断裂复制叉处修复单端DNA双链断裂的fork-MMEJ和BIR通路示意图，突出了ATR介导的这两种通路之间的转换调控。来源：斯克里普斯研究所
一种已在临床试验中研究的癌症药物靶点，其作用比研究人员最初认为的更为重要。斯克里普斯研究所的科学家发现，Pol theta (Polθ)酶直接在断裂的复制叉处驱动DNA修复机制——这是癌细胞中最常见的DNA损伤形式之一。这项发现于2026年3月16日发表在《Molecular Cell》杂志上，有助于解释肿瘤如何在持续的复制压力下存活，并阐明为何Pol theta抑制剂可能成为选择性靶向癌症的有效策略。
"我们发现癌细胞应对复制叉处DNA损伤的全新机制。" 斯克里普斯研究所教授、该研究高级作者吴晓华表示。
每次细胞分裂时，都必须精确复制其整个基因组，这一过程由分子机器完成，该机器解开DNA双螺旋并读取每条链以构建新的DNA。这一解旋和复制过程发生的点称为复制叉。但当这种复制机制遇到损伤时，复制叉可能会停滞或崩溃，留下危险的单端DNA断裂，这种断裂特别难以修复，如果不解决，可能会杀死细胞。这在癌细胞中尤为明显，因为癌细胞中复制压力是持续存在的。
科学家们此前认为，一种称为断裂诱导复制（BIR）的修复通路是应对此类损伤的主要第一响应者。BIR使用完整的DNA模板来重新启动复制，这使其相对准确但速度较慢。相比之下，微同源介导的末端连接（MMEJ）是一种更快、更容易出错的过程，它通过排列短匹配DNA序列来修复断裂。普遍的观点是BIR是活跃的前线机制，而MMEJ主要用于修复与复制无关的双端DNA双链断裂。但斯克里普斯研究所的发现颠覆了这一观点。
"了解MMEJ直接在该处运作，并遵循一套独特的规则，使我们更清楚地认识到肿瘤为何如此具有韧性，以及我们如何利用这一点进行治疗。" 吴晓华表示。
由于微同源序列在癌症基因组中经常出现，吴晓华及其团队希望研究MMEJ是否也在修复断裂的复制叉中发挥作用。研究团队结合了几项关键的新兴技术，以前所未有的细节研究这一过程：CRISPR切口酶技术，用于模拟真实细胞中触发复制叉崩溃的损伤；特制报告系统，用于在活细胞内特定修复事件发生时发出信号的分子工具；以及基因组测序，用于追踪每条通路留下的缺失模式。
他们的发现令他们感到惊讶。
"当我们仔细观察这些断裂的复制叉时，我们不断看到不符合BIR模型的突变特征。" 该研究的第一作者、吴晓华实验室前博士后研究员李世博解释说，"这告诉我们有其他事情正在发生，当我们开始深入研究时，发现MMEJ就在那里，早期且直接地在复制叉处发挥作用。"
这一发现表明Pol theta是在复制叉崩溃的那一刻驱动MMEJ活性的引擎，在BIR之前发挥作用，而BIR一直被认为是修复断裂复制叉的主要机制。
研究团队还发现，fork-MMEJ的行为与其在与复制无关的断裂中观察到的标准典型形式不同。虽然两者都依赖于Pol theta，但fork-MMEJ由蛋白质RPA启动，并在断裂两侧产生不均匀的缺失模式，这是一种使其与典型形式区分开来的独特"指纹"。这些容易出错的修复特征经常在癌症基因组中观察到，表明MMEJ机制可能使肿瘤细胞能够在否则致命的DNA损伤下存活。
"我们原本期望fork-MMEJ遵循与我们之前研究的版本相同的规则。" 吴晓华表示，"发现它不遵循相同的规则意味着我们正在研究一种全新的机制。"
几种Pol theta抑制剂药物已进入临床开发阶段，在携带BRCA1或BRCA2突变的癌症中展现出早期希望。这些与遗传性乳腺癌和卵巢癌相关的突变会破坏主要的DNA修复通路，使肿瘤细胞异常依赖MMEJ来生存。通过证明MMEJ是在断裂复制叉处活跃的前线响应者，而非备份机制，该研究表明阻断Pol theta可能比之前理解的更严重地影响癌细胞的存活。
该研究还确定了一种有前景的联合策略。研究团队发现，一种感知DNA损伤的细胞蛋白ATR在断裂的复制叉处充当关键开关，抑制fork-MMEJ同时引导细胞转向BIR。当研究人员同时阻断ATR和Pol theta时，处于复制压力下的癌细胞死亡率大幅提高，而正常细胞则基本不受影响。由于ATR抑制剂已在临床开发中，这种协同效应指向了一种潜在的联合治疗策略。
"这改变了我们思考何时以及为何使用Pol theta抑制剂的方式。" 吴晓华表示，"如果这一通路在复制叉断裂的那一刻就发挥作用，而不仅仅是在与复制无关的断裂处，那么阻断它可能对癌细胞产生比我们意识到的更严重的影响，因为癌细胞经常处于导致复制叉断裂的复制压力下。"
该实验室的下一步工作包括识别fork-MMEJ通路中的额外蛋白质——每个都代表一个潜在的新药物靶点——并进一步表征ATR如何协调fork-MMEJ和BIR之间的平衡。
"我们对该通路中涉及的因素了解得越多，潜在的靶点就越多。" 吴晓华补充道，"这最终将推动为患者提供更好的治疗方法。"
出版详情：
李世博等，《微同源介导的末端连接直接作用于复制叉以修复单端DNA双链断裂》，《Molecular Cell》(2026)。DOI: 10.1016/j.molcel.2026.02.016
期刊信息：《Molecular Cell》
关键医学概念：
- POLQ基因
- ATR基因
临床类别：
- 肿瘤学
提供者：斯克里普斯研究所
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