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在众多癌种中，三阴性乳腺癌（TNBC）算得上是最难缠的癌症之一。虽然近几年来，免疫检查点抑制剂、PARP1抑制剂、以及靶向Trop-2和HER2的ADC药物给这个领域带来些许希望，但是都未能带来革命性的治疗效果。要走出这片泥沼，还需要发现更多有效的治疗通路。
我们知道，肿瘤细胞在凶猛生长的过程中，往往伴随着大量的DNA损伤。因此，这些细胞特别依赖于有效的DNA修复机制。以往的研究提示，在TNBC中，DNA修复可能被上调，但哪些修复途径被上调，以及如何促进TNBC的进展，并没有被充分研究。
近期，同济大学生命科学与技术学院毛志勇教授研究团队在《自然·癌症》上发表了一项重要研究。研究发现，去泛素酶USP15可以与DNA修复过程中的关键酶PARP1相互作用，使PARP1去泛素化，从而促进其稳定性，进一步刺激DNA修复，帮助TNBC细胞增殖。有趣的是，这项研究还发现，雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化【1】。
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PARP1这个靶点大家都很熟悉了，它是DNA修复过程的关键酶，可以帮助修复DNA单链断裂。而PARP抑制剂也在治疗BRCA1/BRCA2突变癌症方面取得了巨大成功。近期研究还发现，PARP1在DNA双链断裂修复、转录调控和异染色质结构维持方面也发挥着重要作用。这提示我们，在没有双链断裂修复缺陷（无BRCA1/BRCA2突变）的癌症中，PARP抑制剂似乎也具有一定的潜力。
PARP1在细胞中的稳定性受到多种生物学因素和分子机制的调控，包括泛素化、去泛素化、磷酸化等等。我们知道泛素化和去泛素化是两个相反的过程，共同参与调控蛋白质稳定性、信号传导和细胞功能的翻译后修饰过程。泛素化通常导致蛋白质的降解，而去泛素化可以将泛素从泛素化的目标蛋白质上移除，这个过程主要由去泛素酶（Deubiquitinases，DUBs）完成。
在这项研究中，研究人员通过共沉淀实验筛选了60种去泛素化酶，进而确定了USP1、USP15和USP21三种去泛素化酶与PARP1相互作用。进一步研究发现，敲除USP15会促进PARP1的泛素化，显著降低PARP1蛋白稳定性。看来USP15是为PARP1保驾护航的重要去泛素化酶。
敲除USP15会促进PARP1的泛素化
接着，研究人员收集了34个乳腺癌组织样本（18个TNBC组织和16个非TNBC组织）以及相应的正常乳腺组织。研究发现，PARP1和USP15在乳腺癌组织中的表达均上调，特别是在TNBC组织中。
在TNBC组织中，PARP1和USP15的表达分别上调约2倍，而在非TNBC组织中上调程度较小，约为1.5倍。进一步分析证实，PARP1和USP15在TNBC组织中的表达强烈相关，而在非TNBC组织中则没有显著相关性。
接下来，研究人员需要验证，USP15–PARP1轴是否真的可以加速TNBC的生长。
实验结果发现，敲除PARP1或USP15，可以使TNBC细胞对MMS处理（导致DNA损伤）更敏感。小鼠试验发现，敲除PARP1或USP15会损害移植瘤的生长，同时敲除两者没有额外的负面影响。
在USP15-KO细胞中，如果恢复PARP1的表达，则小鼠的移植瘤会恢复生长，这表明PARP1对维持癌细胞基因稳定性，以及肿瘤生长至关重要。然而，在PARP1-KO的细胞中，恢复USP15的表达，并不能恢复肿瘤细胞的生长。除此之外，通过免疫染色方法检测移植瘤样本，研究人员发现PARP1和/或USP15-KO细胞中DNA损伤累积显著。
研究人员还发现，PARP1不仅参与碱基切除修复（BER）途径，还参与其他DNA修复途径，如同源重组途径。当USP15或PARP1缺失时，可能会影响这些修复途径的效果。但是，恢复PARP1水平可能有助于挽救这些缺陷，提高癌细胞生长。
由此看来，USP15介导的PARP1稳定对TNBC细胞的生长至关重要。
那么，在USP15–PARP1这条通路上，有没有其他的调节因素发挥作用呢？答案是肯定的。研究人员惊奇地发现，雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化。
ER可以结合到USP15启动子上抑制其表达，而PR可以抑制USP15的去泛素酶活性，HER2则可以破坏PARP1与USP15之间的相互作用。在TNBC中，这三种受体的特异性缺失导致PARP1水平升高，进而提升癌细胞的基因修复能力，推动TNBC发展。看来三阴难治，不仅是因为我们缺了三个重要的治疗靶点，还因为三阴本身就可以可以加强癌细胞的基因修复能力。
除此之外，研究团队还发现了两个乳腺癌患者中的PARP1突变（E90K和S104R），它们可以增强PARP1与USP15之间的相互作用，抑制泛素化，从而提高PARP1蛋白水平。
最后总结一下，同济大学团队的这项研究，发现了TNBC细胞维持恶性生长的一个重要因素：DNA修复关键酶PARP1和去泛素化酶USP15在TNBC细胞中都上调，USP15会通过去泛素化，帮助PARP1维持稳定，从而提升TNBC细胞的基因修复。更重要的是，研究发现ER、PR、HER2可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化。从基因修复的角度解释了TNBC难治的原因。
希望后续在USP15–PARP1轴方面的研究能带给我们更多惊喜！
参考文献：
【1】Sun, X., Tang, H., Chen, Y. et al. Loss of the receptors ER, PR and HER2 promotes USP15-dependent stabilization of PARP1 in triple-negative breast cancer. Nat Cancer (2023). https://doi.org/10.1038/s43018-023-00535-w
本文作者丨candy
