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这篇综述聚焦癌症治疗中合成致死（SL）策略，探讨 PARP、ATR 等常规基因靶点及其机制，分析 PI3K/AKT 等通路对癌细胞的影响，阐述临床研究现状与技术挑战，为癌症治疗提供新思路，值得关注该领域的科研人员阅读。
癌症治疗现状与合成致死策略的兴起
癌症是一种起源于不同器官或组织的恶性疾病，其特征为细胞的异常增殖，这些异常细胞还可能突破正常边界，侵袭周围组织并发生远处转移。传统的癌症治疗手段，如手术、化疗和放疗，在杀伤癌细胞的同时，往往会对周围正常组织造成损伤，尤其是对放射敏感的组织和器官，会产生不可逆的损害。因此，开发新的治疗方式以改善癌症患者的预后迫在眉睫。
随着对癌症研究的深入，靶向治疗逐渐成为许多癌症类型的新兴治疗策略。其中，基于合成致死原理的治疗策略备受关注。合成致死这一概念最早可追溯到 20 世纪 20 年代，美国遗传学家 Calvin Bridges 在果蝇杂交实验中发现了等位基因对之间的不相容性，随后 Theodore Dobzhansk 正式提出了 “合成致死” 的概念。合成致死是指单个基因缺陷不会导致细胞死亡，但当两个或多个相关基因同时出现缺陷时，就会引发细胞死亡或凋亡。这一特性为癌症治疗提供了新的方向，因为癌细胞往往存在特定的基因缺陷，利用合成致死策略可以选择性地杀死癌细胞，而对正常细胞的影响较小。
DNA 损伤修复相关的合成致死主要通路和靶点
DNA 损伤修复（DDR）在维持基因组稳定性方面起着至关重要的作用，它负责检测和修复不同类型的 DNA 损伤，并阻断细胞周期，确保 DNA 的准确修复，同时促进异常细胞凋亡。DNA 损伤修复的主要途径包括碱基切除修复（BER）、同源重组（HR）、非同源末端连接（NHEJ）、核苷酸切除修复（NER）和错配修复（MMR）。这些修复途径主要由两个不同的激酶信号级联反应协调，通过干扰 ATR-CHK1-WEE1 通路调节 M 期和 G2 期的 DNA 复制应激检查点，通过 ATM-CHK2-TP53 通路调节 S 期和 G2 期的 DNA 复制应激检查点，进而在一些细胞中诱导合成致死。下面将详细介绍与 DNA 损伤修复相关的重要合成致死靶点及其作用机制。
PARP 抑制剂
聚（ADP - 核糖）聚合酶 1（PARP1）是 PARP 家族的主要成员之一，在碱基切除修复（BER）途径中发挥着关键的 DNA 修复酶作用。PARP 抑制剂（PARPi）通过阻断 BER 途径，导致未修复的单链断裂（SSBs）积累，当 DNA 复制叉在持续的 SSB 损伤处停滞并崩溃时，最终会诱导致命的 DNA 双链断裂（DSBs）。此外，PARPi 还能通过 PARP 捕获机制，与染色质上的 PARP1 酶结合，在 DNA 断裂位点形成物理捕获，从而诱导 HR 缺陷（HRD）的肿瘤细胞死亡。在正常细胞中，DNA 双链断裂引起的基因组不稳定可以通过同源重组（HR）以姐妹染色单体的形式准确修复，因此受 PARPi 的影响较小。而携带 HR 缺陷的 BRCA1/2 突变细胞，由于其 DNA DSBs 无法通过易错的非同源末端连接（NHEJ）途径及时修复，会被 PARPi 选择性靶向并引发细胞死亡。
PARP 抑制剂是基于合成致死概念成功应用于临床的首批药物。2014 年，首个获得 FDA 批准的 PARPi 奥拉帕利（Olaparib）被用于治疗接受过三线或更多线化疗的转移性卵巢癌女性患者，以及用于 BRCA1/2 突变的卵巢癌患者在铂类化疗后达到完全或部分缓解后的维持治疗。随后，尼拉帕利（Niraparib）和卢卡帕利（Rucaparib）等也相继获批用于卵巢癌的治疗。如今，奥拉帕利的应用范围正从卵巢癌扩展到其他存在同源重组缺陷的肿瘤类型，如乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌等。然而，与大多数合成致死抑制剂一样，PARPi 在临床治疗中的益处并不持久，40% - 70% 的患者会出现获得性耐药。肿瘤细胞在长期接触 PARPi 后容易产生耐药性，其主要机制包括 HR 修复功能的恢复、复制叉稳定性的重建以及药物外排等。为了克服 PARP 抑制剂的耐药性，目前的策略主要包括联合化疗、针对 PARP 抑制剂耐药相关的脆弱性靶点进行治疗、抑制基因组不稳定性以及通过增强 PARP 抑制剂的抗肿瘤作用来延缓耐药性的发展，常用的方法是将 PARP 抑制剂与其他 DNA 损伤反应抑制剂、免疫检查点抑制剂或靶向疗法联合使用。
ATR 和 ATM 抑制剂
共济失调毛细血管扩张症突变基因 Rad3 相关（ATR）激酶是 DNA 损伤修复过程中的关键激酶之一，在 DNA 单链断裂或复制应激（RS）激活后，ATR 激酶会触发 ATR-CHK1 信号级联反应，导致细胞周期停滞在 G2 - M 期，从而修复 DNA 双链断裂，使细胞逃避凋亡。癌细胞，尤其是那些 ATM/CHK2/p53 存在缺陷的癌细胞，常常依赖 ATR 信号来维持 DNA 复制。抑制 ATR 活性不仅会损害 DNA 检查点反应，还会影响双链断裂（DSB）的整体修复机制，因此 ATR 成为了极具吸引力的癌症治疗靶点。ATR 抑制剂（ATRi）能以复制依赖和 MUS81 核酸酶依赖的方式诱导 DNA 损伤，触发 cGAS 通路，对 MMR 缺陷的细胞发挥合成致死作用。目前，多种 ATR 抑制剂正在进行 I/II 期临床试验，它们不仅作为单一疗法展现出潜力，在与其他治疗方法联合使用时，尤其是在增强放射敏感性和与免疫疗法联合方面，也显示出了显著的协同抗肿瘤活性。
共济失调毛细血管扩张症突变（ATM）激酶是 DDR 的重要调节因子，对于同源重组修复（HRR）以恢复复制叉拓扑结构至关重要。ATM 在 DNA DSBs 通过 MRN 复合物（MRE11/RAD50/NBS1）激活后，会磷酸化并激活检查点激酶 2（CHK2），阻止细胞进入 S 期，为 DNA 损伤修复提供时间。在 TP53 或 ATM 缺陷的慢性淋巴细胞白血病（CLL）细胞中，癌细胞依赖剩余的 ATR-CHK1 通路存活，使用 ATRi（如 AZD6738）抑制 ATR 信号会导致未修复的 DNA 损伤积累，最终使细胞因有丝分裂灾难而死亡。目前有五种有前景的 ATM 抑制剂进入了临床开发阶段，它们主要用于治疗实体瘤，特别是复发性多形性胶质母细胞瘤、转移性脑癌和头颈部鳞状细胞癌。此外，研究发现 DNA-PKcs 在细胞周期中通过非同源末端连接（NHEJ）修复双链断裂（DSBs）起着关键作用，其缺失会使细胞对 DSB 诱导剂敏感，DNA-PKcs 与 ATM 之间存在合成致死关系，这为 ATM 缺陷肿瘤的治疗提供了新的思路。
WEE1 抑制剂
酪氨酸激酶（WEE1）是在复制应激（RS）反应中表达的关键蛋白激酶，作为 G2 - M 细胞周期检查点的负调节因子发挥作用。当 ATR 信号通路被激活时，CHK1 激活会磷酸化 WEE1，使细胞周期蛋白依赖性激酶 CDK1（Tyr15）和 CDK2 失活，从而使细胞周期停滞在 G2/M 期。CHK1 是位于 DDR 级联中 ATR 和 ATM 下游的高度保守的丝氨酸 / 苏氨酸激酶，它通过使细胞分裂周期 25（CDC25c）失活来抑制 CDK 活性，为 DNA 修复争取时间。在癌症治疗中，使用 WEE1 抑制剂（WEE1i）可以阻止癌细胞利用 WEE1 进行 DNA 损伤修复，使癌细胞过早进入有丝分裂，增加 DNA DSBs，最终导致癌细胞死亡。
研究表明，WEE1 抑制剂阿维鲁塞替布（Adavosertib，AZD1775）对携带 p53 突变的肿瘤具有显著的合成致死作用，已被证明对多种 TP53 突变的癌症有效，包括结直肠癌、胆囊癌、乳腺癌、胰腺癌和前列腺癌等。由于 TP53 缺陷的肿瘤缺乏功能性的 G1/S 细胞周期检查点，往往过度依赖 G2/M 检查点，此时抑制 G2/M 检查点的关键调节蛋白（如 WEE1），可以引导肿瘤细胞凋亡，或通过阻断细胞周期增加对其他治疗方法的敏感性。然而，单药治疗容易产生耐药性，联合药物治疗（如 WEE1 和 PKMYT1 抑制剂联合）在卵巢癌治疗中比单药治疗更有效，WEE1 和 CHK1 抑制剂联合对 B 和 T 细胞前体急性淋巴细胞白血病（B/T - ALL）肿瘤的生长具有协同抑制作用，并能诱导肿瘤细胞凋亡。此外，WEE1i 的敏感性不受肿瘤同源重组修复（HRR）缺陷的影响，可能与早期进入 S 期的复杂生物标志物有关，包括 TP53 突变、RB1 突变和 CCND1 扩增等。为了提高抗癌治疗的疗效，需要进一步探索和优化联合药物治疗策略，尤其是针对具有特定基因突变的肿瘤。
PRMT 抑制剂
PRMT 家族是一组在细胞过程中起关键作用的酶，负责催化精氨酸的甲基化。在人体中，共有九种蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）。PRMT5 主要作为转录的负调节因子，其缺失会导致细胞周期停滞和凋亡，这是由于细胞剪接的大量失调所致。研究发现，抑制 PRMT5 可以选择性地杀死携带特定突变的癌细胞，对缺乏甲硫腺苷磷酸化酶（MTAP）的肿瘤尤其敏感。MTAP 缺失会导致其底物甲硫腺苷（MTA）积累，MTA 会占据 S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）的结合口袋，从而下调 PRMT5 介导的蛋白质对称二甲基化，降低 PRMT5 的活性，使细胞对 PRMT5 的缺失更加敏感。此外，抑制 PRMT5 会导致 DNA 损伤积累并诱导 p53 反应，表明其在癌细胞治疗中的潜在作用。在卵巢癌和非小细胞肺癌中，抑制 PRMT5 与 PARP 抑制剂联合使用具有协同作用，能够更强地杀伤肿瘤细胞，甚至使耐药的卵巢癌细胞对 PARP 抑制剂重新敏感。
然而，两种 PRMT5 抑制剂 PRT543 和 GSK3326595 的单药治疗临床试验结果并不理想，只有少数患者有良好的反应。最近的研究发现，调节 MAT2A 的活性可能为 MTAP 缺失癌症的治疗提供新策略。MAT2A 通过促进 SAM 的产生间接增强 PRMT5 的甲基化，与肝癌和结直肠癌的肿瘤进展密切相关。MAT2A 抑制剂（如 SCR - 7952）在 MTAP 缺陷癌症的体外和体内模型中均显示出强大的选择性抗肿瘤活性，与 S - 腺苷甲硫氨酸和 PRMT5 抑制剂竞争性或协同使用时，能产生协同抗肿瘤效应。目前，另一种小分子 MAT2A 抑制剂（IDE397）正在针对 MTAP 阴性实体瘤进行 I 期临床试验。
合成致死新兴疗法和新靶点
随着对 DNA 损伤反应（DDR）研究的不断深入，近年来发现了许多新的合成致死靶点，相关的小分子抑制剂在临床前研究中展现出了良好的潜力。这些新靶点为癌症治疗提供了新的机会，有望克服传统治疗方法的局限性。
DNA - PKcs、CHK1、CDK12、RAD51、POLθ 和 WRN 等靶点
DNA - PKcs 作为非同源末端连接（NHEJ）的核心成分，抑制 DNA - PKcs 可以增强放疗或化疗诱导的细胞毒性，为抗癌治疗带来新的机遇。值得注意的是，ATM 和 DNA - PKcs 同时缺陷会导致合成死亡，这表明 DNA - PKcs 抑制剂可能对 ATM 突变的肿瘤治疗也有前景。
RAD51 的高表达与肿瘤对传统治疗的耐药性密切相关，其与 BRCA2 的相互作用以及与 PARP1/2 的合成致死协同作用，进一步凸显了它作为治疗靶点的潜力。目前，RAD51 抑制剂 CYT - 0851 已进入 I/II 期临床试验，对慢性淋巴细胞白血病小鼠模型和人类癌细胞显示出选择性细胞毒性活性，单独使用或与化疗联合使用时，有望用于治疗 B 细胞血液恶性肿瘤和晚期实体瘤。
在大规模 CRISPR/Cas9 敲除和 RNA 干扰（RNAi）沉默大规模功能筛选研究的推动下，发现 WRN 抑制剂（HRO761）可诱导双链 DNA 断裂（DSB）并激活 DDR，从而导致 MSI 细胞中 WRN 的降解，选择性地促进细胞凋亡和细胞周期停滞。这表明在微卫星不稳定（MSI）肿瘤模型中，尤其是遗传性非息肉病性结直肠癌中，WRN 解旋酶的缺失会导致合成致死。
这些针对新兴合成致死靶点的小分子抑制剂，不仅有望提高癌症治疗的准确性，还可能克服 PARP 抑制剂的耐药性，为癌症患者提供更多的治疗选择。
合成致死的新机制 —— 条件通路的激活 / 过度激活
传统观念认为，抑制致癌信号通路是治疗癌症的关键，但近年来的研究发现，过度激活致癌信号通路也可能对癌细胞构成致命威胁。Chang 等人通过在 488 种癌细胞系中进行功能获得性遗传扰动实验，系统地证明了这一点。他们发现，在不同类型的癌细胞中，过度激活不同的信号通路会导致细胞出现适应性缺陷，进而抑制癌细胞的生长。
例如，在某些细胞系中，丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的过度激活会特异性抑制 BRAF 突变且高 p - MEK 水平的癌细胞生长；磷脂酰肌醇 - 3 - 磷酸 / AKT（PI3K/AKT）通路的过度激活会抑制 PIK3CA/PTEN 双突变的子宫内膜癌细胞生长；WNT/β - 连环蛋白通路的过度激活会导致 APC 突变的结直肠癌细胞选择性死亡。
在 MAPK 通路中，传统观点认为低水平的 MAPK 会抑制细胞增殖，但 BRAF（V600E）突变的黑色素瘤对 BRAF 和 MEK 激酶抑制剂几乎总会产生耐药性。研究表明，过高水平的 MAPK 活性对不同组织来源的癌细胞也是有毒性的，过度激活的 MEK1/2 - ERK1/2 级联反应在 BRAF 突变的黑色素瘤细胞系中会产生显著的细胞毒性作用，通过增加细胞内活性氧（ROS）水平可以选择性杀死耐药的黑色素瘤细胞，同时过度激活的 MAPK 还会诱导细胞以自噬的形式死亡。
在 PI3K/AKT 通路方面，在雌激素受体阳性的乳腺癌中，GATA3 和 MDM2 之间存在通过 PI3K/AKT/mTOR 信号通路的合成致死相互作用。虽然传统认为 AKT 过表达促进慢性淋巴细胞白血病（CLL）细胞的增殖和存活，但研究发现，过度激活 PI3K/AKT 信号通路会促进 CLL 细胞的氧化代谢途径，导致 ROS 过度积累，从而介导细胞死亡。
对于 WNT 通路，大多数结直肠癌（CRC）存在 WNT 通路的基因改变，如 APC 突变、CTNNB1（β - 连环蛋白）激活突变等，这些改变会促进肿瘤的初始生长。一些 WNT/β - 连环蛋白信号通路的抑制剂已成为潜在的癌症治疗药物，下调 WNT 信号可以抑制癌症进展。然而，癌细胞可以通过 DNA 损伤修复途径维持基因组稳定性来避免凋亡，从而对抗癌药物产生耐药性。研究发现，强制过度激活 WNT 通路可以选择性地破坏癌细胞的活力，表现出抗癌活性，例如组蛋白去乙酰化酶（HDACi）抑制剂可以介导 WNT 信号通路的过度激活，抑制结直肠癌细胞的增殖并诱导其凋亡。
此外，还有许多合成致死潜在靶点有待探索。例如，Daniel Durocher 等人通过对 BRCA1 和 BRCA2 缺陷细胞的基因组规模 CRISPR - Cas9 合成致死筛选发现，CIP2A 是 BRCA1 和 BRCA2 突变细胞中的关键基因；Stephen J 等人在 BRCA2 基因缺陷的背景下筛选出 FEN1 和 APEX2 为 BRCA2 的人工致死靶点；Hinze 等人利用全基因组 CRISPR/Cas9 筛选发现，Wnt 通路激活与天冬酰胺酶在耐药急性白血病中存在合成致死相互作用。
合成致死的临床研究现状
合成致死策略在临床肿瘤学中的应用日益广泛，越来越多的临床试验正在探索其在不同癌症治疗中的潜力。目前，合成致死的临床研究涵盖了多种癌症类型，并且在靶点筛选、药物研发和联合治疗等方面取得了一定的进展。
目前合成致死策略的具体应用
自最初评估 PARP 抑制剂治疗 BRCA 突变乳腺癌患者有效性的临床试验以来，基于合成致死的临床试验数量逐年增加。研究人员通过对 Trialtrove 这一营利性临床试验数据库的研究发现，约三分之一的合成致死临床试验超出了通常的研究重点，这表明合成致死在临床肿瘤学中的应用趋势不断增长。
在合成致死研究的数量方面，淋巴瘤、结直肠癌、肺癌、卵巢癌和乳腺癌位居前五。值得注意的是，在大多数实体瘤（如卵巢癌、肺癌和乳腺癌）中，DNA 损伤反应（DDR）途径驱动着合成致死研究；而在血液恶性肿瘤（如淋巴瘤和慢性淋巴细胞白血病）中，非 DDR 途径则主导着合成致死试验。
在合成致死研究中，及时获取和分析患者的组织学数据以规范组织学数据的异质性至关重要。同时，对 RNA - seq、组织学图像、DNA - seq、蛋白质组学、甲基化等多组学数据进行综合分析也非常重要，将组织学数据与临床数据相结合，有望显著提高合成致死在精准肿瘤学中的贡献。
基于统计推断，研究人员开发了一种针对肝癌的新方法 —— 合成致死识别（SiLi）。该方法能够识别肝癌中的合成致死相互作用，并确定了 272 对合成致死配对，包括 209 个不同的潜在靶点。其中，Polo 样激酶 1（PLK1）被认为具有很大的治疗潜力，对 TP53 - PLK1 合成致死配对的进一步计算和实验验证表明，抑制 PLK1 可能是<
