我们最近在一组原发性骨肉瘤 (OS) 的绝大多数中发现了让人联想到 BRCA 缺陷的突变特征。因此，在目前的研究中，我们研究了一组 OS 细胞系对聚 (ADP)-核糖聚合酶 (PARP) 抑制剂他拉唑帕利（talazoparib）单独和与几种化疗药物（即替莫唑胺 (TMZ)、SN-38、多柔比星、顺铂、甲氨蝶呤 (MTX)、依托泊苷/卡铂）。在这里，我们确定了同源重组 (HR) 修复缺陷与 OS 细胞系对他拉唑帕利（talazoparib）的反应之间的关联。所有具有BRCA1/2突变肿瘤分子特征（所谓的“BRCAness”）的OS 细胞系，例如PTEN或FANCD2 的破坏性增益和/或ATM、BAP1、BARD1 或CHEK2易受talazoparib 诱导的细胞活力降低（即MG63、ZK-58、SaOS-2 和MNNG-HOS）的影响。与其对 talazoparib 的高敏感性一致，MG63 和 ZK-58 细胞在基于 DNA 的基因组不稳定性测量中得分为阳性（即同源重组缺陷（HRD）-杂合性缺失（LOH）得分）。相比之下，携带杂合BRCA2突变的U2OS 细胞很可能具有一个完整的BRCA2左侧的等位基因被证明对 talazoparib 具有抗性。此外，我们将 TMZ 确定为最有效的化疗药物，与 talazoparib 一起可协同降低细胞活力，如计算组合指数 (CI) 值所证实的那样，并抑制长期克隆存活。从机制上讲，talazoparib 和 TMZ 协同诱导细胞凋亡，如 BAX 和 BAK 的激活、线粒体膜电位 (MMP) 的丧失、半胱天冬酶激活、DNA 断裂和半胱天冬酶依赖性细胞死亡所证明的。BAX 和 BAK 的遗传沉默或 zVAD.fmk 对半胱天冬酶的药理学抑制显着挽救了 OS 细胞免于 talazoparib/TMZ 诱导的细胞凋亡。
使用外显子组测序，我们最近确定了 OS中 BRCA 缺乏特征的突变特征，表明 OS 可能对 PARP 抑制剂敏感。因此，目前的研究旨在调查一组 OS 细胞系对 PARP 抑制剂 talazoparib 单独或与各种化疗药物联合使用的敏感性，其中大多数常用于治疗 OS。在这里，我们发现 OS 细胞系对 talazoparib 单药治疗的反应与其突变特征和由此产生的 BRCAness 程度相关。对 talazoparib 介导的细胞活力抑制敏感的所有四种 OS 细胞系在功能上类似于BRCA1/2突变的基因中都存在遗传改变，包括在PTEN和FANCD2和/或ATM、BAP1、BARD1、FANCA 或 CHEK2 的丢失，尽管测试的 OS 细胞系均未显示双等位基因BRCA1/2突变。相比之下，他拉唑帕利（talazoparib）耐药的 U2OS 细胞携带杂合BRCA2突变，并且很可能只剩下一个完整的BRCA2等位基因。
重要的是，OS 细胞系对他拉唑帕利（talazoparib）的敏感性与其基因组不稳定性程度广泛相关，因为对具有纳摩尔 IC50值的talazoparib 表现出高敏感性的 MG63 和 ZK-58 细胞在 HRD-LOH 评分（一种基于 DNA 的测量）中得分为阳性基因组不稳定性。相比之下，对 talazoparib 耐药的 U2OS 细胞是 HRD-LOH 评分阴性。表现出talazoparib微摩尔IC50值的细胞系（即SaOS-2 和MNNG-HOS 细胞）处于临界状态，HRD-LOH 评分分别为阳性。在儿科临床前测试项目中对 talazoparib 单药治疗的测试先前表明在体内最小针对操作系统的活动；然而，该研究未报告 OS 的 BRCAness 状态。
我们的分子研究表明，他拉唑帕利（talazoparib）和 TMZ 在 OS 细胞中的协同细胞毒性涉及诱导细胞凋亡。首先，我们表明 talazoparib/TMZ 共处理引发 DNA 片段化和 MMP 丢失作为细胞凋亡的特征标志物。其次，talazoparib/TMZ 刺激的 BAK 和 BAX 激活有助于诱导细胞凋亡，因为 BAK 和 BAX 的遗传沉默显着减少了 talazoparib/TMZ 诱导的细胞死亡。第三，talazoparib 和 TMZ 共同作用以激活细胞凋亡所需的半胱天冬酶，因为半胱天冬酶抑制剂 zVAD.fmk 显着挽救了 talazoparib/TMZ 介导的细胞死亡。
PARP 抑制剂被广泛用于多种携带BRCA1/2突变或 BRCAness 特征的癌症的临床试验，如卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌、胶质母细胞瘤和软组织肉瘤，奥拉帕尼获得 FDA 批准用于BRCA1 /2 -突变的卵巢癌和去势抵抗性前列腺癌。连同我们最近的报告显示，一组主要 OS 标本中的绝大多数都表现出BRCA缺乏症的遗传特征，我们目前的研究表明，基于 PARP 抑制剂的疗法也可能为具有 BRCAness 特征的特定 OS 患者亚组提供一种新的靶向治疗选择。因此，未来需要进一步研究，将我们对 talazoparib/TMZ 联合疗法的研究扩展到更大范围的 OS 细胞系，包括原代人类 OS 培养物和体内操作系统模型。由于添加他拉唑帕利（talazoparib）不会增加 TMZ 对非恶性 PBL 的细胞毒性，因此可能存在将 talazoparib 纳入 OS 治疗方案的治疗窗口。talazoparib/TMZ 联合治疗在 OS 细胞中的选择性合成致死率可能是由癌细胞而非正常细胞具有 HR 修复缺陷这一事实来解释的。在我们的研究中导致协同诱导细胞死亡的 talazoparib 和 TMZ 的剂量对应于这些药物的临床可达到的血浆浓度（talazoparib 高达67 nM，TMZ 高达 100 μM）])，强调了我们研究的潜在临床相关性。总之，我们的研究对于在具有 BRCAness 特征的 OS 亚组中单独使用 PARP 抑制剂或与化疗一起使用的新治疗策略的开发具有重要意义。
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