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在眾多癌種中，三陰性乳腺癌（TNBC）算得上是最難纏的癌症之一。雖然近幾年來，免疫檢查點抑製劑、PARP1抑製劑、以及靶向Trop-2和HER2的ADC藥物給這個領域帶來些許希望，但是都未能帶來革命性的治療效果。要走出這片泥沼，還需要發現更多有效的治療通路。
我們知道，腫瘤細胞在兇猛生長的過程中，往往伴隨著大量的DNA損傷。因此，這些細胞特別依賴於有效的DNA修復機制。以往的研究提示，在TNBC中，DNA修復可能被上調，但哪些修復途徑被上調，以及如何促進TNBC的進展，並沒有被充分研究。
近期，同濟大學生命科學與技術學院毛志勇教授研究團隊在《自然·癌症》上發表了一項重要研究。研究發現，去泛素酶USP15可以與DNA修復過程中的關鍵酶PARP1相互作用，使PARP1去泛素化，從而促進其穩定性，進一步刺激DNA修復，幫助TNBC細胞增殖。有趣的是，這項研究還發現，雌激素受體（ER）、孕激素受體（PR）和人表皮生長因子受體2（HER2）可以通過不同的機制抑制USP15介導的PARP1穩定化【1】。
論文首頁截圖
PARP1這個靶點大家都很熟悉了，它是DNA修復過程的關鍵酶，可以幫助修復DNA單鏈斷裂。而PARP抑製劑也在治療BRCA1/BRCA2突變癌症方面取得了巨大成功。近期研究還發現，PARP1在DNA雙鏈斷裂修復、轉錄調控和異染色質結構維持方面也發揮著重要作用。這提示我們，在沒有雙鏈斷裂修復缺陷（無BRCA1/BRCA2突變）的癌症中，PARP抑製劑似乎也具有一定的潛力。
PARP1在細胞中的穩定性受到多種生物學因素和分子機制的調控，包括泛素化、去泛素化、磷酸化等等。我們知道泛素化和去泛素化是兩個相反的過程，共同參與調控蛋白質穩定性、信號傳導和細胞功能的翻譯後修飾過程。泛素化通常導致蛋白質的降解，而去泛素化可以將泛素從泛素化的目標蛋白質上移除，這個過程主要由去泛素酶（Deubiquitinases，DUBs）完成。
在這項研究中，研究人員通過共沉澱實驗篩選了60種去泛素化酶，進而確定了USP1、USP15和USP21三種去泛素化酶與PARP1相互作用。進一步研究發現，敲除USP15會促進PARP1的泛素化，顯著降低PARP1蛋白穩定性。看來USP15是為PARP1保駕護航的重要去泛素化酶。
敲除USP15會促進PARP1的泛素化
接著，研究人員收集了34個乳腺癌組織樣本（18個TNBC組織和16個非TNBC組織）以及相應的正常乳腺組織。研究發現，PARP1和USP15在乳腺癌組織中的表達均上調，特別是在TNBC組織中。
在TNBC組織中，PARP1和USP15的表達分別上調約2倍，而在非TNBC組織中上調程度較小，約為1.5倍。進一步分析證實，PARP1和USP15在TNBC組織中的表達強烈相關，而在非TNBC組織中則沒有顯著相關性。
接下來，研究人員需要驗證，USP15–PARP1軸是否真的可以加速TNBC的生長。
實驗結果發現，敲除PARP1或USP15，可以使TNBC細胞對MMS處理（導致DNA損傷）更敏感。小鼠試驗發現，敲除PARP1或USP15會損害移植瘤的生長，同時敲除兩者沒有額外的負面影響。
在USP15-KO細胞中，如果恢復PARP1的表達，則小鼠的移植瘤會恢復生長，這表明PARP1對維持癌細胞基因穩定性，以及腫瘤生長至關重要。然而，在PARP1-KO的細胞中，恢復USP15的表達，並不能恢復腫瘤細胞的生長。除此之外，通過免疫染色方法檢測移植瘤樣本，研究人員發現PARP1和/或USP15-KO細胞中DNA損傷累積顯著。
研究人員還發現，PARP1不僅參與鹼基切除修復（BER）途徑，還參與其他DNA修復途徑，如同源重組途徑。當USP15或PARP1缺失時，可能會影響這些修復途徑的效果。但是，恢復PARP1水平可能有助於挽救這些缺陷，提高癌細胞生長。
由此看來，USP15介導的PARP1穩定對TNBC細胞的生長至關重要。
那麼，在USP15–PARP1這條通路上，有沒有其他的調節因素髮揮作用呢？答案是肯定的。研究人員驚奇地發現，雌激素受體（ER）、孕激素受體（PR）和人表皮生長因子受體2（HER2）可以通過不同的機制抑制USP15介導的PARP1穩定化。
ER可以結合到USP15啟動子上抑制其表達，而PR可以抑制USP15的去泛素酶活性，HER2則可以破壞PARP1與USP15之間的相互作用。在TNBC中，這三種受體的特異性缺失導致PARP1水平升高，進而提升癌細胞的基因修復能力，推動TNBC發展。看來三陰難治，不僅是因為我們缺了三個重要的治療靶點，還因為三陰本身就可以可以加強癌細胞的基因修復能力。
除此之外，研究團隊還發現了兩個乳腺癌患者中的PARP1突變（E90K和S104R），它們可以增強PARP1與USP15之間的相互作用，抑制泛素化，從而提高PARP1蛋白水平。
最後總結一下，同濟大學團隊的這項研究，發現了TNBC細胞維持惡性生長的一個重要因素：DNA修復關鍵酶PARP1和去泛素化酶USP15在TNBC細胞中都上調，USP15會通過去泛素化，幫助PARP1維持穩定，從而提升TNBC細胞的基因修復。更重要的是，研究發現ER、PR、HER2可以通過不同的機制抑制USP15介導的PARP1穩定化。從基因修復的角度解釋了TNBC難治的原因。
希望後續在USP15–PARP1軸方面的研究能帶給我們更多驚喜！
參考文獻：
【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
