蛋白酶体抑制剂通过阻断DNA同源重组修复逆转结直肠癌放疗抵抗的分子机制研究

Radiation therapy has been used widely in the neoadjuvant therapy in local advanced colorectal carcinoma (CRC). However, due to the radiation resistance, it shows less-than-ideal therapeutic effect. Thus, it is crucial to improve the radiation effect by searching for new radiotherapy sensitization drugs which can reverse the radiation resistance. From the previous study, we had found two types of proteasome inhibitors (PIs) that target 20SCP and 19SRP respectively. Through their action of down-regulating protein level of homologous recombination repairing core factor RAD51 and inactivating BRCA1/2, they can block DNA homologous recombination repairing in CRC cells, which lead to significant reversal of radiation resistance (RR) to CRC-RR cell lines. In this proposal, firstly, the mechanism of PIs mediating the RAD51 down-regulation and regulating BRCA1/2 to impact Fanconi Anemia (FA) pathway would be clarified in molecular level. Next, the therapeutic effect of combined PIs and radiotherapy in vitro and vivo would be seriously discussed. Besides, by combining with the clinical sample analysis, this proposal provides a theoretical basis for the clinical use of PIs as a new neoadjuvant radiosensitivity therapy.

放疗在局部晚期结直肠癌（CRC）的术前新辅助治疗中应用广泛，然而受限于放疗抵抗效应，治疗效果尚不理想。寻找能够具备逆转放疗抵抗的新型放疗增敏药物来提升放疗效果具有重要的意义。我们在前期研究中发现靶向蛋白酶体20SCP和19SRP亚基的两类蛋白酶体抑制剂（PIs）均能通过介导同源重组修复核心蛋白RAD51的下调和BRCA1/2的失活来阻断CRC细胞的DNA同源重组修复，显著逆转CRC放疗耐受株的放疗抵抗。本项目拟从分子水平阐明PIs介导RAD51下调及其通过BRCA1/2介导范科尼贫血（FA）修复通路的作用机制；从细胞、动物水平深入研究PIs与放疗联用的体内外治疗CRC的重要功能；并且结合临床样本分析，为将PIs作为CRC术前新辅助放疗增敏药物的临床使用提供理论依据。

结直肠癌是我国发病率极高的恶性肿瘤之一。新辅助放化疗能有效改善患者生存期。然而，部分患者对放化疗较为耐受。因此，我们有必要研究由DNA损伤修复介导的放疗耐受机制，并因此开发新的干预方式，这对提高预后有重要意义。.首先，我们结合临床分析与细胞水平的验证发现，结直肠癌放疗介导肿瘤细胞核内去泛素化能力的提升，肿瘤细胞核内高泛素化水平往往指示局部进展期直肠癌患者放疗较好的疗效与更优的预后。基于这一重要的判断，我们开展了以下的研究并且获得一系列的结果。.1、通过核内去泛素化干预因素筛选，获知一类新型去泛素化酶的抑制剂PT33具备较好的核内去泛素化抑制能力；.2、通过PT33实现靶向核内去泛素化，这一过程能够较大程度增加结直肠癌细胞在体内外对放疗的敏感性；.3、通过PT33靶向核内去泛素化，抑制了放疗后DNA损伤的同源重组修复；.4、在机制上，PT33不仅能够抑制BRCA1的去泛素化，还能促进BRCA1的E3泛素连接酶HERC2与BRCA1互作且持续泛素化BRCA1，最终造成BRCA1的K48位连接类型的多聚泛素化状态在肿瘤细胞核内累积，迫使BRCA1-BARD1功能复合体不能被招募至DNA损伤位点完成修复；.5、放疗诱导GATOR1成员之一NPRL2入核，NPRL2入核后与HERC2的E3泛素化结构域结合，使之不能泛素化BRCA1，进而维持了BRCA1的稳定性和活性状态。.6、NPRL2经放射诱导后的入核行为受到GATOR2的调控，通过PT33，阻碍了GATOR2的调控行为，使NPRL2锁定在溶酶体内上，最终使得核内HERC2对BRCA1的泛素化不再受到负向调控。.7、临床分析结果显示，接受新辅助放化疗的局部进展期直肠癌患者肿瘤细胞核内NPRL2水平，特别是在放疗后的水平，与更差的放疗疗效和预后不良显著正相关。.总结起来，本报告内容阐述了一项重要机制，利用去泛素化酶抑制剂（PT33）靶向结直肠肿瘤细胞核内的去泛素化，引发了NPRL2-HERC2-BRCA1轴放疗后应激失调，最终阻碍了DNA损伤的同源重组修复进而增敏结直肠癌放疗。这也为结直肠癌放疗耐受的干预方案提出了一项具有潜力的策略，对于在临床上为结直肠癌制定“精准治疗”方案有着重要的现实意义。