与同源双链DNA的链交换，实现准确DSB修复。RAD51过表达与增强的DNA修复能力及放化疗耐药相关。

小分子抑制剂通过阻断DNA结合、防止寡聚化或破坏细丝组装来靶向RAD51。B02结合RAD51的ATP结合口袋，抑制其ATP结合依赖性链交换活性。在异种移植研究中，B02与顺铂联用显著抑制肿瘤生长。RI-1通过共价修饰RAD51寡聚化界面的半胱氨酸319破坏细丝组装，但其化学不稳定性限制了体内应用。改进后的非共价类似物RI-2代谢稳定性提高但效力降低。这些化合物虽未进入临床，但验证了RAD51作为靶点的可行性。

RPA的抑制作用

RPA（复制蛋白A）是一种异源三聚体复合物，以高亲和力结合ssDNA，在DNA复制和修复中起核心作用。RPA抑制剂可阻断RPA的DNA结合活性或干扰其蛋白质相互作用域。

NSC15520（富马罗匹胺酸）结合RPA1亚基的N端结构域（RPA70N），该区域负责招募ATR等蛋白。HAMNO同样靶向RPA70N，可防止ATR自磷酸化。TDRL-505通过高通量筛选发现，能破坏RPA与ssDNA的结合，靶向RPA1的中心OB折叠结构域。其第二代类似物TDRL-551对RPA-ssDNA相互作用的抑制效力更强。这些抑制剂在临床前研究中显示出与DNA损伤药物的协同作用。

MUS81的调控策略

MUS81（交叉连接内切酶）是一种结构特异性内切酶，通过切割霍利迪连接点等复杂DNA中间体来解析停滞的复制叉。目前尚无直接MUS81抑制剂进入临床，但表观遗传调节剂BRD4（含溴结构域蛋白4）的抑制剂可间接调控MUS81。

溴结构域抑制剂AZD5153下调癌细胞中MUS81的转录，在异种移植模型中显著抑制转移扩散。AZD5153与olaparib联用正在实体瘤和血液恶性肿瘤患者中进行评估（NCT03205176），其口服生物利用度良好，早期试验中安全性特征良好。

PCNA的靶向治疗

PCNA（增殖细胞核抗原）是一种三聚体蛋白，在DNA复制和修复中作为钳位蛋白发挥作用。AOH1996是一种小分子抑制剂，结合于三聚体-三聚体界面，将PCNA锁定在无活性构象，阻止与客户蛋白的相互作用，导致复制叉停滞、转录-复制冲突和DSB形成。临床前数据显示其对70多种实体瘤细胞系有效，目前正在进行晚期实体瘤的I期试验（NCT05227326）。

ATX-101是一种细胞穿透肽，包含天然PCNA结合基序APIM（AlkB同源物2 PCNA相互作用基序）。临床前研究表明，ATX-101通过抑制肿瘤细胞DNA修复通路诱导凋亡，并显著增强铂类药物、吉西他滨和放疗的疗效。I期试验显示疾病控制率良好，未出现剂量限制性毒性。

USP1抑制剂的应用

USP1（泛素特异性蛋白酶1）去泛素化PCNA和FANCD2，后者是复制应激耐受和链间交联（ICL）修复的关键介质。USP1抑制剂可增加PCNA-Ub和FANCD2-Ub，放大复制应激，促进凋亡。

临床前抑制剂ML323选择性靶向USP1-UAF1，可增强肿瘤细胞对顺铂的敏感性。KSQ-4279（RO7623066）是首个进入临床试验的口服USP1抑制剂，在HR缺陷和PARPi耐药模型中显示出显著疗效。其他在研药物包括LAE120和ISM3091（XL309），后者正在BRCA突变卵巢癌和乳腺癌中进行I期研究（NCT05932862）。

基于合成致死策略的癌症治疗

ATR和RAD51抑制在ATM缺陷癌细胞中的应用

ATM缺陷癌细胞高度依赖ATR（共济失调毛细血管扩张和Rad3相关蛋白）来管理复制应激和DNA损伤。ATR是复制应激反应的主要调节因子，ATR抑制剂可阻断激酶域，防止CHK1等底物磷酸化，导致复制灾难。

Berzosertib（M6620，原VX-970）是首个进入临床试验的ATR抑制剂，可增强顺铂和放疗的疗效，尤其在ATM缺陷背景下。Ceralasertib（AZD6738）是一种口服生物可利用的ATR抑制剂，可与免疫疗法联合，通过增加胞质DNA激活cGAS-STING。Elimusertib（BAY 1895344）是一种强效口服ATR抑制剂，在ATM缺陷肿瘤中观察到单药活性。其他在研药物包括gartisertib（M4344/VX-803）和camonsertib（RP-3500）。

ATM缺陷癌细胞也高度依赖RAD51介导的HR。CYT-0851是进展最快的RAD51靶向临床候选药物，作为单药或与吉西他滨或卡培他滨联用进行评估（NCT03997968）。其作用机制可能主要作为MCT1抑制剂，引起代谢应激进而损害HR。

POLθ、CHK1和DNA-PKcs抑制在HRD癌症中的应用

HR缺陷（HRD）癌细胞，如BRCA1/2突变细胞，依赖易错的修复通路。POLθ（DNA聚合酶θ）介导TMEJ，是HR不可用时的修复选择。POLθ抑制剂通过阻断聚合酶活性阻止TMEJ，选择性杀死HR缺陷细胞。

ART-6043是进入临床试验的口服POLθ抑制剂，与olaparib或niraparib联用（NCT05898399）。GSK-4524101是葛兰素史克开发的POLθ抑制剂，临床前研究表明其与niraparib具有协同作用（NCT06077877）。

HRD癌细胞还依赖CHK1，后者是ATR的关键下游效应器，可稳定应激复制叉并强制执行S和G2/M检查点。Prexasertib（LY2606368）是一种静脉注射的强效ATP竞争性CHK1抑制剂，通过禁用检查点迫使细胞进入有DNA损伤的有丝分裂。LY2880070是第二代口服CHK1抑制剂，在晚期胰腺癌中与低剂量吉西他滨联用显示出疾病稳定迹象。

DNA-PK（DNA依赖性蛋白激酶）是NHEJ的核心酶，由催化亚基DNA-PKcs和DNA结合蛋白Ku70/80异源二聚体组成。DNA-PK抑制剂通过阻止快速DSB修复，增强放疗和DSB诱导药物的杀伤作用。

Peposertib（M3814）是一种口服高选择性DNA-PKcs抑制剂，可增强肿瘤对放疗和化疗的敏感性。在局部晚期头颈癌中，与顺铂-放疗联用耐受性良好；在直肠癌中，与卡培他滨-放疗联用可改善肿瘤坏死和病理反应。合理的组合包括ATR和DNA-PK抑制剂联用，以及DNA-PK抑制剂与免疫疗法联用。

PARG和TOP1抑制在BRCA缺陷癌症中的应用

PARG（聚ADP-核糖糖水解酶）是切割和去除蛋白质上PAR链的主要酶，逆转PARP活性。PARG抑制导致PAR在染色质上积累并捕获PARP-DNA复合物，从而阻碍修复。

IDE161在BRCA2缺失患者来源异种移植模型中单药治疗可显著抑制生长或导致肿瘤消退，并在PARPi耐药肿瘤中保持疗效。ETX-19477是一种小分子PARG抑制剂，在HRD或高复制应激模型中显示出广谱抗增殖活性。

TOP1抑制剂通过稳定复制过程中短暂的TOP1-DNA切割复合物，将单链损伤转化为DSB，HRD细胞无法修复这些DSB从而导致凋亡。拓扑替康和伊立替康（通过活性代谢物SN-38）是此类代表。PLX038是一种PEG化SN-38制剂，旨在改善药代动力学和肿瘤靶向性，在HRD、ATM或BRCA突变肿瘤中可增强疗效。

WRN抑制在MMR缺陷癌症中的应用

错配修复（MMR）缺陷的微卫星高度不稳定（MSI-H）肿瘤具有高突变负荷和基因组不稳定性，且高度依赖Werner综合征解旋酶（WRN）应对复制相关DNA损伤。

WRN抑制正被作为MSI-H肿瘤的选择性合成致死策略进行探索。Novartis开发的HRO761是首个首创变构解旋酶抑制剂，结合D1-D2界面口袋，将WRN锁定在闭合、非解旋构象。罗氏/基因泰克和Vividion开发的VVD-133214是一种共价变构抑制剂，靶向WRN解旋酶结构域中的半胱氨酸727。临床前数据显示其在MSI-H细胞中具有选择性致死作用。

研究结论与意义

DNA损伤修复缺陷是许多癌症的明确脆弱性，正在重塑治疗策略。通过利用通路相互依赖性，PARP、ATR、POLθ、CHK1、PARG、TOP1和WRN抑制剂等药物正从机制研究走向临床实践。这些药物可作为生物标志物筛选肿瘤的单药治疗，或通过与放疗和细胞毒性化疗联用，将可修复损伤转化为致死性DNA损伤，产生强效协同作用。

提高治疗指数是核心挑战。未来发展方向包括：（1）使用复合生物标志物进行精准患者选择；（2）合理的药物组合以破坏补偿性修复；（3）下一代模式超越基于占位的抑制，如靶向降解剂、基因组编辑方法等。随着临床数据的成熟，DDR靶向疗法有望整合到标准治疗路径中，在推进机制引导、毒性最小的精准肿瘤学承诺的同时，提高生存率和生活质量。