编辑推荐：
为解决 HRD 肿瘤治疗及 PARPi 耐药问题，法国居里研究所研究人员开展靶向尿嘧啶切除途径研究，发现该途径可杀死 HRD 肿瘤，为 HRD 肿瘤治疗提供新思路。
研究背景
在癌症治疗的战场上，PARP 抑制剂（PARPi）曾被寄予厚望。它利用与 BRCA1/2 突变之间的合成致死作用，获批用于治疗 BRCA1/2 突变的肿瘤，也就是同源重组缺陷（HRD）肿瘤。然而，现实却给了这一疗法沉重一击。并非所有 HRD 肿瘤患者都能从 PARPi 治疗中获益，耐药问题逐渐浮现，成为临床治疗的巨大阻碍。许多患者在耐药后无药可用，病情恶化，这一现状迫切呼唤新的治疗方案。
与此同时，尿嘧啶在肿瘤细胞基因组中的角色一直是个谜。它在肿瘤细胞基因组 DNA（gDNA）中频繁出现，但其对基因组稳定性的影响却充满争议。哺乳动物细胞进化出了复杂的尿嘧啶切除系统，其中 UNG（尿嘧啶 DNA N - 糖基化酶）和 SMUG1（单链选择性单功能尿嘧啶 DNA 糖基化酶 1）是两种主要的尿嘧啶 DNA 糖基化酶（UDGs）。它们在维持基因组稳定性方面的作用及相互关系尚不明确，这也限制了将其作为抗癌治疗靶点的研究。
在这样的背景下，法国居里研究所（INSERM U830，PSL Research University，Institut Curie）的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究，试图揭开尿嘧啶切除途径与 HRD 肿瘤治疗之间的神秘面纱。他们的研究成果发表在《Molecular Cell》期刊上，为 HRD 肿瘤的治疗开辟了新方向。
研究方法
研究人员运用了多种关键技术来探索尿嘧啶切除途径与 HRD 肿瘤的关系。在细胞实验方面，通过基因编辑技术构建了多种基因敲除和敲低的细胞系，如 UNG 敲除、NMNAT1 敲除等细胞系，以此研究相关基因缺失后的影响。利用 DNA 纤维分析、免疫荧光、免疫印迹等技术，检测 DNA 损伤、蛋白表达和定位情况。借助代谢组学分析，探究细胞内代谢物的变化。在动物实验中，使用患者来源的异种移植（PDX）模型和裸鼠移植瘤模型，评估药物在体内的疗效 。
研究结果
- UNG 和 SMUG1 在尿嘧啶切除中的相互作用受核 NAD?调控：研究人员通过一系列实验发现，SMUG1 和 UNG 在处理基因组尿嘧啶时存在相互作用。利用修饰的 DNA 纤维分析技术，发现敲低 UNG 会导致复制叉速度减慢和复制后单链 DNA（ssDNA）间隙形成，而敲低 SMUG1 能挽救这一现象，表明 SMUG1 在 UNG 缺失时会产生 ssDNA 间隙。进一步研究发现，核 NAD?在这一过程中起着关键调控作用。NMNAT1（烟酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶 1）是核 NAD?合成的关键酶，敲除 NMNAT1 会导致细胞对干扰胸苷酸合成酶（TS）途径的药物更加敏感，且 UNG2 在复制叉处的水平显著降低，SMUG1 在染色质上的保留增加。在众多 NAD?依赖的酶中，SIRT6（沉默调节蛋白 6）在细胞对 gDNA - 尿嘧啶的反应中起主要作用，可能通过控制尿嘧啶切除来维持基因组稳定性。
- SMUG1 处理尿嘧啶导致 DNA 损伤和 HR 激活：研究人员通过碱性彗星试验、免疫荧光等实验表明，当 UNG 介导的尿嘧啶切除受损时，SMUG1 对尿嘧啶的处理会导致基因组不稳定。在 UNG 敲除细胞中，dU 错掺入（misincorporation）会导致 DNA 损伤积累，且这种损伤在复制过程中尤为明显。SMUG1 与染色质的结合增强，会持续激活 PARP1，导致更多的双链断裂（DSBs）形成，进而激活同源重组（HR）。通过敲低相关蛋白发现，AP 位点（apurinic/apyrimidinic site）是介导这种基因组不稳定的关键，PARP1 参与了 gDNA - 尿嘧啶的修复过程，若修复不及时会导致复制相关的基因组不稳定。
- dU 错掺入影响 HRD 细胞的 DNA 复制和染色体稳定性：研究人员利用 BRCA2 缺陷的细胞系进行研究，发现 dU 错掺入（misincorporation）会对 HRD 细胞产生严重影响。TAS - 114 处理会增加 BRCA2 缺陷细胞中 γH2AX 焦点的数量，表明 DNA 损伤增加。联合低剂量的 FdUrd 和 TAS - 114 处理，会导致染色体断裂、碎片化以及超细微桥（UFBs）、53BP1 核体（53BP1 NBs）和微核的形成显著增加，这些现象表明 dU 错掺入导致了 HRD 细胞中 DNA 复制不足和染色体不稳定。敲低 SMUG1 能够挽救这些基因组不稳定现象，说明 SMUG1 在其中起到了关键作用。
- UNG 抑制与 BRCA1/2 突变存在合成致死效应：研究人员通过克隆形成实验等发现，抑制 UNG 或 NMNAT1 会选择性地杀死 BRCA2 缺陷的细胞，而对同源重组 proficient（HRP）细胞影响较小，这表明 UNG 或 NMNAT1 与 BRCA1/2 之间存在合成致死相互作用。同时，敲低 SMUG1 能够挽救这种合成致死效应，进一步证明了 SMUG1 在这一过程中的重要性。此外，研究还发现，无论是通过增加 dU 错掺入还是抑制 UNG 介导的切除，导致的 gDNA - 尿嘧啶积累都会导致 HRD 癌细胞死亡。
- 靶向 UNG 介导的尿嘧啶切除可杀死 PARPi 耐药的 HRD 肿瘤：针对 PARPi 耐药的问题，研究人员构建了 PARPi 耐药的细胞系和 PDX 模型。研究发现，TAS - 114 处理能够在 PARPi 耐药的 HRD 细胞中引起 DNA 损伤，且这些细胞对 TAS - 114 敏感，说明不存在交叉耐药性。无论是在细胞系还是动物模型中，抑制 UNG 或 NMNAT1 都能有效杀死 PARPi 耐药的 HRD 肿瘤细胞，这表明靶向 UNG 介导的尿嘧啶切除是克服 PARPi 耐药的有效策略。
研究结论与讨论
这项研究揭示了 UNG 在维持基因组稳定性和 HRD 细胞生存中的关键作用。UNG 能够抑制 SMUG1 的活性，防止 AP 位点积累和 DSB 形成。在 UNG 缺失的情况下，dU 错掺入导致 gDNA - 尿嘧啶积累，SMUG1 与染色质结合，引发一系列 DNA 损伤反应，最终导致 HRD 癌细胞死亡。这一发现为 HRD 肿瘤的治疗提供了新的靶点和策略，即通过抑制 UNG 介导的尿嘧啶切除，利用 gDNA - 尿嘧啶积累对 HRD 癌细胞的毒性，有望克服 PARPi 耐药问题。
然而，该研究也存在一些局限性。例如，尚不清楚 SMUG1/APE1 介导的毒性主要源于前导链还是后随链上尿嘧啶的处理，以及 APE1 产生的单链断裂（SSBs）如何转化为双链断裂（DSBs）。此外，dU 掺入在 HR 恢复的 BRCA 缺陷肿瘤模型中诱导细胞死亡的机制也有待进一步研究。
尽管如此，这项研究成果依然意义重大。它为 HRD 肿瘤的治疗开辟了新的方向，为克服 PARPi 耐药提供了潜在的解决方案，有望在未来转化为临床治疗手段，为 HRD 肿瘤患者带来新的希望。
