靶向EXO1核酸酶：范可尼贫血通路缺陷癌症的新型合成致死治疗策略

本研究针对DNA损伤修复(DDR)缺陷癌症治疗策略有限的难题，揭示了核酸外切酶EXO1与FA通路基因、BRCA1-A复合体因子及剪接因子ZRSR2之间存在合成致死相互作用。研究人员通过全基因组CRISPR筛选发现，EXO1缺失可特异性杀伤FA通路缺陷癌细胞，并证实ZRSR2缺失会抑制FANCD2单泛素化从而模拟FA表型。研究进一步证明EXO1的核酸酶活性是其合成致死效应的关键，且与PARP抑制剂、放疗具有协同增效作用。该发现为8.49%存在FA基因纯合缺失的癌症提供了新的靶向治疗方向，对拓展DDR缺陷肿瘤治疗策略具有重要临床意义。

　　

在癌症治疗领域，DNA损伤修复(DDR)通路缺陷已成为重要的治疗靶点。尽管PARP抑制剂等疗法在BRCA突变肿瘤中取得突破，但目前仍有大量存在DDR基因体细胞突变的癌症缺乏有效治疗策略。范可尼贫血(FA)通路基因在多种癌症中发生高频突变，这些肿瘤往往对传统化疗耐药且易产生基因组不稳定性。因此，探索FA缺陷癌症的合成致死相互作用，成为拓展靶向治疗的关键突破口。

这项发表于《Nature Communications》的研究由Marija Maric等科学家完成，他们发现核酸外切酶EXO1作为多功能的DNA修复酶，虽然其缺失在正常细胞中可被耐受，但在FA通路缺陷的癌细胞中却能引发合成致死效应。这一发现为治疗FA缺陷癌症提供了新的方向。

研究人员采用全基因组CRISPR-Cas9筛选技术，在慢性髓系白血病eHAP和宫颈腺癌HeLa Kyoto细胞系中构建了EXO1敲除模型，通过比较野生型和EXO1敲除细胞的遗传依赖性，识别出与EXO1缺失呈现合成致死关系的基因。研究还运用了DNA纤维分析、电子显微镜观察复制叉结构、高内涵成像分析DNA损伤标志物、细胞活力测定以及免疫印迹等多种技术方法，其中肿瘤样本数据来源于TCGA和ICGC/TCGA泛癌全基因组数据库。

Identification of cancer vulnerabilities synthetic lethal with loss of EXO1

通过全基因组CRISPR筛选，研究人员发现EXO1缺失与多个DDR通路基因存在合成致死相互作用，包括FA核心复合体基因(FANCB、FANCC、FANCE、FANCF、FANCG、FANCL、FAAP20)、FANCM复合体基因以及BRCA1-A复合体因子(FAM175A/ABRAXAS1、BRCC3/BRCC36、BABAM1/MERIT40)。验证实验表明，EXO1与FEN1、BTRR复合体(BLM、TOP3A、RMI2)以及ATM激酶的合成致死关系在进化上保守。

EXO1 is synthetic lethal with FA pathway genes and BRCA1-A complex genes, which are somatically mutated in cancers

TCGA数据分析显示，FA核心复合体和FANCM复合体基因在癌症中的纯合缺失频率达3.42%，而BRCA1-A复合体因子纯合缺失频率为1.04%。通过克隆形成实验和细胞活力测定，研究人员证实EXO1与FAAP24、APITD1、FANCG以及FAM175A、BRCC3的双重敲除可显著降低细胞活力并诱导凋亡。机制研究表明，双重敲除细胞呈现G2/M期阻滞、微核形成增加、RPA^Ser33磷酸化 foci 增多以及DNA损伤信号通路(ATM-KAP1-p53-CHK2-γH2AX)激活。

Loss of the spliceosome factor and tumour suppressor ZRSR2 phenocopies FA pathway deficiency and is synthetic lethal with loss of EXO1

研究发现剪接因子ZRSR2是EXO1最显著的合成致死相互作用因子之一。ZRSR2缺失细胞表现出自发复制应激和DNA损伤标志物增加，且FANCD2单泛素化水平显著降低。表型上，ZRSR2缺失细胞与FA缺陷细胞类似，对顺铂敏感，经丝裂霉素C处理后出现放射状染色体。遗传学实验表明ZRSR2与FA通路存在上位性，说明两者在功能上相关。

Mono and combination therapy opportunities for EXO1 inhibitor development

通过回补实验发现，EXO1的核酸酶活性(D173A突变体)对其合成致死效应至关重要。药物联用筛选显示，PARP抑制剂(奥拉帕利、维利帕利)、拓扑异构酶I抑制剂(喜树碱)和铂类药物(顺铂)与EXO1缺失具有协同作用。此外，放射治疗也能进一步增强EXO1缺失对FA缺陷细胞的杀伤效果。

Genetic drivers of EXO1 synthetic lethal interactions

基因组CRISPR救援筛选发现，DNA复制和染色体维持相关基因(GINS2、CDC6、SMC5、RRM1、TYMS)的缺失可缓解EXO1-FANCG和EXO1-ZRSR2双重敲除的合成致死效应。特别值得注意的是，胸苷酸合成酶(TYMS)抑制剂培美曲塞能特异性挽救双重敲除细胞的活力，表明复制应激是合成致死的主要驱动因素。

Deficiency in fork reversal and increase in replication fork speed drive synthetic lethality between EXO1 and FANCG

机制研究表明，EXO1-FANCG双重敲除细胞复制叉速度显著加快，且羟基脲诱导的复制叉反转能力受损。电子显微镜分析显示，双重敲除细胞在未处理条件下即出现复制叉后ssDNA间隙积累，羟基脲处理后更为明显。复制叉降解实验表明，FANCG缺失细胞的复制叉降解依赖于MRE11，而EXO1-FANCG双重敲除细胞中该表型消失。培美曲塞处理可通过降低复制叉速度来挽救双重敲除细胞的活力。

本研究系统性地揭示了EXO1与FA通路、BRCA1-A复合体以及ZRSR2之间的合成致死相互作用，证明了EXO1作为治疗靶点在DDR缺陷癌症中的广阔应用前景。研究发现约8.49%的癌症存在FA基因纯合缺失，且EXO1抑制剂与PARP抑制剂、放疗及铂类药物具有协同增效作用，这为临床治疗提供了新的组合策略。特别值得注意的是，剪接因子ZRSR2被首次发现与FA通路功能相关，其缺失可通过抑制FANCD2单泛素化模拟FA表型，这拓展了我们对剪接因子在基因组稳定性中作用的认识。

从机制角度看，研究证实EXO1-FANCG双重敲除导致的合成致死性源于复制叉反转缺陷、复制速度加快以及复制后ssDNA间隙积累。这些发现不仅揭示了EXO1在复制应激响应中的新功能，也为理解FA通路在复制叉稳定性维护中的作用提供了新视角。

该研究的重大意义在于为目前缺乏有效治疗方案的FA缺陷癌症提供了新的靶向治疗方向，同时证明了EXO1抑制剂开发的临床价值。研究结果提示，针对EXO1的 therapeutic干预可能成为FA通路缺陷癌症的精准治疗策略，有望改善这类患者的临床预后。