ATR抑制剂：点燃合成致死靶点新希望

ATR抑制剂一度被认为是继PARP抑制剂后最有希望的合成致死靶点之一，为ATM突变患者新的治疗药物。ATR在DNA损伤后能够激活细胞应答，进而阻滞细胞周期进程并稳定复制叉及修复DNA，从而回避细胞凋亡，对生命活动十分重要。ATR通路作为DNA损伤应答机制中的一种，对于肿瘤的存活起着重要抑制作用，诱导ATR通路依赖型恶性肿瘤细胞的死亡，是一种开发低毒且高效靶向抗肿瘤药物的理想靶标。众多研究发现ATR抑制剂可选择性影响肿瘤细胞而对正常细胞干扰较少，凭此特点，ATR抑制剂有望成为肿瘤治疗的优异潜在药物。

DNA受损后可激活蛋白质翻译后修饰网络，并激活损伤检测点，从而诱导DNA损伤修复和细胞凋亡，这就是“DNA损伤反应”，即DNA damage response（DDR）。ATR是此反应中的关键激酶之一，主要针对单链DNA（ssDNA）产生应激，如紫外线辐射引起的DNA损伤反应或当细胞受到靶向DNA的药物作用时形成ssDNA，ATR激酶就被激活并参与多种DNA损伤的修复。因此ATR激酶对于复制细胞的生存能力至关重要^[3]｡

图1. Components of the DNA damage response pathways modulated

by ATM, ATR, CHK1, CHK2 and WEE1 kinases.^[5]

基因组及其功能网络具有复杂性，“冗余”是许多分子途径/过程的特点。正常细胞中可能有多种途经发挥相同功能，细胞可以容忍途径分支的丢失，因为平行的替代途径可以发挥相同的功能（图2-左）。然而，这种“冗余”的特性可能会使携带某些突变的癌细胞暴露出合成脆弱性。癌症在基因组内可获得多个突变（丢失/过度激活），产生一系列影响，例如促成转化和细胞通路的失调。如果本身有一个途径异常，另外的平行途径因人为干扰而不再起作用，则可能导致癌细胞死亡而未经转化的正常细胞被保留（图2-右）^[6]。

图2. 使用合成杀伤力作为癌症治疗策略的概念^[6]

如图2所示，合成致死可以分成两个概念理解，即“合成致死性”和“合成剂量致死性”：

(A) 合成致死性：基因A或基因B的孤立损失与细胞活力相容，而两个基因一起损失会导致细胞死亡。因此，正常细胞能够耐受基因A的抑制，而对于已经失去基因B功能的肿瘤细胞，基因A的抑制是致命的；

(B) 合成剂量致死性：基因B的过度表达或过度激活导致细胞对基因A的依赖性。虽然正常细胞能够耐受基因A的抑制，但在过度表达基因B的肿瘤细胞中，基因A的抑制是致命的。

癌细胞比正常细胞更依赖互补通路，因此抑制互补通路就会对癌细胞具有“合成杀伤力”。研究发现，ATR 是部分突变的合成致死靶点，由于癌细胞的多种DNA 修复通路存在缺陷，因此相对于正常细胞，癌细胞（如 ATM 缺失的肿瘤细胞）更依赖 ATR 修复通路并对 ATR 抑制剂更加敏感。

如上文所言，ATR是DDR的关键激酶之一，当细胞内DNA复制压力、DNA损伤产生时，ATR被募集至DNA损伤部位，多种蛋白参与调控ATR的激活。当ATR激活后，可通过多种信号调控细胞生物过程，包括细胞周期阻滞、抑制复制起点、促进脱氧核苷酸合成、启动复制叉以及修复DNA双链断裂。DDR 中的另一关键激酶是ATM （ ataxia telangiectasia-mutated gene,   共济失调毛细血管扩张突变基因）， ATR 是 ATM 突变的合成致死靶点，被认为是继 PARP 后最有希望的合成致死靶点之一。ATR和ATM都是磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）相关激酶（PIKK）蛋白家族的成员，在结构上类似，且在一定程度上会相互影响：

首先，ATM和ATR可以影响彼此在DNA损伤部位的募集。如在DNA双链断裂（DSB）中，ATM可以通过增强DNA末端切除来促进ATR的激活，而ATR也被证明在DNA复制应激下磷酸化H2AX，这可能会将ATM招募到与应激复制叉相邻的染色质中；其次，ATM和ATR可以直接相互磷酸化。研究表明，ATM在Ser1981可以被ATR磷酸化，以应对DNA复制应激；另外，ATM和ATR可能会影响彼此通路中损伤反应蛋白的功能和募集。如ATM可以磷酸化TopBP1并促进其与ATR的相互作用；此外，ATM和ATR在DDR通路中存在功能冗余。即使没有ATM，缓慢切除DNA末端仍可以激活ATR。同样，当ATR通路失活时，DNA复制压力也会激活ATM。

研究发现，ATM 和ATR  激酶在癌细胞中被激活或上调，同时 ATR 是 ATM 突变的合成致死靶点， ATM 缺失的肿瘤细胞对于 ATR 抑制剂更加敏感。二者间的选择性抑制为肿瘤治疗提供了新的思路，也为肿瘤研究提供了新的工具。

表2. 涉及ATR抑制剂（ATM相关）的临床试验总结

根据癌症基因组图谱 (TCGA) 泛癌研究发现，ATM体细胞突变在各癌种频率：子宫内膜癌（18.7%），膀胱癌 (12.9%)，结直肠癌（11.8%），黑色素瘤 (9.2%)，肺腺癌（8.1%）；ATM 深度缺失（深度缺失，可能是cBiopostal 定义的纯合缺失），在其他癌症类型中非常罕见，但是见于宫颈癌 (2.4%)和黑色素瘤（2.3%）。

表3. 研究检查 ATM 在实体恶性肿瘤中的预后（预测）价值^[8]

以IHC法可检测出不同癌种中总ATM蛋白丢失率在8%至41%区间不等：肺腺癌（41%），前列腺癌（14%），胰腺导管癌（12.8%），结直肠癌（8%）。

Case 1  肺腺癌

肺腺癌中存在ATM丢失现象，丢失率可高达41%（阴性Cut-off：≤10%）。研究显示，147例肺腺癌中有61例ATM蛋白表达呈阴性，且ATM 状态与总生存期无关。而ATM缺陷细胞系中的临床前研究结果表明，ATM可能是ATR激酶抑制剂与标准护理顺铂协同作用的预测性生物标志物^[9]。

图4. ATM loss is identified in lung adenocarcinoma^[9]

Case 2  胰腺导管癌

研究发现在396例胰腺导管癌中，观察到50例（12.8%）ATM蛋白表达缺失。在TP53表达无异常的患者中，ATM缺失与总生存期显着降低有关（p=0.019），而在TP53表达异常的患者中，从ATM 表达状态看不出生存差异。ATM缺失在有胰腺癌家族史的患者中更常见，并且通常与ATM基因的种系突变无关^[10]。

图6. ATM蛋白的免疫组化标记^[10]

(A)正常胰腺的大部分导管和腺泡核中可见核ATM表达；(B) ATM表达缺失的胰腺导管腺癌（对不到10%的肿瘤细胞进行免疫标记）；(C)伴有核ATM表达的胰腺导管腺癌(完整的ATM)。

基于以上研究，迈杰医学可针对合作需求及各类研究指标提供ATR 抑制剂治疗  中生物标志物研究的整体解决方案。

表4. MEDx 生物标志物解决方案

目前全球尚无ATR 抑制剂获批上市，但根据目前披露的临床数据，ATR 抑制剂安全性可控，且对实体瘤展示出良好的抗肿瘤活性，未来前景广阔。正在进行临床评估的ATR抑制剂作为单一疗法和联合疗法——不仅与DNA损伤化疗和放疗，还包括其他DNA修复抑制剂和免疫检查点抑制剂。然而，将ATR抑制剂纳入癌症治疗标准还有很长的路要走，期待将来会有更多的ATR抑制剂进入临床并成功上市造福人类。

参考文献

[1] Barnieh PM, Loadman PM, Falconer RA. Progress towards a clinically- successful ATR inhibitor for cancer therapy [J]. Phar‐macol Drug Discov, 2021, 2: 100017.

[2] Maréchal A, Zou L. DNA damage sensing by the ATM and ATR kinases [J]. Cold Spring Harb Perspect Biol, 2013, 5: a012716.

[3] 袁滢惠, 段吉隆, 惠子,等. 靶向ATR激酶抑制剂治疗癌症的研究进展[J]. 药学学报, 2022.

[4] Menolfi D, Zha S. ATM, ATR and DNA-PKcs kinases-the lessons from the mouse models: inhibition ≠ deletion [J]. Cell Biosci, 2020, 10: 8.

[5] Ronco C, Martin AR, Demange L, Benhida R. ATM, ATR, CHK1, CHK2 and WEE1 inhibitors in cancer and cancer stem cells. Medchemcomm[J]. 2016, 8(2):295-319.

[6] Nicola, Thompson, David, et al. Synthetic lethality: emerging targets and opportunities in melanoma[J]. Pigment Cell & Melanoma Research, 2017, 30(2):183-193.

[7] Kobayashi H, Kawahara N, Ogawa K, Yamada Y, Iwai K, Niiro E, Morioka S. Conceptual frameworks of synthetic lethality in clear cell carcinoma of the ovary[J]. Biomed Rep, 2018, 9(2):112-118.

[8] Gachechiladze M, Skarda J, Bouchalova K, Soltermann A, Joerger M. Predictive and Prognostic Value of DNA Damage Response Associated Kinases in Solid Tumors[J]. Front Oncol, 2020, 10:581217.

[9] Villaruz LC, Jones H, Dacic S, Abberbock S, Kurland BF, Stabile LP, Siegfried JM, Conrads TP, Smith NR, O'Connor MJ, Pierce AJ, Bakkenist CJ. ATM protein is deficient in over 40% of lung adenocarcinomas[J]. Oncotarget, 2016, 7(36): 57714-57725.

[10] Kim H ,  Saka B ,  Knight S , et al. Having pancreatic cancer with tumoral loss of ATM and normal TP53 protein expression is associated with a poorer prognosis.[J]. Clinical Cancer Research, 2014, 20(7):1865-1872.