综述：针对复制叉的调控因子——PCNA

PCNA作为DNA复制和修复的关键蛋白，在肿瘤增殖中起重要作用，靶向PCNA的药物（如ATX-101、AOH1996）及组合疗法展现出显著抗肿瘤潜力，但仍需解决毒性和特异性问题。

作者：袁航功（Yuanhang Gong）、惠兰华（Weilan Hu）、李敏（Min Li）

单位：中南大学衡阳医学院生物化学与分子生物学研究所，中国湖南省衡阳市421001

摘要

增殖细胞核抗原（PCNA）在DNA复制、修复、应激反应和细胞周期调控中起着关键作用。由于肿瘤具有高度增殖性和基因组不稳定性，它们对PCNA的依赖性很强，这为治疗提供了潜在的突破口。目前研究中的策略包括直接抑制PCNA、破坏控制DNA代谢和细胞周期进展的PCNA-伴侣相互作用，以及将PCNA抑制剂与DNA损伤剂联合使用以提高化疗和放疗的效果。几种药物（尤其是APIM肽ATX-101和别构小分子AOH1996）已突破临床前测试阶段，正在早期临床研究中作为单一疗法或与放疗和基因毒性化疗联合使用进行评估。本文综述了针对PCNA的干预措施的机制原理、治疗模式和发展现状，强调了这些方法在提高抗癌效果的同时降低毒性的潜力。

引言

增殖细胞核抗原（PCNA）是一种高度保守的蛋白质，属于DNA滑动夹家族，在所有真核生物以及古菌中均有存在[1]、[2]。PCNA在高保真度的DNA复制和修复中发挥着重要作用。在其活性形式下，PCNA会组装成三聚体环结构，环绕DNA，作为滑动夹为DNA聚合酶（如DNA聚合酶δ和ε）及其他关键复制因子提供稳定平台[1]（见图1）。这种结构使PCNA能够促进DNA聚合酶在DNA链上的移动，从而提高这些酶的进程性和效率。

除了在DNA复制中的作用外，PCNA还参与DNA损伤修复（DDR），包括碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）和双链断裂（DSB）修复[3]。PCNA三聚体可作为招募参与DNA损伤识别和修复的多种蛋白质的平台。它还与能够暂时停止细胞周期的调节蛋白相互作用，为DNA修复争取时间，因此在协调细胞周期事件中起着关键作用。周期依赖性激酶（CDK）抑制剂p21（也称为p21^WAF1/Cip1或P21/CDKN1A）是一种含有165个氨基酸的小分子，能够在G1/S和G2/M转换期根据不同刺激暂停细胞周期进程。p21含有一个保守的PCNA结合肽（PIP）结构域，该结构域在所有生物PIP结构域中具有最高的亲和力[4]、[5]、[6]，因此p21能够有效干扰PCNA与DNA聚合酶δ、DNA聚合酶ε和RFC等关键复制因子的相互作用。p21-PCNA之间的相互作用又反过来影响p21本身的稳定性：p21与PCNA的结合会促进p21的泛素化及蛋白酶体降解，表明PCNA也参与调节p21的稳定性[7]、[8]。这种相互调控机制确保了在DNA损伤和复制应激期间细胞周期的精确控制，使细胞在损伤修复后能够重新进入正常周期[9]。

在快速增殖的肿瘤中，PCNA通常过度表达，这反映了DNA合成的加速，并成为增殖的常用诊断标志物。由于PCNA参与DNA复制、修复和细胞周期调控，它既是强大的生物标志物，也是极具吸引力的治疗靶点。近期计算机模拟、分子动力学模拟和自由能计算等技术的进步加速了PCNA相关研究和药物发现：基于结构的建模、分子动力学模拟和自由能计算揭示了PCNA的构象可塑性，并确定了其结合位点（如IDCL/PIP界面）。虚拟筛选和对接技术优先筛选出能够干扰PCNA-客户蛋白相互作用的小分子和肽类；网络分析和稳定性分析则预测了肿瘤相关突变如何改变这种相互作用。机器学习工作流程进一步优化了候选分子的筛选并指导化学优化。这些计算研究为基于PCNA的药物治疗提供了机制基础和可行的假设[10]、[11]、[13]。本文总结了针对PCNA的癌症治疗的最新进展。

各类型实体瘤中的PCNA高表达

尽管PCNA本身的突变较为罕见，但在多种实体瘤中其表达通常升高，尤其是在增殖指数较高的肿瘤中更为明显。在乳腺癌中，尤其是雌激素受体阴性（ER-）和HER2阳性的亚型中，PCNA水平往往升高，表明肿瘤具有侵袭性[14]。在结肠癌中，高水平的PCNA表达反映了肿瘤细胞的快速增殖，并与不良预后和更高的肿瘤侵袭性相关。

DNA复制增强与基因组不稳定性

PCNA的过度表达促进了高效的基因组复制，这对于癌细胞的快速增殖至关重要。然而，这种增强的复制需求也增加了复制应激和基因组不稳定的风险，因为癌细胞常常在存在DNA损伤的情况下仍继续复制[29]。由此导致的复制叉崩溃或DNA双链断裂的积累可能引发染色体不稳定（CIN），这是许多癌症的特征[30]。

针对PCNA的治疗药物开发

根据作用机制和化学性质，PCNA抑制剂可分为四类：（1）抗PCNA适配体，（2）肽类（及单克隆抗体），（3）小分子，以及（4）能够降解PCNA的靶向策略（如PROTACs）。

联合治疗的合理性

无论采用何种治疗方式，当PCNA抑制剂与其他治疗手段联合使用时，其抗肿瘤效果通常更强。这种协同作用主要源于复制应激的加剧、DNA修复功能的受损以及细胞死亡信号的增强，从而提高肿瘤对化疗、靶向治疗或免疫治疗的敏感性。

Pho-Y211干扰

一种能够干扰PCNA Y211位点磷酸化的肽（Y211F）在体内抑制了肿瘤生长，并提高了三阴性乳腺癌细胞的敏感性

脱靶效应与靶点毒性

PCNA在健康的增殖细胞（如造血细胞、胃肠道细胞、毛囊细胞）中对于DNA复制和修复至关重要，因此如果抑制剂不具有肿瘤选择性，可能会产生严重的靶点毒性。干扰IDCL/PIP界面的药物可能同时扰乱多种PCNA-客户蛋白相互作用，从而放大副作用（如基因组不稳定和骨髓抑制）。高阳离子性或疏水性药理结构也可能导致脱靶毒性

结论

在多种模型和早期临床研究中，针对PCNA的抑制剂均显示出明显的抗肿瘤效果。APIM肽ATX-101增强了DNA损伤化疗的疗效，并使患者病情得到稳定；小分子AOH1996在相对较少损伤正常细胞的情况下促进了肿瘤消退；而干扰PCNA的肽类/抗体则一致性地提高了肿瘤对化疗的敏感性并抑制了异种移植瘤的生长。这些发现共同表明，针对PCNA的治疗具有显著的治疗潜力。

作者贡献声明 李敏（Min Li）：负责撰写和审稿。 袁航功（Yuanhang Gong）：负责撰写初稿。 惠兰华（Weilan Hu）：负责撰写初稿和资料收集。

利益冲突声明 作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中南大学启动资金的支持。