线粒体靶向的肿瘤治疗研究进展

蒋凌舟;李天路;洪玉

【摘 要】线粒体控制着细胞凋亡的激活系统,肿瘤细胞的多种特征,包括无尽的增殖能力,对抑制生长信号的不敏感,受损的细胞凋亡机制等都和线粒体的机能丧失有关.该文综述了近年来线粒体靶向的抗肿瘤研究进展,重点介绍新发现的针对线粒体为靶点的药物及其作用方式与潜在临床应用价值,展示人类恶性肿瘤治疗的前景.%Mitochondria controls the activation of apoptotic system. Accordingly, a variety of hallmarks of cancer cells, including endless rnproliferation, insensitivity to anti-growth signals, impaired apoptosis, are related to mitochondrial dysfunctions. This paper reviews the rnlatest advances of targeting mitochondria for cancer therapy, focusing on drugs targeting the mitochondria and the mode of action, as well rnas potential clinical applications, to demonstrate prospects of cancer treatment. 【期刊名称】《安徽医药》 【年(卷),期】2011(015)011 【总页数】4页(P1329-1332) 【关键词】线粒体;肿瘤;细胞凋亡 【作 者】蒋凌舟;李天路;洪玉

【作者单位】中国药科大学药学院,江苏,南京,211198;中国药科大学药学院,江苏,南京,211198;中国药科大学药学院,江苏,南京,211198

【正文语种】中 文

线粒体是细胞的动力工厂，与此同时，也是细胞自杀的武器库。很多致死信号转导通路都聚焦于线粒体，进而导致线粒体外膜的通透作用，使细胞溶胶释放促凋亡蛋白以及线粒体生物能量功能的损坏。

肿瘤细胞的线粒体无论是在结构上还是功能上都与正常的线粒体有所不同［1］。而且，肿瘤细胞与一般的细胞相比，发生较为广泛的代谢变异，使得他们易于接受线粒体的影响。因此，以线粒体为靶向的试剂提供了一种选择性靶向肿瘤细胞的治疗方法。使用修正肿瘤细胞线粒体功能紊乱的药物，以及通过诱导线粒体膜发生通透作用而激活细胞死亡程序的药物，成为了极为诱人的肿瘤治疗方法。 1 以线粒体通透性改变为靶点的手段

在正常生理学情况下，健康的线粒体受到拥有转化功能的膜的保护，并且通过低传导率的通透转变孔复合物(PTPC)将小分子代谢物在细胞溶胶与线粒体基质间发生交换，这一过程主要受到线粒体溶质载体的控制。

PTPC是一种极为容易变化的超分子复合体，由于组成PTPC的构成物存在多种亚基，而且一些截然不同但功能相关的蛋白(如溶质载体)可以在PTPC的范围内互相替换，所以它的结构现在还不是十分明确。原形的PTPC可能由处于外膜的电压依赖性的离子通道，处于线粒体内膜的腺嘌呤核酸移位酶(ANT)，以及在线粒体基质中的亲环蛋白D构成［2］。

正常细胞中，己糖激酶(HK)与PTPC相互作用，抑制线粒体膜的通透作用(MPT)［3］。由于线粒体内膜的表面积远远的大于外膜，MPT最终导致线粒体外膜的通透作用。在活性氧(ROS)和钙离子过量时，PTPC处于高通透率的状态，允许小分子溶质顺电化学梯度进入线粒体基质［2］。导致线粒体膜电势的迅速消散，及线粒体基质的渗透性膨胀。

多种化合物都可以作用于PTPC的构成组分来诱导MPT和细胞凋亡。包括内生性PTPC抑制剂如葡萄糖，磷酸肌酸，ATP，谷胱甘肽，它们的耗尽将导致PTPC打开，发生通透作用。同样，MPT也可以被试剂诱发，这些试剂往往可以增加细胞溶质的钙离子浓度或刺激ROS的产生［2］。

1．1 作用于PTPC的化合物 在PTPC中，不同亚型的ANT存在不同的功能。ANT1和ANT3都可以诱导细胞凋亡，而ANT2(通常在增殖细胞中大量表达)［4］却是抑制细胞凋亡的。ANT1既与抑制细胞凋亡的分子作用，又与促进细胞凋亡的分子相互作用，例如B淋巴瘤细胞蛋白2(BCL2)蛋白家族中的BCl-2以及BCl-2相关联的X蛋白(BAX)，它们分别是ANT1的ATP与ADP的反向转运体的激动剂和阻滞剂。

GSAO，一种与谷胱甘肽结合的三价砷化合物，交联ANT的cys160和cys257关键半胱氨酸残基，抑制它的ATP/ADP反向转运体的活性，导致ROS过量，以及细胞溶质中ATP的耗尽，线粒体的去极化，以及细胞凋亡［5］。研究表明，GSAO更倾向靶向于正在增殖的细胞，因为这些细胞的线粒体有更高的钙离子浓度，以及较高的呼吸速率，这些都使得他们对PTPC的开放比一般细胞更加敏感。GSAO对肿瘤内皮细胞的相对选择性可能与这样的事实有关，内皮细胞比一般肿瘤细胞含有更多的线粒体，从而更加缺乏抵抗GSAO的能力。

氯尼达明(一种吲哚类羧酸)是另一种被公认的可以引发线粒体凋亡的ANT配体［6］。氯尼达明能够使包含脂蛋白的ANT的渗透性在某种程度上发生改变，这种脂蛋白可以被ANT受体米酵菌酸阻滞。在一项对再发性多形性成胶质细胞瘤的二期临床实验中，病人对氯尼达明耐受良好，氯尼达明还表现出了对肿瘤细胞生长的抑制作用。将氯尼达明与蒽环霉素表柔比星联用，使具有实体肿瘤的患者有了更好的反应，但是当和表柔比星以及环磷酰胺一起使用时，则没有表现出额外的作用。 1．2 诱导产生过量ROS的化合物 甲萘醌(2-甲基-1，4-萘醌)，在呼吸链的氧化

还原循环中并无价值，以及巯基交联剂如双马来酰亚胺正己烷和二硫代二吡啶，都导致ANT巯基氧化和旁路BCL-2介导的细胞保护［7］。早先在晚期癌症患者的研究显示高剂量的甲萘醌具有轻微的毒性，但没有客观的(部分或全部)的反应。然而，近来越来越多的临床试验表明，这种化合物可达到诱发中晚期肝癌患者的临床反应的目的。

芳香族大环化合物莫特沙芬钆(钆卟啉衍生物)能提高氧化电位，从而引发 ROS的过量生成并且抑制抗氧化系统［8］。莫特沙芬钆已被证明会在癌细胞中优先积累，可能原因是它干扰代谢，并加强对体内异种移植肿瘤的放疗和化疗治疗反应。在一项莫特沙芬钆加脑放射治疗肺癌与脑转移瘤的三期临床研究中，记录到莫特沙芬钆对神经传导时间的延长。同样的方法被证明在胶质母细胞瘤的儿童患者中有良好好的耐受性［9］，这标志着莫特沙芬钆可以和放射治疗相结合，对此应进一步研究。 2 以线粒体代谢为靶点的手段

肿瘤细胞中的线粒体功能变化的机制可以作为新型抗肿瘤药物的靶点。同时逆转肿瘤细胞的糖酵解和诱导细胞凋亡可以引导特异性抗肿瘤治疗的发展。

2．12-去氧-D-葡萄糖(2DG)DG造成的糖酵解抑制可以显著增加顺铂对人体脑和颈部肿瘤细胞的毒性［10］。患有实体瘤或前列腺癌的病人的一期和二期临床研究正在进行。然而，2DG可能会损害脑和心脏的糖酵解代谢，而且2DG的治疗范围是否足够宽还有待证实。为了解决这一问题，开发一些在肿瘤细胞中频繁上调的葡萄糖转运子亚型的特异性抑制剂将会很有帮助。

2．2 己糖激酶—电压依赖性阴离子通道(HK-VDAC)HKVDAC互相作用提供了另一种特异性引发肿瘤细胞凋亡的靶点。HK在人类肿瘤中常常过度表达，在癌细胞中HK与VDAC的结合比正常细胞中更加紧密。体内外实验中研究表明，通过增强PTPC的开放和MPT，在外膜干扰HK与VDAC互相作用可以特异性杀灭肿瘤细胞［11］。这一结论已通过一段从HK2氨基末端衍生的短肽、HK抑制剂3-溴

丙酮酸以及植物激素甲基jasmonate相关研究中得到证实。3-溴丙酮酸在体内实验中已被证实有显著抗肝脏和胰腺肿瘤活性。甲基jasmonate与HK结合，从而将它与线粒体分离，并引发细胞凋亡［12］。由于这一作用在高浓度中才可以获得(1 mM左右)，因此甲基jasmonate是否可以作为有效的特异性扰乱HKVDAC相互作用的先导化合物还有待证实。

2．3 线粒体丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)PDK的抑制可以被用于逆转癌细胞从糖酵解到糖氧化的不正常代谢。由于PDK负调节丙酮酸脱氢酶，二氯乙酸盐间接激活丙酮酸到乙酰辅酶A转化。二氯乙酸盐被证实可以向下调节癌细胞异常升高的线粒体膜电位，增加线粒体ROS生成和激活钾通道，但在正常细胞中无作用［13］。二氯乙酸盐也可以通过激活性T细胞1核因子，上调K+通道Kv1．5的表达(这经常在肿瘤细胞中低表达)。在二氯乙酸盐作用下，恢复正常的线粒体增殖减少，凋亡增加以及肿瘤增长被抑制，而且无显著毒性，预示线粒体-NFAT-Kv和PDK可能成为有潜力的抗癌药物靶点。目前二氯乙酸盐作为单一药物治疗已经在一期临床中对于患有实体瘤的患者进行测试。

2．4 脂肪酸合成水平 一种黏杆菌产生的抗真菌聚酮化合物soraphen A，能优先杀死恶性细胞。使用它抑制乙酰辅酶A羧化酶，从而减少丙二酰辅酶A的生成，(丙二酰辅酶A是脂肪酸合成的底物)。因此soraphen A能抑制脂肪酸合成并且激发脂肪酸氧化，导致磷脂量减少，生长抑制以及细胞死亡增加［14］。相比恶化前的BPH-1细胞，这种细胞毒反应优先发生在前列腺癌细胞中。如此，确定肿瘤细胞对持续的脂肪酸供应依赖能提供诱导细胞死亡的方法。此外，另一个脂肪酸合成抑制剂，奥司利他，也被证明对于移植了人黑色素瘤细胞的小鼠也有抗肿瘤活性［15］。

上述研究表明，干扰线粒体执行的肿瘤特异性代谢过程成为可能。将来，这些策略的优化应该朝向开发肿瘤特异性与毒理学分析结合了的药物。

3 天然化合物

3．1 桦木酸 桦木酸是天然的五环三萜类化合物，为羽扇豆烷类的一种，植物界的大量物种都含有此成分。桦木酸能优先触发癌细胞线粒体凋亡，表现出潜在的抗肿瘤活性。

在非细胞系统中，桦木酸进入游离的线粒体后会直接触发主要外膜蛋白与线粒体跨膜电位消散关联以及细胞色素C释放。桦木酸引起的细胞毒作用不能被广谱caspase抑制剂zvAD．fmk阻断(尽管zvAD．fmk能消除桦木酸触发的细胞凋亡的形态学信号)，也不能被米酵菌酸或者BCL-2、BCL-XL的过表达消除。这表明，桦木酸的抗癌作用是通过过量ROS引发MPT所介导。鉴于桦木酸能触发多柔比星抵抗的神经细胞瘤细胞凋亡，它能用于一些有化疗抵抗的肿瘤协助治疗。 桦木酸以一个上下关联的方式调节BCL-2家族蛋白的表达水平，包括凋亡前因子如BAX和BCL-XS(也叫做BCL2L1)的上调。据报道，在一些包含色素瘤细胞的癌症类型中，抗凋亡的BCL-2家族成员MCL1表达增加以应对桦木酸，然而在鳞状细胞癌中MCL1水平没有发生变化［16］。值得注意的是，桦木酸介导的细胞凋亡是一种非p53依赖途径，与p53蓄积无关(在p53缺乏的细胞以及p53突变的细胞中也如此)。

3．2 白藜芦醇 白藜芦醇是从葡萄和酒中提取出的多酚类化合物，有提高线粒体功能的作用，结构生物学研究显示，白藜芦醇抑制F1-ATP酶的合成以及水解活性是因为它结合到了位于γ亚单元C末端顶部和β亚单元之间的疏水口袋。这样，白藜芦醇抑制线粒体ATP合成，诱导细胞死亡。白藜芦醇也能在离体线粒体中触发主要外膜蛋白，这个作用是否与白藜芦醇和F1-ATP结合相关仍有待于研究。 白藜芦醇与膜渗透亲脂三苯基膦正离子结合，以达到靶向作用于线粒体的目的。白藜芦醇类诱导药包括碘化4-三苯基膦丁基-4’-O-白藜芦醇和它的二乙酰物，它们能有效地在线粒体中蓄积并且直接干扰线粒体的氧化还原功能。HS-1784，HS-

1792，HS-1791和HS-1793这四个白藜芦醇类似物的抗肿瘤活性强于白藜芦醇［17］。尤其是 HS-1793，能防止u937白血病细胞抵抗BCL-2介导的细胞凋亡。其可能的原因是HS-1793能在转录后水平上下调14-3-3。14-3-3蛋白家族包括细胞溶胶多功能磷酸丝氨酸结合蛋白，这种蛋白能作用且抑制包括凋亡前因子BAX、BAD179等多种组分。如此，白藜芦醇介导的细胞死亡可能是由于增加了非结合BH3包含蛋白(此蛋白能转移入线粒体并且触发MOMP)的利用率。白藜芦醇除被测试用于肿瘤的化学预防之外，还已在早期临床中通过单一用药或与硼替佐米联用，以评价结肠癌和多发性骨髓瘤的治疗效果。 4 其他靶向于癌细胞中线粒体的方式

HSP90抑制剂。HSP90存在于癌细胞线粒体中，正常细胞中没有。虽然一些癌基因如RAS和AKT被认为有利于HSP90进入线粒体，但HSP90倾向存在于恶性细胞线粒体中的分子基础仍然不清楚。在线粒体中，HSP90能与肿瘤坏死因子受体关联蛋白1(TRAP1)以及PTPC组分CYPD形成复合物。据报道，HSP90-TRAP1复合物以蛋白折叠机制控制CYPD调节的MPT。所以，干扰肿瘤细胞中亚细胞单位里的信号网络可能促进开发出线粒体靶向的HSP90拮抗剂。 4．1 Shepherdin Shepherdin为拟肽类的抑制剂，能抑制HSP90与依赖HSP90的蛋白存活素的相互作用。把Antennapedia同源结构域蛋白三螺旋或者HIV TAT序列与Shepherdin的N末端融合，可得到Shepherdin的膜渗透变体［18］。据报道，细胞渗透的Shepherdin能在线粒体区室中积蓄并且迅速触发CYPD介导的MPT以及细胞死亡，而且此过程不依赖p53或者B细胞淋巴瘤表达水平。Shepherdin与HSP90以及TRAP1在线粒体中的物理结合促成了Shepherdin介导的细胞死亡。临床前，多种人类癌细胞异种移植模型研究表明，Shepherdin的全身给药是安全的并且可以使肿瘤生长得到抑制。

4．2 Pu类的HSP90抑制剂 这类特异性结合于HSP90的N末端调控口袋而且表

现出良好的药理学特性，包括忽略微环境的失活以及避免了P-糖蛋白介导的输出。有代表性的包括 Pu24FCI(8-(2-氯-3，4，5-三 甲 氧 苯 基)-2-氟-9-(4-戊炔)-9H-嘌呤-6-胺);Pu-H58(8-(6-溴苯并［d］［1，3］二氧-5-巯基)-9-(4-戊炔)-9H-嘌呤-6-胺);Pu-H71(8-(6-碘苯并［d］［1，3］二氧-5-巯基)-9-(3-(异丙基氨基)丙基)-9H-嘌呤-6-胺)。据报道Pu-H71在缺少雌二醇，孕酮以及HER2受体表达的乳腺癌中能产生潜在且持久的抗肿瘤效应［19］。蛋白质组学分析显示，Pu-H71引起了多种HSP90关联蛋白的向下调节，包括RAS-RAF-MAPK通路中的组分，细胞周期调节物质，细胞凋亡因子和 AKT。有趣的是，小细胞癌对小分子的HSP90抑制剂表现出特别的易感性，包括Pu-H71，Pu24FCi和Pu-H58。线粒体抑制对于细胞溶胶HSP90的相关作用仍有待研究。 5 展望

线粒体是最突出的细胞内ROS资源，低水平的ROS与癌症干细胞有关联。癌症干细胞表现出了不寻常的特性，这使它们更容易受到某种线粒体靶向的药物(包括天然化合物如银胶菊内酯)的攻击，这为进一步研发提供了一个很好的途径［20］。而对肿瘤细胞和正常细胞中显著的生理病理差别更好的理解可以毫无疑问的增加线粒体靶向抗肿瘤药物的选择性。这会引领一个高特异性细胞工具的时代，以专一性发动癌症细胞的线粒体死亡［21］。而以线粒体为靶向的药物的研究可以加速这一治疗原理在临床的应用。

直接作用在线粒体的抗肿瘤药物有避开传统化学治疗抵抗机制的潜力，未来药物研发最重要的一点在于很多已知的线粒体靶向的药物是来自天然化合物的，它们是来源于偶尔发现，而不是系统筛选。这一点提示以发现特异性线粒体靶向药物，进行得到系统性的全球天然物质筛选很有可能在抗癌药领域有突破进展。 参考文献:

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