合成致死，是继分子靶向疗法以来抗肿瘤药物发现的又一重要方向。该方向成功的明星药物当属“帕利”类药物，近年已有多个品种上市，且市场份额逐年攀升，在刚刚过去的2020年，帕利类药物已拥有近20~30亿美元的市场份额。那么，在合成致死这一领域，除已被证实的帕利类药物PARP抑制剂外，未来还会扩充哪些重磅靶点及品种呢？
合成致死（synthetic lethality，SL），其概念是从模式生物的遗传研究中发现和提出的。Synthetic在古希腊语中意思是两个实体形式组合成一个新的东西，因此合成致死可以定义为当A基因和B基因当中任何一个基因发生突变仍有生存能力，但是当两个基因同时发生突变就会引起死亡。1922年，在对果蝇基因组的研究中，合成致死现象首次被发现，并提出杂交黑腹果蝇中一些非等位基因中的基因组合同时突变是致命的；1964年，正式提出“合成致死”的概念，其是以描述染色体上不同基因之间的互补性致死作用，并利用该原理在酵母细胞中确定了大量与细胞极化、蛋白分泌、DNA修复等多种生理过程相关的基因；2001年，首次在人类细胞中进行了与药物合成致死相关的基因筛选工作，并且证实该系统能阐述特定化学药物与特定基因之间的关系，并与高通量扫描检验方法结合之后还能高效地寻找与特定基因缺陷合成致死的药物，尤其适用于有特定基因突变背景的肿瘤药物研究。
图1.1：合成致死示意图
（图片源：J. Med. Chem. 2020, 63, 14151-14183）
帕利类药物
PARP抑制剂的演变历史
利用合成致死作用的原理，使用DNA修复抑制剂和/或细胞周期检查点抑制剂，致单链DNA损伤修复与双链DNA损伤修复同时被抑制，使肿瘤细胞丧失DNA损伤修复能力，导致肿瘤细胞损伤修复缺陷而死亡，这就是目前癌症治疗的一个很有前途的靶向治疗方法。而基于合成致死原理治疗肿瘤方面的研究，具有里程碑意义的是BRCA与PARP基因。
乳腺癌易感基因(breast cancer susceptibility gene，BRCA)主要有两种类型，BRCAl和BRCA2基因；BRCAl、BRCA2基因具有肿瘤抑制和DNA修复功能。据统计，BRCA1/2突变占总遗传性乳腺癌约60％，带有BRCAl胚系突变的个体一生中患乳腺癌的概率为40~85％，卵巢癌为25～65％，而BRCA2分别对应40~85％和15~20％。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（Poly ADP Ribose Polymerase，PARP），是一个酶家族，包含17个成员，其中PARP1和PARP2在DNA修复中起重要作用，对于细胞的稳定和存活非常重要。PARP失去酶活力会加速细胞的不稳定，尤其是PARP剪切被认为是细胞凋亡的一个重要指标。
图2.1 PARP作用途径
（图片源：J. Med. Chem. 2020, 63, 14151-14183）
研究证实，存在BRCAl或者BRCA2基因突变的癌细胞对PARP抑制剂的作用敏感性非常高，甚至在某些细胞中，BRCA2突变细胞株的敏感性是BRCAl和BRCA2基因野生型细胞株的1000多倍，研究者将这一存在于PARP和BRCAl/2之间的相互作用关系归并入合成致死现象。后续的层层研究当中，许多PARP抑制剂获FDA批准用于临床；且自首个PARP抑制剂Olaparib于2014年获批上市后，又相继上市了Rucaparib、Niraparib、Talazoparib。结构如下图所示。
图2.2 已上市的4个帕利类药物结构
（图片源：J. Med. Chem. 2020, 63, 14151-14183）
2014年上市的Olaparib是FDA批准的第一个PARPi，在一项II期临床试验之后，该药物被批准用于卵巢癌的治疗，其中34％的BRCA1/2突变患者表现出明确的应答，且这些患者至少已接受了三轮化疗，并单药进行后续治疗。而随后的临床也证明，对于铂类敏感性高的患者，在使用PARPi后的总体缓解率更高，更加耐药。继Olaparib之后，FDA于2016年批准的第二个PARPi为Rucaparib，同Olaparib主要的区别为副作用略不同，可以增加治疗过程中的用药选择，适应症为单一疗法用于接受过两次及以上化疗的BRCA突变的晚期卵巢癌患者的治疗。2017年，第三个获批上市的帕利类药物为Niraparib，被批准用于复发性上皮卵巢癌、输卵管癌、原发性腹膜癌以及对铂化疗完全或部分响应的成人患者的维持治疗。2018年，第四个帕利类药物Talazoparib也获FDA批准上市，用于治疗BRCA突变/HER-2阴性转移性乳腺癌。
市场表现方面，2020年4个帕利类药物总市场份额已增长到20~30亿美元，而首个药物Olaparib的市场占比仍为其中最高，已增长到17.76亿美元，增幅近50%。PS：国内恒瑞氟唑帕利已于2020年12月获批上市，我国国内也迎来了自主研发上市的首个帕利类药物，且价格亲民；在每盒3388元的售价基础上，还制定了“2 2”的循环赠药政策。
自PARP抑制剂获得成功后，国内外大量资源投入到合成致死理论研究当中，以期获得更好的肿瘤治疗药物，而研究较为火热的靶点主要有ATR、ATM两条相应的通路。毛细血管扩张性共济失调突变基因(ataxiat elangiectasia-mutated kinase，ATM)／检查点激酶2 (checkpoint kinase 2，Chk2)和ATR(ATM and rad3· related kinase，ATR)／Chk 1(checkpoint kinase 1，Chk1)通路，是DNA的2条重要修复途径。
ATM可被电离辐射、放疗和引起DNA双链损伤的药物激活，ATM可磷酸化和激活Chk2，Cdc25c磷酸酶的Ser216位点，生成一个能与特定蛋白结合的位点封闭cdc25c磷酸酶出入细胞核与细胞质的进出口，有效灭活cdc25c磷酸酶活性，使CDKl处于无功能状态，CDKl/Cvclin B复合物亦无活性，细胞周期便不能进入有丝分裂期。部分ATM抑制剂及临床试验见下图。
图3.1 ATM抑制剂的部分临床试验清单
（详见J. Med. Chem. 2020, 63, 14151-14183）
此外，ATR可依赖ATM激活而激活。发生在双链DNA断裂的过程中，ATR是负责磷酸化、激活Chkl的主要激酶，与Chk2相比，Chkl能被ATM和ATR同时激活，可发生在正常的细胞周期过程中或在响应细胞复制压力时(比如在复制叉停滞期)，Chkl可同时磷酸化、激活weel蛋白激酶和Cdc25c磷酸酶，weel蛋白激酶磷酸化CDKl/Cyclin B复合物CDKl的Tyrl5位点，使其失活，结果使细胞周期阻滞在G2期，进行DNA修复。cdc25c磷酸酶可去磷酸化作用CDKl的Tyrl5位点，使其恢复活性，结果使细胞周期进入M期。部分ATR抑制剂的临床试验见下图。
图3.2 ATR抑制剂的部分临床试验清单
（详见J. Med. Chem. 2020, 63, 14151-14183）
近年针对于上述相关靶点，已有多个品种进入到临床，且进展较快，许多品种已进入到临床III期、II期，且开发公司大都为全球化的的大型制药公司，如阿斯利康、默沙东、辉瑞，等；而国内也有公司致力于合成致死领域的深挖，当前已有品种进入到临床I期，以期能够做到快速同步上市。PARP抑制剂的成功，让研究者看到了合成致死潜在的临床价值，尤其是其可以解决许多传统靶向药物所不能解决的临床问题。且不论是国外大型制药公司，还是我国国内上市的一些新型创新药研发公司，均在这个方向上形成了产品及知识产权的布局。但，目前在研的品种还是相对比较集中，尤其是国内的新药研发，大都希望做到fast-follow，更具创造性的产品研发尚需要更进一步，真正的向first in class挺近，还有一段距离。
参考资料：
EMBO,2017,36(14)：2161-2176.
J. Med. Chem. 2020, 63, 14151−14183.
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