2016年9月9日，英国《生物医学中心·癌症》在线发表中国医学科学院北京协和医学院附属肿瘤医院肿瘤研究所、中山大学肿瘤防治中心中山大学附属肿瘤医院、天津师范大学生命科学学院天津市细胞遗传与分子调控重点实验室的研究报告，发现共济失调毛细血管扩张症突变（ATM）缺陷型乳腺癌细胞p53结合蛋白1（53BP1）缺失可致多腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）抑制剂耐药。
近年来的研究表明，PARP抑制剂在乳腺癌易感基因（BRCA）1/2突变的乳腺癌中显示出良好的疗效。PARP抑制剂在BRCA1/2突变肿瘤中的高敏感性是由于“协同致死”效应。BRCA1/BRCA2是参与细胞DNA损伤后同源重组修复（HR）的关键分子，而PARP-1则是介导DNA单链损伤后碱基切除修复过程的重要分子。PARP-1功能缺失的细胞中单链损伤无法及时修复，从而在DNA复制叉处累积成为双链损伤，这种DNA双链损伤在BRCA1/2功能缺失的细胞中无法得到有效修复，从而引起细胞死亡。53BP1缺失是BRCA1突变细胞对PARP抑制剂的耐药的机制之一。53BP1缺失可逆转BRCA1缺失细胞中的部分HR缺损。ATM也是DNA双链损伤应答过程中的重要调节分子。细胞内出现DNA损伤之后，ATM迅速自磷酸化（重要标志位其丝氨酸1981位点磷酸化），并磷酸化一系列下游底物，包括细胞周期检测点激酶Chk2、DNA修复相关分子BRCA1和转录因子p53等。ATM异常见于多种实体肿瘤和造血系统肿瘤。由于ATM与BRCA1一样，也参与PARP抑制剂导致的DNA损伤的修复过程，且可能主要是通过同源重组的方式。
该研究还探索了三阴性乳腺癌（TNBC）及非TNBC细胞系中PARP与ATM是否具有协同致死效应，以及53BP1对这种协同效应的影响。本研究中使用PARP抑制剂奥拉帕尼（olaparib）和ATM抑制剂Ku-55933处理TNBC及非TNBC细胞。结果表明ATM抑制剂能够增强PARP抑制剂在TNBC与非TNBC细胞中的细胞毒作用，表现在生长抑制、克隆形成能力的抑制和促进凋亡上；二者的协同作用在TNBC细胞系中似乎更加明显。此外，奥拉帕尼和Ku-55933还能联合诱导γ-H2AX发生核聚集，提示联合用药增加了对DNA的损伤，特别是增加了双链损伤。
为了探究53BP1对于ATM和PARP协同作用的影响，该研究利用慢病毒感染构建了稳定敲低TP 53BP1的细胞系MCF-7-sh 53BP1和CAL-51-sh 53BP1。敲低53BP1后，奥拉帕尼和Ku-55933以及二者联合使用对细胞的增殖抑制作用及对细胞克隆形成的抑制作用均下降，提示53BP1表达降低能够逆转ATM抑制剂与PARP抑制剂联合处理细胞的细胞毒作用。以上实验结果说明PARP抑制剂奥拉帕尼和ATM抑制剂Ku-55933对TNBC和非TNBC细胞系具有一定的杀伤效果，并且二者联合使用能够对乳腺癌产生协同致死效应，明显地提高杀伤细胞的作用。同时，该研究还发现TNBC细胞系对奥拉帕尼和Ku-55933以及二者的联合使用的反应更为敏感。此外，本研究首次发现了53BP1功能缺陷能够导致乳腺癌细胞对奥拉帕尼和Ku-55933以及二者的联合使用产生一定程度的耐药现象。这些结果将为临床治疗乳腺癌提供一定的理论依据。
因此，该研究结果表明53BP1可能成为ATM缺陷型乳腺癌患者对PARP抑制剂耐药的预测标志。
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BMC Cancer. 2016 Sep 9;16(1):725.
53BP1 depletion causes PARP inhibitor resistance in ATM-deficient breast cancer cells.
Hong R, Ma F, Zhang W, Yu X, Li Q, Luo Y, Zhu C, Jiang W, Xu B.
Cancer Institute and Hospital, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing, China; Sun Yat-sen University Cancer Center, Guangzhou, China; College of Life Science/Tianjin Key Laboratory of Cyto-Genetical and Molecular Regulation, Tianjin Normal University, Tianjin, 300387, China.
BACKGROUND: Mutations in DNA damage response factors BRCA1 and BRCA2 confer sensitivity to poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors in breast and ovarian cancers. BRCA1/BRCA2-defective tumors can exhibit resistance to PARP inhibitors via multiple mechanisms, one of which involves loss of 53BP1. Deficiency in the DNA damage response factor ataxia-telangiectasia mutated (ATM) can also sensitize tumors to PARP inhibitors, raising the question of whether the presence or absence of 53BP1 can predict sensitivity of ATM-deficient breast cancer to these inhibitors.
METHODS: Cytotoxicity of PARP inhibitor and ATM inhibitor in breast cancer cell lines was assessed by MTS, colony formation and apoptosis assays. ShRNA lentiviral vectors were used to knockdown 53BP1 expression in breast cancer cell lines. Phospho-ATM and 53BP1 protein expressions were determined in human breast cancer tissues by immunohistochemistry (IHC).
RESULTS: We show that inhibiting ATM increased cytotoxicity of PARP inhibitor in triple-negative and non-triple-negative breast cancer cell lines, and depleting the cells of 53BP1 reduced this cytotoxicity. Inhibiting ATM abrogated homologous recombination induced by PARP inhibitor, and down-regulating 53BP1 partially reversed this effect. Further, overall survival was significantly better in triple-negative breast cancer patients with lower levels of phospho-ATM and tended to be better in patients with negative 53BP1.
CONCLUSION: These results suggest that 53BP1 may be a predictor of PARP inhibitor resistance in patients with ATM-deficient tumors.
KEYWORDS: 53BP1; ATM; Drug resistance; PARP inhibitor
PMID: 27613518
DOI: 10.1186/s12885-016-2754-7
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