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新型強效銅離子載體通過共價靶向PRDX1誘導銅死亡用于三陰性乳腺癌治療
2025-5-7 閱讀(99)
各位讀者好，今天為大家帶來一篇使用整合轉錄組學、蛋白質組學、生物信息學和分子對接策略來研究pochonin D(PoD)在三陰性乳腺癌(TNBC)中的作用、潛在靶點和機制的高分文章，是由中國藥科大學團隊2025年2月在ACS Cent Sci發表的，題為“Discovery of Natural Resorcylic Acid Lactones as Novel Potent Copper Ionophores Covalently Targeting PRDX1 to Induce Cuproptosis for Triple-Negative Breast Cancer Therapy”。從中藥內生真菌中分離出天然產物，誘導三陰性乳腺癌(TNBC)細胞發生銅死亡，為TNBC的治療提供了新的理論依據，也為TNBC的臨床治療藥物提供了可能。
三陰性乳腺癌(TNBC)是一種侵襲性強的乳腺癌亞型，缺乏雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)和人表皮生長因子受體2(HER2)表達，導致分子靶向療法通常無效，患者預后差，急需新的治療靶點和有效藥物。銅死亡是2022年新發現的細胞死亡形式，由銅與三羧酸循環的脂酰化成分直接結合觸發，在癌癥治療中具有潛在應用價值。銅離子載體在銅死亡的發現和應用中發揮了重要作用，可能成為抗腫瘤藥物。天然產物結構多樣、生物活性高、毒性低，約50%的抗癌藥物直接或間接來源于天然產物。間苯二酸內酯(RALs)是一類真菌來源的聚酮化合物，具有多種生物活性，可能成為治療TNBC的潛在藥物。
本研究從植物內生真菌llyonectria sp.中分離出24個間苯二酸內酯(RALs)，其中9個為新化合物。研究發現Pochonin D(PoD)能有效抑制三陰性乳腺癌(TNBC)細胞增殖。通過多種技術確定PRDX1是PoD的直接靶點，PoD通過與PRDX1的Cys173位點共價結合，抑制其酶活性，誘導細胞內銅積累，觸發銅死亡，發揮抗TNBC活性。此外，PRDX1高表達與TNBC患者預后不良相關，PRDX1抑制劑可能是潛在的銅離子載體，為TNBC治療提供了新策略。
研究框架：
1. 提出問題
TNBC是侵襲性強的乳腺癌亞型，缺乏有效治療靶點，而銅死亡是新型細胞死亡形式，因此識別誘導TNBC銅死亡的藥物靶點和銅離子載體是臨床急需解決的問題。
2. 研究框架
從植物內生真菌中分離化合物，評估其對TNBC細胞的活性，確定有效化合物，再深入研究其作用機制和靶點。
3. 研究方法
化合物分離鑒定：采用代謝組學和抗腫瘤活性導向分離法，從內生真菌中分離24個間苯二酸內酯(RALs)，用多種光譜技術確定結構。
活性評估：用細胞毒性實驗、克隆形成實驗、細胞周期和凋亡實驗等評估化合物活性。
機制研究：用轉錄組學、蛋白質組學、生物信息學分析、CMap、OTTER等技術，結合臨床樣本，研究化合物作用機制和靶點。
4. 分析數據
對實驗數據進行統計分析，如比較不同處理組細胞活性、基因表達差異等，確定化合物活性和作用機制。
5. 得出結論
發現Pochonin D(PoD)能有效抑制TNBC細胞增殖，通過結合PRDX1抑制其酶活性，干預銅死亡發揮抗癌作用，表明PRDX1是與銅死亡相關的生物標志物和治療靶點，PoD是新型銅離子載體。
研究流程示意圖
結果解析：
1. RALs的分離與結構鑒定
從植物內生真菌Ilyonectria sp. FL - 710中分離出24個RALs，包括9個新化合物。通過多種光譜分析、NMR和ECD計算以及X射線晶體學確定了它們的結構和構型。如ilyolactone A，根據HRESIMS、NMR等數據確定其分子式為C19H23ClO8，并通過X射線衍射確定其絕對構型。
2. Pochonin D(PoD)對TNBC細胞的抑制作用
體外實驗：PoD對六種人類癌細胞系有顯著細胞毒性，對TNBC細胞系有劑量和時間依賴性抑制活性，對正常乳腺細胞MCF-10A毒性較低。結構-活性關系研究表明，α,β-不飽和酮基、C-4-C-5的環氧結構和雙鍵、C-13的氯原子等對活性有重要影響。PoD可劑量依賴性降低MDA-MB-231和4T1細胞的克隆形成能力，使細胞周期阻滯在G2/M期，誘導細胞凋亡。
體內實驗：建立TNBC異種移植小鼠模型，PoD劑量依賴性抑制腫瘤生長，降低腫瘤重量和體積，且在有效劑量下無明顯毒性。
3. PoD觸發TNBC細胞銅死亡
通過RNA測序和CMap數據庫分析，發現PoD與已知銅死亡誘導劑雙硫侖正相關，能顯著影響銅死亡相關調控基因。
細胞銅比色測定和熒光顯微鏡成像顯示PoD增加細胞內銅含量，銅增強PoD對TNBC細胞的細胞毒性，銅螯合劑TM可減弱其毒性。
分光光度滴定和化學位移變化表明PoD與銅結合。
4. PRDX1是PoD的直接靶點且在TNBC中高表達
利用生物su標記的PoD探針和質譜分析，確定PRDX1是PoD的潛在靶點。OTTER分析也富集到PRDX1及相關相互作用蛋白。
TCGA數據和免疫組織化學分析顯示PRDX1在乳腺癌中高表達，且高表達與患者預后不良和生存期短相關。
5. PoD與PRDX1的結合特性
微尺度熱泳(MST)、等溫滴定量熱法(ITC)、細胞熱位移分析(CETSA)和藥物親和力響應性靶點穩定性(DARTS)實驗表明PoD與PRDX1有高親和力結合，抑制PRDX1的酶活性，誘導細胞內活性氧(ROS)積累。
6. PoD與PRDX1的共價結合位點
對比PoD和缺乏α,β - 不飽和酮基的衍生物，表明PoD的細胞毒性依賴于該基團。
對接模擬和MST、CETSA、DARTS及下拉實驗確定PoD通過α,β - 不飽和酮基與PRDX1的Cys173共價結合。
7. PRDX1在TNBC中的生理功能及PoD的抗癌機制
構建PRDX1敲低(PRDX1 - KD)和過表達(PRDX1 - OV)的TNBC細胞，發現PRDX1表達影響細胞增殖，PoD對細胞增殖的抑制作用依賴于PRDX1表達水平。
PRDX1 - KD細胞中ROS和銅離子水平升高，PoD誘導的銅離子升高在PRDX1 - KD細胞中減弱。其他PRDX1抑制劑也能誘導不同程度的銅離子積累。
小鼠模型實驗表明PRDX1影響體內腫瘤生長，PoD對TNBC細胞的抗癌作用依賴于PRDX1。
研究結論：
本文從植物內生真菌中分離出24種間苯二酸內酯(RALs)，其中9種為新發現。Pochonin D(PoD)能有效抑制三陰性乳腺癌(TNBC)細胞增殖，誘導細胞凋亡和銅死亡。PRDX1是PoD的直接靶點，PoD通過與PRDX1的Cys173位點共價結合，抑制其酶活性，干預銅死亡過程，發揮抗TNBC活性。PRDX1是與銅死亡相關的生物標志物和治療靶點，PoD是新型銅離子載體。
研究的創新性：
從植物內生真菌中分離出9種新的RALs，化合物1 - 6具有特的E構型，為化學研究提供新見解。
發現PoD能誘導TNBC細胞銅死亡，且PRDX1是其作用靶點，為TNBC治療提供新策略。
PoD對PRDX1有高選擇性和良好體內安全性，是研究PRDX1抑制機制的合適工具。
研究的不足之處：
雖發現PRDX1抑制劑可誘導銅離子積累，但未深入探究其具體過程和機制，缺乏更詳細的實驗驗證。
研究主要集中在細胞和小鼠模型，未開展臨床試驗，PoD在人體中的療效和安全性有待進一步研究。
研究展望：
深入研究PRDX1抑制劑誘導銅離子積累的具體分子機制，明確其在銅死亡中的作用。
開展PoD的臨床試驗，評估其在人體中的療效和安全性，為TNBC治療提供臨床依據。
基于PoD和RALs的結構，進行結構優化和改造，開發更高效、低毒的抗TNBC藥物。
研究意義：
本研究為TNBC治療提供了新的藥物靶點和治療策略。發現的新RALs和PoD為開發新型抗癌藥物提供了基礎。明確PRDX1與銅死亡的關系，有助于深入理解TNBC的發病機制，為TNBC的精準治療提供理論支持。
