靶向機體亞單位治療是當前癌癥治療的新型策略，也是現代分子藥理學(xué)研究和發(fā)展的重點(diǎn)方向。線(xiàn)粒體是產(chǎn)生能量的場(chǎng)所和細胞的代謝中心，腫瘤細胞具有代謝異常的特征，這使得開(kāi)發(fā)靶向線(xiàn)粒體的化合物成為新的抗腫瘤研究方向。

線(xiàn)粒體與癌癥的關(guān)系

線(xiàn)粒體與癌癥的關(guān)聯(lián)體現在多個(gè)相互交織的生物學(xué)過(guò)程中。從凋亡調控到氧化還原穩態(tài)，從離子平衡到遺傳物質(zhì)變異，每個(gè)環(huán)節均存在促癌與抑癌的動(dòng)態(tài)博弈。

①線(xiàn)粒體調控細胞凋亡。細胞凋亡可由內源性線(xiàn)粒體途徑（Bcl-2 途徑）與外源性死亡受體途徑兩種途徑引發(fā)。在線(xiàn)粒體在內源性凋亡途徑中，Bcl-2 家族蛋白通過(guò)調控促凋亡信號，改變內質(zhì)網(wǎng)與線(xiàn)粒體間的鈣離子（Ca²?）動(dòng)態(tài)平衡，促使動(dòng)力相關(guān)蛋白 1（Drp1）介導線(xiàn)粒體分裂形成碎片化結構。這一過(guò)程導致細胞色素C釋放至胞質(zhì)，進(jìn)而激活 Caspase-3 并引發(fā)凋亡級聯(lián)反應。外源性凋亡途徑則由細胞表面死亡受體（如TNFR 家族）啟動(dòng)，通過(guò) Caspase-8 水解促凋亡蛋白，最終激活下游 Caspase-3和Caspase-7。

②線(xiàn)粒體產(chǎn)生 ROS。作為活性氧（ROS）的主要來(lái)源，線(xiàn)粒體在腫瘤進(jìn)展中呈現雙重角色。腫瘤細胞內 ROS水平通常高于正常細胞，低濃度 ROS 通過(guò)激活Ras-ERK 、MAPK 及PI3K/AKT 等信號通路促進(jìn)癌細胞增殖與侵襲。例如，肝癌細胞中ROS 通過(guò) AKT 通路調控端粒酶活性，而抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（NAC）可阻斷這一過(guò)程。然而，當ROS積累超過(guò)閾值時(shí)，會(huì )造成脂質(zhì)過(guò)氧化、蛋白質(zhì)失活及 DNA 損傷，最終觸發(fā)細胞死亡。研究顯示，丙氨酸內酯通過(guò) ROS-MAPK 通路抑制 NF-κB 、AP-1 和STAT3 轉錄因子活性，從而抑制腫瘤生長(cháng)；葫蘆素 B則通過(guò)提升 ROS 水平破壞線(xiàn)粒體膜電位，誘導前列腺癌細胞凋亡。

③線(xiàn)粒體內Ca2+的攝取。線(xiàn)粒體鈣離子單向轉運體（MCU）介導的 Ca²?攝取機制在癌癥中同樣呈現矛盾特性。肝癌等腫瘤中 MCU 的過(guò)度表達可通過(guò)增加線(xiàn)粒體內Ca²?濃度，激活ROS/Nrf2/Notch信號軸，促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉化及轉移進(jìn)程。此外，Ca²?信號還可通過(guò)穩定 p53 蛋白調控細胞周期。但在病理條件下，MCU 介導的 Ca²?內流與硫化氫（H?S）協(xié)同引發(fā)氧化應激暴發(fā)，抑制 ATP 合成和下調熱休克蛋白表達，從而抑制癌癥的發(fā)展。

④線(xiàn)粒體DNA（mtDNA）。mtDNA因缺乏組蛋白保護及高效修復系統更易發(fā)生突變，其異常與腫瘤代謝重編程密切相關(guān)。 mtDNA突變可導致氧化磷酸化功能障礙，迫使癌細胞依賴(lài)糖酵解供能（即Warburg 效應），從而適應缺氧微環(huán)境。盡管膀胱癌、乳腺癌等腫瘤中常觀(guān)察到 mtDNA拷貝數減少，但部分癌細胞通過(guò)上調核編碼線(xiàn)粒體基因進(jìn)行代償。例如，腎癌細胞可通過(guò)增強線(xiàn)粒體基因表達抵消 mtDNA 損耗，維持呼吸鏈蛋白水平。

靶向線(xiàn)粒體小分子化合物

1、親脂性陽(yáng)離子小分子化合物

親脂性陽(yáng)離子小分子可通過(guò)腫瘤細胞線(xiàn)粒體超極化膜電位（ψm）實(shí)現靶向蓄積。正常細胞線(xiàn)粒體膜電位（130~150 mV）與胞漿（-60 mV）形成約180 mV 跨膜電位差，而腫瘤細胞ψm更高，使帶正電分子更易富集于其線(xiàn)粒體。三苯基膦（TPP）容易穿透帶負電荷的細胞膜和線(xiàn)粒體膜，使其積累在線(xiàn)粒體的濃度可達其他部位的數百倍，成為納米遞藥系統常用靶頭。研究發(fā)現，羅丹明-23可用于活細胞的線(xiàn)粒體定位，并在較高濃度下通過(guò)抑制ATP 合酶破壞線(xiàn)粒體的生物能量功能，從而對線(xiàn)粒體產(chǎn)生毒性，其衍生物 MKT-077能優(yōu)先在腫瘤細胞線(xiàn)粒體中積累，并誘導線(xiàn)粒體DNA選擇性耗損，抑制腫瘤生長(cháng)。但由于具有反復腎毒性的不良反應，其臨床試驗已在第一階段被終止。地喹氯銨（DEQ）可選擇性靶向線(xiàn)粒體，從而抑制線(xiàn)粒體 ATP 酶，阻止細胞中的能量產(chǎn)生，但隨后發(fā)現它在多藥耐藥性腫瘤細胞系中表現出交叉耐藥性，DEQ可通過(guò)外排泵被腫瘤細胞排出。盡管 TPP 、DEQ 等藥效有限，但其高靶向性為遞藥系統設計提供了基礎，通過(guò)偶聯(lián)藥物或結構優(yōu)化可提升線(xiàn)粒體富集效率，增強抗腫瘤效果，但仍需解決毒性、耐藥性等挑戰。

2、改變線(xiàn)粒體膜通透性的小分子化合物

線(xiàn)粒體膜通透性改變是觸發(fā)內源性細胞凋亡的關(guān)鍵機制，凋亡信號及多種因子通過(guò)激活線(xiàn)粒體膜通透性轉換孔（MPTP）引發(fā)線(xiàn)粒體膜完整性破壞，導致基質(zhì)腫脹、外膜破裂、膜電位（ψm）下降或喪失、氧化磷酸化解耦聯(lián)及 ATP 合成減少，進(jìn)而通過(guò)內容物釋放誘導細胞凋亡或壞死，在腫瘤治療中起到重要作用。

①Bcl-2 蛋白家族類(lèi)似物

Bcl-2蛋白家族通過(guò)調控線(xiàn)粒體外膜通透性成為細胞凋亡的“主開(kāi)關(guān)”，其成員包含促凋亡蛋白（如Bax、Bad）和抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-xL）。基于 Bcl-2同源結構域 BH3設計的靶向小分子化合物中，天然化合物棉酚作為首個(gè) BH3 模擬物可抑制 Bcl-2 并破壞線(xiàn)粒體膜完整性，但因脫靶效應終止臨床開(kāi)發(fā)；后續研發(fā)的 ABT-737對 B細胞淋巴瘤和小細胞肺癌具有顯著(zhù)細胞毒性，但口服生物利用度不足，經(jīng)結構優(yōu)化得到的 ABT-263進(jìn)入臨床 III 期試驗，其衍生物 ABT-199（venetoclax，9）憑借納摩爾級親和力成為首個(gè)FDA批準的BH3 模擬物，用于治療特定慢性淋巴細胞白血病。此外，WEHI-539作為高選擇性 Bcl-xL 抑制劑被發(fā)現，經(jīng)研究?jì)?yōu)化獲得高效口服抑制劑 A-1331852。

②VDAC/ANT 抑制劑

電壓依賴(lài)性陰離子通道（VDAC）和腺嘌呤核苷酸轉位酶（ANT）作為線(xiàn)粒體膜的關(guān)鍵整合蛋白，分別在線(xiàn)粒體外膜和內膜構成代謝物運輸的重要通道。研究表明，VDAC/ANT 復合體功能紊亂可通過(guò)誘導線(xiàn)粒體通透性轉變（MPT），進(jìn)而觸發(fā)腫瘤細胞凋亡級聯(lián)反應。這一分子機制為開(kāi)發(fā)新型抗腫瘤藥物提供了重要理論依據。在靶向治療策略開(kāi)發(fā)方面，有研究基于砷化物的生物活性設計的三價(jià)砷-谷胱甘肽復合物 GSAO，通過(guò)特異性結合 ANT 蛋白的半胱氨酸殘基產(chǎn)生共價(jià)交聯(lián)，有效抑制線(xiàn)粒體功能并阻滯腫瘤細胞增殖。盡管該化合物在臨床I期試驗（NCT01147029）中因砷毒性問(wèn)題終止研發(fā)，但其結構優(yōu)化產(chǎn)物 PENAO展現出顯著(zhù)改進(jìn)特性。研究證實(shí)，PENAO 通過(guò)調控多藥耐藥蛋白 MRP1/2 的轉運動(dòng)力學(xué)，使細胞內蓄積速率較母體化合物提升 85 倍，且具有更強的抗腫瘤效力。目前該衍生物已進(jìn)入 I/IIa 期臨床試驗，正在評估其單藥或聯(lián)合雷帕霉素的治療效果。此外，Bcl-2 蛋白家族與 VDAC/ANT 系統在線(xiàn)粒體膜通透性調控中具有協(xié)同作用。已進(jìn)入臨床研究的ABT-199 等靶向藥物，通過(guò)驗證其安全性和有效性，進(jìn)一步證實(shí)了該策略的可行性。

3、靶向己糖激酶 2(hexokinase 2，HK2)的小分子抑制劑

HK是催化己糖轉化成6磷酸己糖的一種酶，包含HK1、HK2、HK3、HK4 4個(gè)亞型，對其進(jìn)行阻斷可以抑制腫瘤細胞的生長(cháng)。其中HK2 亞型因在惡性腫瘤中特異性高表達而備受關(guān)注，其可通過(guò)催化葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖（G6P），并通過(guò)與VDAC1 的競爭性結合干擾 Bax 介導的凋亡通路，使腫瘤細胞逃離凋亡。針對 HK2 的抑制策略主要聚焦于三個(gè)關(guān)鍵作用位點(diǎn)。

①靶向葡萄糖結合位點(diǎn)

基于競爭性抑制原理，2-脫氧-D-葡萄糖（2-DG）作為經(jīng)典抑制劑可通過(guò)占據 HK2 葡萄糖結合位點(diǎn)實(shí)現抑制作用，10 mmol·L?¹濃度即可顯著(zhù)下調 HeLa 細胞 HK2 表達。目前該化合物已在轉移性前列腺癌領(lǐng)域進(jìn)入I/II 期臨床評估（NCT00633087）。通過(guò)虛擬篩選發(fā)現的芐絲肼（Benserazide）及其結構優(yōu)化產(chǎn)物BNBZ，經(jīng)苯環(huán)引入和肼氮芳構化修飾后，其與結合袋的極性/非極性相互作用顯著(zhù)增強，抑制活性提升11倍，IC50從5.5 μmol·L?¹優(yōu)化至 0.5 μmol·L?¹，展現出更優(yōu)的成藥潛力。

②靶向G6P 結合位點(diǎn)

G6P作為葡萄糖的HK2 催化產(chǎn)物，是HK2的天然抑制劑，有葡萄糖片段和磷酸片段2個(gè)與HK2結合的關(guān)鍵片段。G6P 能與葡萄糖結合競爭，破壞HK2的獨特催化結構而發(fā)揮選擇性抑制功能。

③靶向HK2催化功能結合位點(diǎn)

最新研究發(fā)現，3-溴丙酮酸（3-BP）可通過(guò)烷基化修飾 HK2 的Cys158 殘基，破壞其與 VDAC1 的蛋白互作網(wǎng)絡(luò )。實(shí)驗證實(shí)，該化合物能有效恢復線(xiàn)粒體凋亡通路敏感性，在乳腺癌小鼠模型中可使腫瘤體積縮小62%。盡管目前尚處臨床前研究階段，但其獨特的作用機制為開(kāi)發(fā)新型多靶點(diǎn)抑制劑提供了重要啟示。

相關(guān)閱讀：《靶向線(xiàn)粒體在腫瘤治療中的研究進(jìn)展（二）》

參考資料

[1]黃佳藤,王甜甜,劉華,等.線(xiàn)粒體靶向小分子化合物在腫瘤研究中的應用[J].中國現代應用藥學(xué),2024,41(22):3245-3254.

[2]鄒鑫,黃璨,李佳良,等.靶向線(xiàn)粒體在癌癥治療中的作用研究進(jìn)展[J].腫瘤藥學(xué),2024,14(02):166-172.

作者簡(jiǎn)介：小米蟲(chóng)，藥品質(zhì)量研究工作者，長(cháng)期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗證工作，現就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，從事藥品檢驗分析及分析方法驗證。