PARP抑制剂通过加速复制叉和促进转录冲突增强质子治疗末端效应

为解决PARP抑制剂(PARPi)与质子放疗联用时可能存在的LET依赖性效应问题，研究人员开展PARPi对高低LET质子放射增敏机制研究。发现PARPi显著增强高LET质子(BP区)的细胞毒性，通过加速复制叉、增加ssDNA缺口和促进转录-复制冲突(TRC)，导致更多错误修复。该研究为PARPi联合质子治疗的临床方案优化提供重要理论依据。

　　

放射治疗是肿瘤综合治疗的重要手段，而质子治疗因其独特的布拉格峰(Bragg Peak, BP)物理特性，能精准靶向肿瘤并减少周围正常组织损伤。然而，质子束末端的高线性能量转移(Linear Energy Transfer, LET)区域可能产生更强的生物学效应，这种效应在当前临床实践中采用固定1.1的相对生物学有效性(RBE)系数时可能被低估。更复杂的是，近年来聚ADP核糖聚合酶抑制剂(PARP inhibitors, PARPi)作为放射增敏剂被广泛研究，但其与不同LET质子治疗的协同机制尚不明确。

这一科学问题的紧迫性在一位18岁高级别胶质瘤患者的意外临床反应中得到凸显。该患者接受质子治疗联合veliparib后，在高LET区域出现严重放射性坏死。这一现象促使研究者系统探索PARPi与不同LET质子治疗的相互作用机制。

研究团队采用BRCA1/2野生型的癌细胞(U2OS、MDA-MB-231)和正常细胞(hTERT RPE-1)，通过精确控制质子束的ENT(入口区，LET_d=2.2 keV/μm)和BP区(LET_d=7.0 keV/μm)照射，结合DNA纤维分析、免疫荧光和DNA损伤信号检测等技术，揭示了PARPi的LET依赖性增敏机制。

主要技术方法

1. 1.

   克隆形成实验评估不同PARPi(veliparib/olaparib/talazoparib)对高低LET质子的放射增敏效应

2. 2.

   DNA纤维分析检测复制叉动态，S1核酸酶实验量化单链DNA(ssDNA)缺口

3. 3.

   免疫荧光分析γH₂AX、RPA32、RAD51等DNA损伤标志物

4. 4.

   流式细胞术分析细胞周期阻滞

5. 5.

   XRCC4基因敲除验证非同源末端连接(NHEJ)的作用

PARPi增强高LET质子末端效应

相比低LET质子(ENT)或光子，PARPi使细胞对高LET质子(BP)表现出显著增敏，存活分数降低2.9倍。三种PARPi均显示此效应，且与PARP捕获能力无关。

加速复制叉与转录冲突

DNA纤维分析显示，PARPi单独加速复制叉进程，而低LET辐射使其减速。意外的是，PARPi+BP质子组合反而进一步加速复制叉，伴随转录-复制冲突(TRC)增加。转录抑制剂DRB可显著减少γH₂AX焦点，证实TRC是重要损伤来源。

ssDNA缺口与复制应激

S1核酸酶实验显示PARPi+BP质子产生更多ssDNA缺口。RPA32焦点和pCHK1表达增加表明复制应激反应激活，24小时后G2/M期阻滞显著增强。

修复通路转换

高LET质子单药治疗增强RAD51招募(同源重组，HR)，而PARPi抑制此过程。53BP1焦点增加和XRCC4敲除实验证实，PARPi促使损伤转向毒性更强的非同源末端连接(NHEJ)修复。

这项研究首次阐明PARPi通过加速复制叉、促进TRC和ssDNA缺口形成，选择性增强高LET质子的细胞毒性。其核心机制是PARPi抑制PARylation导致HR修复缺陷，迫使细胞采用错误倾向的NHEJ通路。这些发现对临床实践具有重要指导意义：在PARPi联合质子治疗时，需特别关注高LET区域与关键正常组织的重叠，同时提示可策略性地增加肿瘤内LET分布以增强疗效。研究为优化PARPi联合粒子治疗的临床试验设计提供了分子基础，也为克服肿瘤放射抵抗提供了新思路。

论文发表于《International Orthodontics》，通过多学科方法将临床观察、放射物理学和分子生物学有机结合，解决了放射治疗领域的关键问题。未来需要在IDH突变胶质瘤模型和更高LET粒子中验证这些发现，并探索TRC相关生物标志物对治疗反应的预测价值。