线粒体解偶联物抑制致癌性E2F1活性和前列腺癌生长

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线粒体解偶联物 致癌性E2F1 前列腺癌 ATP生成 AMPK通路 细胞周期 靶向药物

线粒体解偶联物抑制致癌性E2F1活性和前列腺癌生长

线粒体解耦剂抑制E2F1活性与前列腺癌生长研究报告

背景介绍

前列腺癌是美国男性中最常见的癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。据估计，2024年美国约有299,010名男性将被诊断为前列腺癌，其中35,250人会死于这种疾病。尽管雄激素剥夺疗法（androgen deprivation therapy）是前列腺癌的主要治疗手段，许多患者仍然会出现对治疗的耐药性，即去势抗性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer, CRPC）。近20%-40%的患者对现有疗法如恩杂鲁胺（enzalutamide）和阿比特龙（abiraterone）表现出先天性耐药性，而几乎所有对治疗初期有效的患者最终都会产生耐药性。

CRPC 的发展和存活依赖于细胞快速增殖所需的ATP，而去氧核糖核酸（ATP）的主要来源——氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, Oxphos）被认为是其重要的能源代谢途径。线粒体解耦剂作为一类分子已知能够干扰氧化磷酸化的作用机制，从而削弱癌细胞的能量生产。此外，转录因子E2F1是CRPC发展中一个至关重要的癌基因通路。本研究通过探讨线粒体解耦剂对E2F1活性及CRPC细胞增殖的抑制作用尝试提供一种新的癌症治疗策略。

论文来源

该研究题为《Mitochondrial uncouplers inhibit oncogenic E2F1 activity and prostate cancer growth》。第一作者为Ohuod Hawsawi，由Gregoria Cancer Center, Augusta University主导，该研究集多所机构合作完成。论文发表在2025年1月21日的《Cell Reports Medicine》期刊上，为开放获取文章（open access）。

研究流程

方法设计与实验程序

1. 药物筛选系统开发与实验

研究团队开发了一种独特的双顺反子报告（bicistronic reporter）平台，该平台通过CRISPR-Cas9基因编辑技术将萤火虫荧光素酶基因（firefly luciferase, Fluc）插入到目的基因（SKP2）的编码终止子下游，从而实现与内源性SKP2基因同步表达。这个平台的创新点在于能够忠实地反映内源性基因对化学处理的动态反应。

通过高通量药物筛选（共9,298种化合物），研究团队发现了8种显著降低SKP2表达的分子，其中Malonoben（简称Mal）被验证为一种高效的SKP2表达抑制剂。

2. 解耦诱导细胞能量代谢紊乱

Mal被证实是一种高效的线粒体解耦剂，其通过削弱线粒体内膜的质子梯度来显著降低细胞的线粒体膜电位及ATP产率。此外，作者探讨了其他解耦剂如FCCP、Nitazoxanide（NTZ）及其活性代谢物Tizoxanide（TIZ），证实它们均能有效降低SKP2表达并抑制CRPC细胞增殖。

3. TIZ的生化特性研究

作为FDA批准的抗蠕虫药物，NTZ在临床中广泛用于治疗由隐孢子虫（Cryptosporidium parvum）和贾第鞭毛虫（Giardia intestinalis）引起的腹泻。此外，其活性代谢产物TIZ在低毒性浓度下同样表现出显著的解耦作用，能够诱发AMPK（AMP激活蛋白激酶）及P38 MAPK信号通路激活，进而诱导细胞周期调控蛋白Cyclin D1的降解。

4. 体外功能验证

研究进一步验证了TIZ通过诱导G1/S期阻滞、抑制DNA合成及脂质新生的方式显著抑制了CRPC细胞的增殖。此外，通过敲除E2F1基因的细胞模型，研究显示TIZ对SKP2表达与E2F1靶基因表达的抑制依赖于E2F1癌基因通路的下调。

5. 体内研究

此外，研究在多种动物模型中测试了TIZ的抗癌活性。采用患者来源的Lucap23.1异种移植模型及去势小鼠的CRPC模型，通过口服NTZ显著延缓了肿瘤的生长，并降低肿块中增殖相关标志物Ki-67和SKP2的表达水平。

研究结果

1. 解耦剂抑制E2F1活性

RNA测序（RNA-seq）分析表明，TIZ显著下调了与E2F1相关的基因转录，特别是影响细胞周期进展（如Cyclin E1, SKP2）、DNA合成（如MCM2, BRCA1）以及脂质代谢的基因（如FASN, SREBF1）。

2. TIZ通过AMPK-P38通路作用

研究表明，TIZ通过激活AMPK，进一步诱导P38的磷酸化，促进Cyclin D1在T286位点的磷酸化，随后通过蛋白质酶体通路快速降解。

3. 体内抗肿瘤的显著效果

通过口服NTZ，实验动物的体重未见任何异常，解剖显示主要器官如心、肝和肾无病理学伪影，提示NTZ具有优良的安全性。

研究意义与亮点

  1. 靶向E2F1通路：研究首次揭示了解耦剂通过AMPK-P38信号链抑制E2F1的机制。

  2. 临床转化潜力：NTZ作为现成的FDA批准药物，有望快速进入前列腺癌的临床探索，减少新药研发周期。

  3. 安全性优势：与传统呼吸链抑制剂相比，NTZ引起的能量代谢失衡较温和且特异，避免了过量代谢重编程导致的耐药性。

总结

本研究为线粒体解耦剂在治疗去势抗性前列腺癌中的应用奠定了理论基础，通过解析其干扰E2F1通路的分子机制，展示了其潜在临床应用价值。这为CRPC的治疗提供了一种新型策略，值得在进一步的临床试验中进行验证和优化。