PARP是细胞内负责DNA单链断裂（single strand break，SSB）修复的重要蛋白，也是近年来日趋火热的肿瘤治疗靶点。本文简要回顾PARP家族蛋白的分类、功能以及PARP抑制剂杀伤肿瘤细胞的“合成致死”原理，并对国内PARP抑制剂的研发管线进行简单总结。
01 PARP家族构成及分类
ADP核糖基化（ADPr）是蛋白质的一种可逆的、进化保守的转录后修饰过程，参与调节体内多种生物过程，在维持基因的稳定性和细胞凋亡等方面发挥着重要的作用。ADPr主要由ADP-核糖基转移酶（ART）蛋白超家族催化，研究最多的ADP-核糖基转移酶蛋白家族是聚腺苷二磷酸核糖聚合酶家族（PARPs）。目前已经在哺乳动物体内发现17个PARP家族蛋白，被命名为PARP1-17。需要注意的是，并不是所有的PARP家族成员都具有ADP核糖基转移酶活性。
依据结构和功能的不同，PARP家族成员可分为四种不同的类型：
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DNA依赖性PARPs：包括PARP1，PARP2，和PARP3
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CCCH（即Cys-Cys-Cys-His）PARPs：包括PARP7，PARP12，PARP13；
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macroPARPs：包括PARP9，PARP14，PARP15。
以上四种PARP蛋白分类如下图所示。其余的PARP家族成员如PARP4，PARP10等由于结构上的复杂性无法被纳入上述四种分类当中。
上述17种PARPs中，参与DNA损伤修复过程的成员只有第一类PARP，即PARP1、PARP2和PARP3等3个蛋白，其中，PARP-1在PARP的整个作用过程中所占的比重大于90%，被认为是DNA碱基切除修复（base excision repair，BER）和DNA单链断裂（single strand break，SSB）修复过程的最重要成员，而PARP2和PARP3则参与较少。
PARP1蛋白含有1014个氨基酸残基，在结构上主要由三部分组成：能够识别DNA损伤并与之结合的DNA连接域（Zn1、Zn2、Zn3）；富含谷氨酸的中间自我修饰域（AD）；含有CAT催化域的NAD连接区域。当DNA发生损伤时，PARP1通过其自身的DNA连接域与DNA受损部位结合，进而导致自身结构的一系列变化从而激活催化活性。激活后的PARP1会对底物上进行PAR化修饰，同时介导DNA修复因子的募集以及DNA损伤部位周围的染色体的重构，最终修复受损的DNA。
02 PARP1与DNA损伤修复（DDR）
当DNA损伤发生单链断裂时，细胞启动DNA损伤应答程序，PARP1可以感受DNA单链损伤缺口，通过其锌指DNA结合域定位于DNA损伤部位进行自身的糖基化来催化NAD+分解为烟酰胺和ADP核糖，再以ADP核糖为底物，使受体蛋白以及PARP1自身形成聚ADP-核糖聚合物，形成PARP-ADP核糖支链，避免损伤部位周围的DNA分子与损伤的DNA进行重组，同时吸引DNA修复蛋白、组蛋白H1、一系列转录因子和其他DNA修复酶结合在DNA损伤处，对损伤部位进行修复。而当PARP功能受损或被抑制时，单链断裂持续存在，易导致复制叉的停顿和DNA双链断裂（DSB），于是出现受损的DNA复制物并逐步积累，最终可导致复制叉崩溃。
PARP-1抑制剂主要通过（1）抑制PARP-1催化活性和（2）将PARP-1捕获于损伤的DNA上（DNA trapping）这2种机制发挥作用。一方面，PARP-1抑制剂通过与PARP-1的CAT结构域竞争性结合，抑制其催化活性，使SSB得不到及时修复，产生DSB；另一方面，PARP-1抑制剂通过抑制PARP-1的自身PAR修饰、与CAT结合导致PARP-1变构，增强PARP-1与损伤DNA的结合强度，将PARP-1“捕获”于损伤DNA上（如下图所示），使细胞核中其他PARP-1难以与损伤DNA结合，进一步阻断DSB的可能修复途径，促进细胞凋亡。有研究表明，PARP-1抑制剂捕获PARP-1的能力与其抑制肿瘤细胞的活性正相关。
03 PARP抑制剂通过合成致死原理杀伤肿瘤细胞
PARP抑制剂的发挥作用与BRCA突变的关系密不可分。
当PARP功能受抑制时，往往导致单链断裂发展成为双链断裂；在同源重组修复途径正常的细胞中，上述DNA双链断裂立即被修复；但而在缺乏同源重组修复的肿瘤细胞中，如携带 BRCA1/2突变的乳腺癌细胞中，PARP1功能的丧失缺乏代偿机制，肿瘤细胞无法及时修复DNA损伤，最终导致细胞死亡，该机制即为合成致死（synthetic lethality）。合成致死是指两种非致死性突变中任何一种单独存在时不影响细胞活力，但是两种突变同时存在时可导致细胞死亡（可参考下面两个图加深理解）。根据合成致死的原理可知，PARP抑制剂可以诱导携带BRCA 胚系突变的肿瘤细胞死亡。
再来介绍一下BRCA1/2这两个蛋白。BRCA1/2蛋白是DNA双链断裂通过同源重组修复（HRR）通路进行高保真修复的重要成员。肿瘤细胞若缺失BRCA1/2，其同源性重组修复功能就会出现损害，导致基因组不稳定，增加DNA突变的频率。基因组的不稳定性是肿瘤的基本特征之一，在相当一部分肿瘤中都能够检测到BRCA1/2基因的突变，尤其是乳腺癌和卵巢癌。下图展示了BRCA1和BRCA2在乳腺癌中的突变情况：
Pathogenic mutations identified in 46 cancer susceptibility genes in 8，085 unselected breast cancer patients.
由上述文字可知，BRCA1/2突变是PARP抑制剂的重要标志物。由于PARP1是DNA损伤修复中重要的酶，根据“合成致死”理论的原理，理论上来讲PARP1抑制剂应该对所有具有同源重组修复缺陷（HRD）的肿瘤都有一定的疗效。此外，对铂类化疗药物敏感（即铂敏感）的患者通常对PARP抑制剂的响应率较高，因此目前PARP抑制剂的临床试验一般将BRCA突变、铂敏感以及HRD作为用药的标志物（如下图所示）。
04 PARP抑制剂的研发现状
最后来谈谈PARP抑制剂的现状。目前已经获批上市的PARP抑制剂主要有Olaparib（奥拉帕尼）、Niraparib（尼拉帕尼）、Rucaparib（鲁卡帕尼）、塔拉唑巴等4种药物：
下面依次对这4种药物的信息进行简述。
奥拉帕尼
奥拉帕尼（商品名Lynparza）是首个获FDA批准应用于BRCA1/2突变乳腺癌的PARP抑制剂，最先由英国库多斯（KuDOS）公司开发，2005年12月阿斯利康公司收购KuDOS公司后获得其开发权。奥拉帕尼胶囊于2014年12月16日在欧盟获准上市，同年12月19日又在美国FDA获准上市，用于治疗带有BRCA基因突变的晚期卵巢癌，其疗效显著，不良反应少，患者短期耐受性良好。在一项国际多中心、随机、开放性Ⅲ期临床研究中发现，与标准化疗方案相比，奥拉帕尼可使携带BRCA1/2突变的乳腺癌患者无进展生存期从4.2个月延长至7.0个月，缓解率可高达60%，显著高于标准化疗组的29%；药物毒性上，3级以上毒性反应发生率则明显低于标准化疗组（36.6%比50.5%），因副反应导致治疗中断者奥拉帕尼组发生率为5%，标准化疗组发生率为8%。上述临床研究显示，奥拉帕尼在携带BRCA胚系突变型乳腺癌患者中可显著提高患者生存时间。
鲁卡帕尼
鲁卡帕尼是第二个经FDA批准的口服PARP抑制剂。该药于2000年由英格兰纽卡斯尔大学最先制备，并获得专利权。美国辉瑞制药公司的子公司———Agouron制药公司取得开发许可，美国Clovis肿瘤公司于2011年从辉瑞制药公司获得授权，负责在美国申请上市并取得生产和销售经营权。鲁卡帕尼于2015年4月被FDA授予治疗卵巢癌突破性疗法的资格，并于2016年12月19日加速审批上市，商品名为Rubraca，作为单一疗法用于难治性晚期卵巢癌患者。
尼拉帕尼
niraparib是由美国Tesaro公司研发，2017年3月FDA批准其用于对铂类敏感的复发性卵巢癌、输卵管癌及原发性腹膜癌，并授予其快速通道审评、优先审评、突破性疗法及孤儿药等资格（大满贯了）。之前上市的多种PARP抑制剂用于BRCA突变的乳腺癌及卵巢癌，而niraparib的疗效则不受BRCA基因影响，因此无需进行基因检测，使用范围较广泛。2017年美国临床肿瘤学会ASCO会议上的消息表明，niraparib在所有卵巢癌患者中可减缓癌症生长，但在BRCA突变患者中更有效。在NOVA试验中，共有553例（203例BRCA突变和350例BRCA未突变）对铂类敏感的卵巢癌患者纳入研究，2/3患者服用niraparib 300 mg/d，1/3患者服用安慰剂。BRCA突变患者中，niraparib和安慰剂组的中位无进展生存期分别为21.0和5.5个月，而BRCA未突变患者niraparib和安慰剂组的中位无进展生存期分别为12.9和3.8个月。
Talazoparib
Talazoparib是由美国辉瑞公司研发的PARP抑制剂，已于2018年10月17日获FDA批准上市，用于存在生殖系BRCA突变、HER2阴性局部晚期或转移性乳腺癌患者的治疗，为FDA批准的第4款PARP抑制剂。在此之前，FDA已授予talazoparib优先审查资格。此外，FDA还批准了Myriad Genetic Laboratories公司的伴随诊断试剂盒BRAC AnalysisCDx test，用于筛查适合接受talazoparib治疗的患者（接受talazoparib治疗的患者必须经该诊断试剂盒检测）。Talazoparib的获批是基于III期临床研究EMBRACA的数据。该研究在431例gBRCAm、HER2阴性局部晚期或转移性乳腺癌患者中开展，与PCT治疗组相比，talazoparib治疗组PFS显著延长（中位PFS：8.6个月vs5.6个月）、疾病进展风险显著降低46%、实现完全缓解或部分缓解的患者比例提高1倍（62.6%，P<0.01）。
国内在研情况
目前国内PARP抑制剂暂无上市品种，但研发管线数量确实不少（但是仔细想想，在全球范围内已经有4款药物上市的情况下，PARP抑制剂赛道对于国内玩家而言还有多少空间？）。在药智网数据库对目前已经进入临床阶段的PARP抑制剂进行整理发现，目前国内PARP抑制剂已经进入临床阶段的玩家有恒瑞医药、瑛派药业、人福医药、百济神州、青峰药业等（表格可能会有遗漏或滞后）。
其中，氟唑帕利已于2019年10月申报上市并获优先审评资格，适应症为伴有BRCA1/2致病性或疑似致病性突变的复发性卵巢癌，根据时间估算很有可能在2020年上市（原研之光哈）；百济神州的BGB-290目前正在开展多项三期临床实验，估计可能成为国内第二家PARP抑制剂。天士力的TSL-1502已于2018年获批临床，但尚未登记临床实验。