PARP抑制劑在小細胞肺癌的研究進展

張爽 柳菁菁 楊長良 張良 李雙 暴昊 綜述 程穎 審校

1 前言

小細胞肺癌（small cell lung cancer, SCLC）是最具侵襲性的肺癌亞型，腫瘤倍增時間短，早期出現轉移，5年的生存率不足7%[1]。近40年來細胞毒性化療一直是SCLC治療的基石。雖然免疫治療為SCLC帶來新的治療選擇，但在靶向治療領域依然進展緩慢。SCLC基因組不穩定，普遍存在TP53和RB1失活，這使得腫瘤細胞的存活更加依賴DNA損傷應答和細胞周期阻滯[2]，因此針對這些途徑相應靶點的治療在SCLC充滿應用的前景。

聚腺苷二磷酸核糖多聚酶（p o l y A D P-r i b o s e polymeras, PARP）是一種脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）修復蛋白，其功能是檢測和標記DNA單鏈損傷，并連接到DNA損傷位點，合成腺苷二磷酸（adenosine diphosphate, ADP）核糖鏈，募集大量的腳架蛋白和DNA修復酶去修復單鏈的損傷[3]。當PARP功能受損時，發生持續的單鏈DNA損傷，單鏈DNA損傷不斷累積而發生雙鏈DNA斷裂，雙鏈DNA斷裂通過同源重組進行修復，如果此時同源重組受損，斷裂的雙鏈DNA將不能進行同源重組修復。乳腺癌易感基因（breast cancer susceptibility gene,BRCA）1/2是參與同源重組修復的重要基因，BRCA1/2突變的腫瘤，如果同時存在PARP功能受損就會發生協同致死作用[4,5]。在蛋白組和轉錄組的整合分析中，發現SCLC中PARP1蛋白表達上調，而且高于其他類型的肺癌[6]。雖然SCLC中BRCA1/2突變非常罕見（≤3%）[2,7]，但體外研究[6]發現SCLC細胞系對PARP抑制劑仍然敏感，提示BRCA1/2突變之外的DNA修復通路的異常也影響腫瘤對細胞對PARP抑制劑的敏感性[8,9]。目前PARP抑制劑在SCLC的研究仍然處在探索階段，研究涵蓋一線、二線和維持治療，以聯合治療為主，多為I期/II期研究，尋找能夠使SCLC從PARP抑制劑治療中獲益的潛在的標志物是研究的熱點領域。

2 PARP抑制劑單藥在SCLC中的研究

PARP抑制劑單藥在SCLC中進行了初步的嘗試。臨床前研究發現，在35種不同類型的肺癌細胞系中，SCLC細胞系對PARP抑制劑最敏感[6]，提示PARP抑制劑單藥在SCLC中值得進行探索。他拉唑帕尼（Talazoparib）是一種強效的PARP1/2抑制劑，在一項他拉唑帕尼治療實體瘤的劑量爬坡-擴增兩階段I期研究的劑量擴增階段納入了SCLC共23例，患者既往治療的中位周期數為1，患者接受他拉唑帕尼1.0 mg/d治療，其中有2例患者獲得部分緩解（partial response, PR），這2例患者應答持續時間分別為12.0周和15.3周，均為敏感復發患者；有4例患者疾病穩定（stable disease, SD），持續至少16周，臨床獲益率為26%，中位無進展生存期（progression-free survival, PFS）為11.1周[10]。奧拉帕尼（Olaparib）是第一個獲得美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration, FDA）批準上市的PARP抑制劑，在一項進行標志物篩選的SCLC傘狀研究中（SUKSES）[11]，B隊列（NCT03009682）為存在同源重組缺陷的復發SCLC患者接受奧拉帕尼單藥治療，目前納入9例患者，8例患者評價了療效，沒有完全緩解（complete response, CR）和PR的患者，2例患者最佳療效為SD，6例患者疾病進展（progressive disease, PD），這項研究仍在進行中。PARP抑制劑單藥在復發SCLC中有一定的抗腫瘤活性，在腫瘤負荷更低的經過誘導化療后疾病沒有的進展的SCLC患者中，應用PARP抑制劑進行維持治療是否能夠延緩腫瘤復發也是探索的方向之一。目前一項尼拉帕尼（Niraparib）對比安慰劑在廣泛期小細胞肺癌（extensive-stage small cell lung cancer, ES-SCLC）進行維持治療的III期研究正在進行（NCT03516084），期待這項研究能夠回答PARP抑制劑在SCLC中延緩疾病進展的意義。

3 PARP抑制劑聯合化療在SCLC中的研究

盡管臨床前研究和早期的臨床研究中看到PARP抑制劑治療SCLC的前景，然而PARP抑制劑單藥的作用非常有限，理論上與增加DNA單鏈損傷的藥物聯合應用將會進一步增加療效，發揮協同作用。在多種實體瘤中的研究中發現PARP抑制劑與DNA損傷劑替莫唑胺聯合發揮協同作用[12]。SCLC動物模型中他拉唑帕尼和替莫唑胺在1:700到1:700,000的比例聯合治療時顯著超過單藥的活性[12]。

PARP抑制劑與PARP1和/或PARP2的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸＋（nicotinamide adenine dinucleotide+, NAD+）結合，阻止PARP與DNA的分離，導致無法進行后續的DNA修復，稱為PARP捕獲（trapping）。PARP抑制劑按照PARP捕獲能力排序為talazoparib＞＞niraparib＞olaparib=rucaparib＞＞veliparib[13]。研究[14]還發現，SCLC細胞系中PAPR抑制劑的活性與PARP捕獲的能力相關，提示在SCLC中具有更高PARP捕獲的抑制劑具有更高的活性。研究者采用生物信息分析發現在SCLC細胞系中，SLFN11是與PARP抑制劑治療敏感性相關性最高的基因之一，在轉錄水平和蛋白水平均發現SLFN11高表達的SCLC對PARP抑制劑治療更敏感，而敲除SLFN11后，SCLC細胞則對PARP抑制劑耐藥[14]。人的Slfn11基因編碼的蛋白與解旋酶結構相似的，復制蛋白A（replication protein A, RPA）是真核生物單鏈DNA連接蛋白，是DNA復制，重組和DNA修復等多種DNA代謝途徑中所必須的蛋白，SLFN11以RPA依賴的模式連接到DNA損傷的部位，影響RPA-DNA復合物穩定性，繼而抑制同源重組修復[15]，PARP抑制劑在SLFN11異常表達的情況下，也會發生協同致死作用，提示SLFN11可能是PAPR抑制劑治療SCLC的療效預測標志物。

一項II期研究比較了替莫唑胺聯合維利帕尼（Veliparib）或者安慰劑治療復發SCLC的療效和安全性，研究納入104例至少接受一個方案治療的復發SCLC患者[16]，研究的主要終點是4個月的PFS。在非選擇人群中，無論是4個月的PFS率，還是中位PFS和總生存（overall survival, OS），維利帕尼聯合替莫唑胺與安慰劑聯合替莫唑胺都沒有顯著的差異。進一步的探索性分析發現，在維利帕尼聯合替莫唑胺組，與SLFN11免疫組化陰性表達的患者相比，陽性表達的患者有更長的中位PFS（5.7個月vs3.6個月，P=0.009）和OS（12.2個月vs7.5個月，P=0.014），而在替莫唑胺聯合安慰劑組，SLFN11免疫組化表達情況不影響患者的PFS和OS。這項研究也是首次在臨床研究中發現SLFN11是預測SCLC患者能夠從PARP抑制劑治療中獲益的標志物。

而一項奧拉帕尼聯合替莫唑胺治療復發SCLC的I期/II期研究[17]在標志物探索方面卻有不同的發現。這項研究納入了50例患者，確認的客觀緩解率（objective response rate, ORR）為41.7%（20/48），中位的PFS和OS分別為4.2個月和8.5個月，從初步的結果中看到奧拉帕尼聯合替莫唑胺具有非常良好的療效。這項研究中也建立了患者來源的移植瘤模型（patient-derived xenografts, PDX）探索能夠預測奧拉帕尼聯合替莫唑胺治療SCLC的分子特征。通過對PDX模型RNA的富集分析發現24個炎癥相關基因富集在對奧拉帕尼聯合替莫唑胺治療敏感的患者中，研究者選擇其中4基因［3個干擾素誘導表達的基因：CEACAM1、TNFSF10、OAS1和轉化生長因子β（transforming growth factor β, TGFβ）誘導表達的基因TGIF1］進行驗證，在奧拉帕尼聯合替莫唑胺治療敏感的PDX中CEACAM1、TNFSF10和TGIF1在表達水平顯著升高，OAS1可以作為補充的標志物，與其他基因聯合檢測增加特異性，而MYC靶基因（EIF4A1）與奧拉帕尼聯合替莫唑胺治療耐藥相關。

從上面的兩項研究中看到，SCLC不同的研究中發現的預測PARP抑制劑療效的標志物不同，這可能與不同的研究研究設計、選擇的動物模型和治療策略等因素的差異有關。

除了在復發SCLC中進行了探索，PARP抑制劑聯合化療也在ES-SCLC一線治療進行了嘗試。一項II期研究探索了化療聯合維利帕尼或者安慰劑治療一線ED-SCLC的療效和安全性，主要終點為PFS[18]，研究按照性別，乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）水平進行分層。該研究共納入了128例患者，維利帕尼聯合化療與安慰劑聯合化療在中位PFS和OS都沒有顯著的差異，亞組分析發現，男性且LDH高于正常的患者接受維利帕尼聯合化療可以獲得PFS的改善。目前對于男性且LDH升高的患者能夠從PARP抑制劑聯合標準化療中獲益也缺少生物學上的合理解釋，可能是由于這個亞組與其他亞組相比有最大的樣本量，而這個樣本量包含了足夠比例的具有某種分子異常的能夠從PARP抑制劑聯合化療中獲益的患者。從目前的PARP抑制劑聯合化療的研究中可以看到，非選擇人群中在化療的基礎上增加PARP抑制劑并沒有顯著提高療效，PARP抑制劑聯合化療治療SCLC患者只有在選擇人群中進行才有意義，現有的數據中只有SLFN11免疫組化表達是在動物模型中發現，又經過臨床研究小樣本亞組患者證實的，但是SLFN11的表達受既往化療的影響，而炎癥相關基因異常表達與PARP抑制劑療效的相關性僅在動物模型中發現并沒有在臨床研究中驗證，可見SCLC的PARP抑制劑療效預測標志物還需要進行大量的研究去明晰。

另外也有幾項PARP抑制劑聯合化療治療SCLC的研究正在進行。維利帕尼聯合拓撲替康治療復發SCLC的I期研究（NCT03227016），CRLX101（納米喜樹堿）聯合奧拉帕尼治療復發SCLC的I期/II期研究（NCT02769962），他拉唑帕尼聯合低劑量的替莫唑胺治療復發ES-SCLC的II期研究（NCT03672773），以及尼拉帕尼聯合替莫唑胺聯合作為ES-SCLC一線治療后CR/PR患者維持治療的I期/II期研究（NCT03830918）等，期待這些研究結果能夠PARP抑制劑聯合化療治療SCLC提供更多的證據支持。

4 PARP抑制劑聯合免疫治療在SCLC中的研究

最近針對程序性細胞死亡受體-1/程序性細胞死亡配體-1（programmed cell death-1/programmed cell death-ligand 1, PD-1/PD-L1）免疫檢查點的單克隆抗體在多種實體瘤中獲得突破，也為SCLC的治療帶來希望。PD-L1抑制劑阿特珠單抗（Atezolizumab）和德瓦魯單抗（Durvalumab）聯合標準化療帶來ES-SCLC生存的獲益[19,20]，建立ES-SCLC一線治療新的標準，然而與標準化療相比，2個月和2.7個月生存的延長并未使SCLC的預后得到徹底的改觀。納武單抗（Nivolumab）和帕博利珠單抗（pembrolizumab）雖然改變了SCLC三線及后線無標準治療的窘境[21,22]，然而不足20%的ORR和有限的PFS更是差強人意。聯合治療是改善免疫治療在SCLC療效的策略之一。DNA損傷與免疫應答相關，提示PARP抑制劑與免疫治療能夠發揮協同作用，是有希望的聯合策略。

存在BRCA突變或者其他同源重組缺陷的腫瘤有較高的新抗原負荷和腫瘤突變負荷，腫瘤組織中CD8/CD4增加，浸潤的免疫細胞增多，PD-L1表達上調，對于這樣的腫瘤PD-1/PD-L1抑制劑能夠增加PARP抑制劑的抗腫瘤活性[23]。另外PARP抑制劑使內源性DNA損傷累積，觸發細胞質DNA感受器環GMP-AMP合酶（cyclic GMPAMP synthase, cGAS），促進第二信使cGAMP釋放，活化STING信號，使干擾素調節因子（interferon regulating factor 3, IRF3）磷酸化，并進入細胞核，誘導炎癥相關基因轉錄表達[β-干擾素（interferon-β, IFN-β）、白細胞介素-5（interleukin 5, IL-5）、白細胞介素-10（interleukin 10,IL-10）表達]，使T細胞募集、活化，促進免疫細胞浸潤腫瘤組織，腫瘤細胞PD-L1表達上調[24-26]，誘導抗腫瘤免疫，因此PARP抑制劑與PD-1/PD-L1抑制劑相互作用，而發揮協同抗腫瘤作用。

臨床前研究發現，DNA 損傷應答（DNA damage response, DDR）抑制劑（例如PARP抑制劑和檢查點激酶1（checkpoint kinase 1, CHK1）抑制劑使SCLC細胞系PD-L1表達增加3倍以上，而且呈時間依賴性，在SCLC鼠模型中，免疫聯合DDR抑制劑使CD3+T，CD8+T顯著增加，CD4+helperT、Treg、耗竭型T細胞明顯減少，能夠顯著抑制腫瘤生長，延長鼠SCLC模型的生存時間[24]。深入的機制探索發現SCLC中內源性DNA損傷是由DDR進行修復，PARP抑制劑導致細胞質DNA釋放，活化cGAS-STING信號，顯著增強PD-1/PD-L1抑制劑的療效，這項臨床研究也探索了PARP抑制劑聯合免疫治療復發SCLC的療效。一項單臂、開放標簽奧拉帕尼聯合德瓦魯單抗治療復發SCLC的II期研究中[27]，納入20例復發SCLC患者，其中一半的患者接受2個或2個以上方案治療，60%的患者為耐藥復發的SCLC，在19例可評價療效的患者中，1例為經確認的CR，1例為PR，4例患者SD，ORR為10.5%，中位的PFS和OS分別為1.8個月和4.1個月。這項研究也進一步探索了PARP抑制劑聯合免疫治療獲益的潛在標志物，19例患者提供了治療前的標本，18例有充足腫瘤組織評估了PD-L1表達和淋巴細胞浸潤情況，發現PD-L1表達與聯合治療無顯著相關性。研究者根據患者腫瘤組織PD-L1表達和淋巴細胞浸潤情況將SCLC分為不同的免疫表型，同時評估不同免疫表型與奧拉帕尼聯合德瓦魯單抗治療療效的相關性，發現對治療有應答的患者為有成簇浸潤的T細胞廣泛的分布于腫瘤內部，同時腫瘤細胞和浸潤的淋巴細胞有PD-L1表達增加的炎癥型，提示免疫表型為炎癥型的患者可能是奧拉帕尼聯合德瓦魯單抗治療潛在獲益的人群。對獲得CR的患者進行了基因分析發現該患者存在BRCA1突變，可能與DNA損傷修復缺陷使SCLC對PARP抑制劑敏感，而免疫治療增加應答的深度，延遲了應答持續時間，使患者獲得了CR的療效，由于這項研究中預測標志物的分析受到樣本量、腫瘤標本取材時間、腫瘤的異質性等諸多的因素的影響尼拉帕尼聯合納武單抗治療復發SCLC的II期研究（NCT03958045）也正在進行，未來還需進行更多的探索。

5 總結

PARP抑制劑讓SCLC的靶向治療燃起了希望，基礎研究為PARP抑制劑在SCLC治療策略的選擇提供線索，目前PARP抑制劑在SCLC的臨床研究陸續開展，除了在復發SCLC中PARP抑制劑單藥治療外，更多的研究為PARP抑制劑聯合其他藥物治療SCLC。雖然目前的研究多為小樣本的I期/II期研究，數據非常有限，標志物的探索也沒有獲得一致的結果，但是我們看到SLFN11表達，炎癥相關基因在PARP抑制劑治療SCLC中預測療效的前景。一直以來SCLC是作為不加區分的整體進行治療的。隨著最近研究的進展，根據4個關鍵的轉錄因子表達的差異將SCLC初步分為4種亞型[28]，其中P亞型（POU 2F3高表達）潛在的對PARP抑制劑治療更敏感，隨著更多的研究開展和結果的公布，PARP抑制劑將成為SCLC實現精準治療的突破口。