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AJPS：南方医科大学等揭示了雷公藤红素脂质体通过靶向VDAC2诱导肝细胞癌铁死亡和细胞凋亡的机制

2024-01-04 网络 网络 发表于上海

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雷公藤红素（Cel）是一种从中药雷公藤的根皮中提取获得的天然产物，研究表明其具有抗炎、抗动脉粥样硬化等药理学作用。近年来，Cel在多种肿瘤中的应用受到了广泛关注。

雷公藤红素（Cel）是一种从中药雷公藤的根皮中提取获得的天然产物，研究表明其具有抗炎、抗动脉粥样硬化等药理学作用。近年来，Cel在多种肿瘤中的应用受到了广泛关注。

2023年11月，《Asian Journal of Pharmaceutical Sciences》（IF：10.2）杂志发表题为“Mechanistic engineering of celastrol liposomes induces ferroptosis and apoptosis by directly targeting VDAC2 in hepatocellular carcinoma”的研究性论文，该论文的研究团队创新性开发了一种以Cel为基础的脂质体，并通过多种试验方法，探讨了该脂质体治疗肝细胞癌的作用机制，为Cel的制剂开发提供了新的思路。
Cel可与VDAC2的Cys13结合是其抗肿瘤作用的关键靶点
研究团队首先构建了带有炔基标记的Cel探针（Cel-P），随后采用ABPP结合LC-MS/MS方法鉴定Cel的潜在作用靶标，发现VDAC2可能是Cel抗肿瘤作用的关键靶点。

图1 VDCA2是Cel作用的潜在靶点
具体来说，研究团队通过免疫荧光、pull down实验、细胞热漂移实验发现Cel与VDAC2具有直接相互作用。为探究Cel与VDAC2的结合机制，研究人员设计了一种体外检测系统，检测到Cel-P与rhVDAC2的结合呈剂量依赖性，并且rhVDAC2的IAA-yne标记可以被过量的Cel竞争走，这提示Cel可以直接与VDAC2的半胱氨酸残基结合。研究者通过分子对接与点突变试验进一步明确Cel是与VDAC2的Cys13结合。

图2 Cel可直接与VDAC2的半胱氨酸残基结合
Cel可引起线粒体膜电位的紊乱
有研究表明，VDAC家族在调节线粒体内外的能量代谢方面起着重要的作用，与细胞凋亡密切相关。研究人员使用免疫荧光检测发现Cel-P与线粒体共定位于SKHep1细胞内，这提示Cel可能作用于线粒体。
后进一步采用JC-1染色试验检测SKHep1细胞中的线粒体膜电位发现，Cel引起了线粒体膜电位的失衡。随后的免疫荧光结合WB实验证实，细胞色素C由线粒体释放至胞浆中。这提示，Cel导致细胞色素C释放至胞浆中，引起线粒体膜电位的紊乱。

 图3 Cel可以引起线粒体膜结构的紊乱

Cel可诱导ROS所介导的铁死亡
研究人员进一步通过蛋白质组学探究Cel对蛋白表达的影响，获得452个上调蛋白，406个下调蛋白，GO富集分析后发现蛋白大多与铁死亡、凋亡、ROS等信号转导相关。流式细胞术对相关蛋白进行检测发现，Cel处理后，肿瘤细胞中ROS的产生显著增加。这提示，Cel可诱导ROS所介导的铁死亡。

图4 Cel靶向VDAC2诱导ROS所介导的铁死亡
研究团队敲除VDAC2基因后发现，同样出现诱导肝细胞癌ROS和铁死亡的情形，而Cel的处理更加剧了这一过程。

图5 敲除VDAC2将诱导ROS和铁死亡
AGCL具有明显肿瘤抑制作用疗效及不良反应均优于Cel
为解决Cel在治疗过程中引起的副作用，研究人员将Cel包裹进烷基葡萄糖苷修饰的脂质体中，构建AGCL，并评估了该AGCL对肿瘤细胞的细胞毒性，结果发现，肿瘤细胞的增殖受到明显抑制。

 图6 AGCL的构建

为评估AGCL的细胞摄取和分布情况，研究人员制备了DAGCL（相当于1mg/kg Cel），通过小鼠活体成像技术观察发现，在初始阶段，荧光信号主要集中在小鼠腹部；6-24h，AGCL从腹部向肿瘤组织的移动；48h后，荧光信号逐渐减弱。在给药后24h后解剖小鼠的不同组织检测其荧光强度发现，DAGCL主要积聚在肿瘤和肝脏中。
与此同时，体外细胞摄取实验也表明，AGCL可以增强肿瘤细胞的摄取与吸收。这提示，AGCL在体内和体外均具有较好的生物靶向性和细胞摄取性。

图7 在体外和体内评价了AGCL的细胞摄取和生物分布
研究团队构建了裸鼠异种移植瘤模型用以评估AGCL与Cel在体内的抑瘤作用发现，在治疗效果方面，两者小鼠肿瘤的大小和重量均显著降低，但AGCL组优于Cel组。不良反应方面，AGCL组小鼠体重无明显降低且无腹泻现象产生。

图8 AGCL能有效抑制异种移植瘤的生长

综上提示，Cel靶向VDAC2的半胱氨酸残基导致细胞色素C释放至胞浆中，进而诱导ROS介导的铁死亡。进一步将Cel包裹进入脂质体（AGCL）中观察发现，Cel抗肿瘤效果增加的同时减少了相应的副作用，具有双赢作用。
参考文献：
[1] Luo P, Zhang Q, Shen S, et al. Mechanistic engineering of celastrol liposomes induces ferroptosis and apoptosis by directly targeting VDAC2 in hepatocellular carcinoma. [J]. Asian J Pharm Sci. 2023, 18(6):100874.

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