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Introduction

顺铂（CDDP）等相关铂类药物已被广泛用于治疗多种人类癌症。它们通过与DNA产生嘌呤碱基的链内交联如1,2-链内d（GpG）（Pt-GG）和1,2-链内d（ApG）（Pt-AG）加合物，阻断DNA复制并在快速分裂的细胞中引起细胞凋亡，达到肿瘤杀伤效果。然而，铂类药物的获得性或内在耐药性极大限制了其在癌症治疗中的应用。因此，如何提高CDDP的化疗疗效，并制定新的治疗策略来克服CDDP耐药性成为当务之急。

研究表明，跨损伤DNA合成（TLS）通路与CDDP耐药性产生密切相关，抑制该通路，如靶向TLS聚合酶REV1的小分子化合物JH-RE-06，能显著促进肿瘤对放化疗的应答。然而目前已发现的TLS抑制剂非常有限，开发更多的TLS通路抑制剂，有助于改善肿瘤化疗疗效。以往研究显示TLS聚合酶Polη不仅可以正确复制紫外线（UV）诱导的环丁烷-嘧啶二聚体（CPD），还可以复制CDDP诱导的Pt-GG加合物，Polη的表达上调有助于卵巢癌干细胞产生CDDP耐药。因此，抑制Polη的TLS功能有望降低铂类药物的耐药性。灵芝是亚洲著名的传统草药，据报道它可产生多种生物活性化合物，包括三萜类、美罗替萜类、生物碱和酚类。由于其重要的药理活性，近年来对灵芝抗肿瘤作用的研究越来越多，例如，一些三萜类化合物已被证明具有多种抗癌活性。然而关于灵芝详细的抗癌机理还不完全清楚。其是否能通过抑制TLS通路发挥作用，如果是，具体是通过什么组分发挥作用的，这些问题都值得深入探讨。

太原理工大学马晓璐讲师、中国科学院微生物研究所刘宏伟研究员、中国科学院北京基因组研究所郭彩霞研究员等 在本研究中报道了一种从灵芝分离出的天然TLS通路抑制剂Ganoboninketal C（灵芝提取组分编号为26-3）。26-3不仅增强了顺铂和吉非替尼的肿瘤杀伤效果，而且还抑制了顺铂诱发的突变。此外，转录组测序分析表明，联用26-3可以下调顺铂诱发的Polη和PIDD（已知的TLS通路促进分子）的表达上调，揭示了26-3抑制TLS的作用机制。此外，对经顺铂处理后表达上调，而联用26-3表达得到逆转的差异表达基因进行初步分析，还发现了一些潜在的TLS通路调控因子，有待未来继续探讨。

Results

26-3是一种天然TLS抑制剂

为了筛选TLS通路抑制剂，作者首先建立了一个包含100多种灵芝提取物的小分子化合物库，鉴于顺铂处理细胞能诱发Polη形成显微镜下可见的foci，作者比较了小分子与顺铂联用后对Polη foci形成的影响。结果发现联用灵芝提取物 Ganoboninketals A （编号为26-1）和C（编号为26-3）显著降低了CDDP处理后Polη foci的形成。进一步分析发现26-3单独使用并不改变PCNA单泛素化修饰（PCNA-mUb）水平，不能激活TLS通路，但其与CDDP联用能显著削弱PCNA单泛素化、抑制RAD18与染色质的结合、以及干扰RPA32的 foci形成。更进一步，作者还发现，26-3与CDDP联用能显著降低顺铂处理后细胞的突变频率。这些结果表明26-3是一个天然的TLS通路抑制剂。

26-3促进顺铂和吉非替尼的肿瘤杀伤效果

虽然26-3单独用药对多种肿瘤细胞系的存活有部分抑制，但26-3与CDDP联合用药显著提高了细胞对CDDP杀伤的敏感性。利用膜联蛋白V/PI分析发现，26-3与CDDP联合用药导致膜联蛋白V阳性细胞比例与CDDP单独用药相比明显增加、以及肿瘤干细胞CSCs富集显著降低，表明26-3可以阻止铂类化疗期间CSC的富集。

研究报道，持留性癌细胞（persistent cells）可以通过上调TLS聚合酶进而激活应激诱导的诱变机制，促进 EGFR 抑制剂（ 吉非替尼 ）处理后的细胞存活。作者发现26-3单独用药对细胞几乎没有毒性作用。 26-3与吉非替尼联合用药 时，其杀伤效果明显高于或者接近高剂量吉非替尼单独用药治疗的抗肿瘤效果，表明26-3具有提高EGFR靶向治疗临床疗效的巨大潜力。

26-3抑制CDDP诱导TLS活性的潜在机制

利用RNA-seq分析，作者发现CDDP与26-3联合用药可以在很大程度上逆转CDDP单独用药对基因表达的影响。值得注意的是，PIDD和POLH，两个已被报道促进PCNA-mUb的基因，它们均在CDDP单独用药后上调但被26-3联用CDDP所逆转。此外，作者还发现ATF3、GREB1和FHL2是新的潜在TLS调节因子，其表达被CDDP上调，但被CDDP联用26-3逆转。ATF3，GREB1和FHL2的敲低降低了CDDP诱导的PCNA-mUb，其中ATF3敲低具有最显著的抑制作用。在ATF3敲低的细胞中回补ATF3能够显著提高UV和CDDP处理后的PCNA-mUb。因此，联用26-3抑制TLS的作用可能至少部分是通过降低一些能促进PCNA-mUb的因子表达实现的。

图4 26-3下调多个TLS相关因子抑制TLS激活

Conclusion

灵芝提取物Ganoboninketals C（26-3）可以显著降低顺铂诱导的TLS聚合酶η（Polη）foci形成、PCNA单泛素化以及突变频率。26-3可显著提高顺铂杀伤多种肿瘤细胞的效果，促进肿瘤细胞凋亡、抑制化疗处理后肿瘤干细胞的富集。此外，26-3联用EGFR抑制剂吉非替尼也显著提高靶向治疗的敏感性。RNA-seq分析显示，26-3可以逆转CDDP诱导的Polη、PIDD和ATF3的表达上调。因此，天然TLS抑制剂26-3可以作为潜在的提高化疗疗效的佐剂，用于敏化铂类药物或某些靶向治疗的肿瘤杀伤作用。

01

第一作者

马晓璐，女，太原理工大学生物医学工程学院讲师，硕士生导师。主要研究领域包括：1）DNA损伤修复与肿瘤化疗敏感性；2）肿瘤/角膜力学微环境与基因组稳定性。近年5年主持国家自然基金青年项目1项、中国博士后科学基金1项、山西省自然科学研究面上项目1项和青年项目1项，在 Nature Communications、Journal of Biological Chemistry等期刊发表论文10余篇，授权国家发明专利1项。

02

通信作者

刘宏伟，男，中国科学院微生物研究所研究员，博士生导师，享受国务院政府特殊津贴专家，入选国家级百千万人才工程，获“中青年有突出贡献专家”称号。担任中国科学院大学岗位教授，微生物与生化药学学科带头人。入选2021年度全球十万顶尖科学家。先后获得中国科学院优秀导师奖，中国科学院朱李月华优秀教师奖，西藏自治区科学技术一等奖、二等奖。指导研究生获得“中国科学院百篇优博论文”奖。主要研究领域为聚焦化学生物学、合成生物学和微生物组学的交叉领域，围绕“微生物代谢产物结构与功能、生物合成机制”两个关键科学问题，开展“特殊生境微生物新颖代谢产物发现、生物活性和机制”研究，阐明微生物 次级代谢产物的化学多样性和成药性，研制新型抗生素和微生态活菌药物。研究成果发表在 Nature. Communication、Cell Report、Gut Microbes、Cell Death & Diseases、Journal of Biological Chemistry等国际知名刊物，论文引用3600余次，H-index 32。获得授权专利27项，其中美国授权专利1项、日本授权专利1项。9项专利签订转让合同。

03

通信作者

郭彩霞，女，中国科学院北京基因组研究所研究员，博士生导师，Genomics, Proteomics & Bioinformatics编委。主要研究领域包括：1）蛋白质翻译后修饰（泛素化、糖基化、磷酸化、乙酰化等）调控TLS通路以及肿瘤化疗耐药性；2）环境污染物、化疗药物对基因组稳定性的影响及其与疾病发生、发展关系；3）非编码RNA与RNA结合蛋白对基因组稳定性的调控；4）从天然中草药中筛选抗癌药物和化疗辅助药物等；5） 多能 干细胞质量控制。近5年主持国家自然基金重点项目、面上项目等。在Cell、Molecular Cell、Nature Communiation、Nucleic Acids Research、PLOS Genetics、Journal of Biological Chemistry等国际知名刊物发表论文60余篇。

Ganoboninketal C from Ganoderma boninense improves the efficacy of CDDP-based chemotherapy through inhibiting translesion DNA synthesis

Xiaolu Maa,b,c,1, Fei Yangb,1, Ke Mad,1, Hongyan Shenb,1, Junjie Hand, Kai Wangd, Yeran Yangb, Jiawei Zhub, Ruiyuan Anb, Qilin Wangb, Tie-Shan Tangc,e,f, Bo Zhoub,*, Hongwei Liud,*, Caixia Guob,*

a College of Biomedical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China

b CAS Key Laboratory of Genomics and Precision Medicine, Beijing Institute of Genomics /China National Center for Bioinformation, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

c State Key Laboratory of Membrane Biology, Institute of Zoology, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

d Institute of Microbiology, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

e Beijing Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine, Beijing 100101, China

f University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Translesion DNA synthesis (TLS) can bypass DNA lesions caused by chemotherapeutic drugs, which usually result in drug resistance. Given its key role in mutagenesis and cell survival after DNA damage, inhibition of the TLS pathway has emerged as a potential target for improving the efficacy of DNA-damaging agents such as cisplatin (CDDP), a widely used anticancer agent. Unfortunately, few suitable natural TLS inhibitors have been reported. Here, we found that a triterpenoid compound Ganoboninketal C (26-3) from Ganoderma boninense, a traditional Chinese medicine, can impair CDDP-induced TLS polymerase eta (Polη) focus formation, PCNA monoubiquitination as well as mutagenesis. Moreover, 26-3 can significantly sensitize tumor cells to CDDP killing and reduce the proportion of cancer stem cells in AGS and promote apoptosis after CDDP exposure. Interestingly, 26-3 can also sensitize tumor cells to Gefitinib therapy. Mechanistically, through RNA-seq analysis, we found that 26-3 could abrogate the CDDP-induced upregulation of Polη and PIDD (p53-induced protein with a death domain), 2 known factors promoting TLS pathway. Furthermore, we found that activating transcription factor 3 is a potential novel TLS modulator. Taken together, we have identified a natural TLS inhibitor 26-3, which can be potentially used as an adjuvant to improve clinical efficacy.

Reference:

MA X L, YANG F, MA K, et al. Ganoboninketal C from Ganoderma boninense improves the efficacy of CDDP-based chemotherapy through inhibiting translesion DNA synthesis[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2982-2992. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250241.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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