儿童急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia, ALL）是儿童时期最常见的癌症类型，在儿童白血病中占比超过80%。国家儿童医学中心（上海）、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心牵头的中国抗癌协会小儿肿瘤专委会急性淋巴细胞白血病（CCCG-ALL-2015）多中心协作组持续优化现有临床治疗方案，使得中国儿童的ALL预后显著提升，接近国际先进水准。但耐药复发、难治ALL治疗策略有限等问题仍然是近年来儿童白血病领域的研究热点和难点，也是约束我国儿童ALL治愈率进一步提高的瓶颈。
巯嘌呤是儿童白血病的重要化疗药物，对ALL治愈率的提高具有积极作用，但其使用也是一把“双刃剑”。我院之前研究发现，随着时间推移，巯嘌呤会在儿童ALL患者治疗过程中诱发大量有多种生物学特征的突变，促进耐药基因变异，导致ALL复发；这种现象在错配修复（mismatch repair, MMR）缺陷型ALL中尤其明显（Blood, 2020, 135(1):41-55; Nature Cancer, 2021, 2(8):819-834）。因此，如何早期发现巯嘌呤的耐药现象，或者寻求新的联合用药逆转其产生的耐药性，成为改进临床用药方案的挑战。
近期，上海儿童医学中心周斌兵课题组在Leukemia期刊上发表了最新研究成果“ Targeting DNA polymerase β elicits synthetic lethality with mismatch repair deficiency in acute lymphoblastic leukemia (靶向DNA聚合酶β在错配修复缺陷型急性淋巴细胞白血病中引起合成致死效应)”。该研究聚焦DNA重要修复通路之碱基切除修复（base excision repair, BER），探究其在ALL细胞耐药存活中的作用，揭示了其在巯嘌呤引起的基因组损伤修复中所发挥的重要作用，并提出了POLB抑制剂联合巯嘌呤用于ALL治疗的潜在策略。
本研究通过对儿童ALL患者的全基因组测序发现，MMR通路核心基因（例如MSH2, MSH6和PMS2）突变是导致巯嘌呤耐药的重要原因之一，在药物压力下促进“高突变”（hypermutation）和复发特异性突变印迹（thio-dMMR signature）的产生，诱导了耐药突变的产生，进而导致ALL复发。目前研究认为，耐药突变的产生与DNA损伤错误修复有关，但是对MMR缺失时巯嘌呤诱导的DNA损伤修复机制仍认识有限。
本研究发现，BER通路关键聚合酶POLB在介导MMR缺陷的ALL细胞对巯嘌呤耐药和存活中发挥着重要作用。首先，在MMR功能分别正常和缺陷的ALL细胞模型中，分别敲除多种参与BER通路的修复因子，观察到POLB缺失增加了MMR缺陷的耐药细胞对巯嘌呤的药物敏感性，提示BER和POLB作为潜在治疗靶点的可能性。之后，研究团队在MMR缺陷的ALL细胞模型中敲除POLB基因或使用POLB抑制剂处理，引起胞内无碱基（apurinic/apyrimidinic, AP）位点数量的增加，促进DNA单/双链断裂的积累，诱导细胞凋亡，表现出合成致死（synthetic lethality, SL）效应；同时发现POLB抑制剂与6-TG联合使用时对MMR缺陷细胞表现出明显的协同效应（synergistic effect），并分别在ALL细胞系、病人来源（patient-derived）的原代细胞和异种移植小鼠模型多个层面验证了POLB抑制剂联合6-TG在复发难治型ALL中的治疗潜力。
本研究揭示了BER通路的DNA聚合酶POLB在巯嘌呤诱导的DNA损伤修复中的关键作用，提出了POLB作为MMR缺陷型ALL的潜在治疗靶点的可行性，为进一步优化儿童ALL巯嘌呤临床精准用药方案奠定了理论基础。研究指出，若要提高该治疗策略的临床应用价值，亟需开发一系列具备强效性和特异性的POLB小分子抑制剂。相关研究工作在一定程度上提示，抑制BER通路的PAPR也可能产生类似的效果。
National Children's Medical Center
作者信息
上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心儿科转化医学研究所所长周斌兵教授为论文通讯作者，课题组博士研究生滕骥远为第一作者。该研究所段才闻教授和课题组博士后杨定鹏为共同通讯作者，课题组博士后杨定鹏、唐超以及助理实验师方后顺为共同第一作者。中国科学院生化细胞所孟飞龙研究员和复旦大学上海医学院胡晋川教授为本课题提供技术指导。
