VDAC2 和 Bak 在肝癌线粒体中的特异性表达：精准抗癌新靶点的发现

为解决肝癌治疗难题，研究人员针对线粒体相关蛋白开展研究，发现可靶向肝癌细胞且不损伤正常肝细胞的新途径，意义重大。

　　

研究背景：肝癌治疗的困境与探索

肝癌作为全球范围内常见且致命的恶性肿瘤，是肝脏的主要癌症类型，也是癌症相关死亡的第三大原因。其发病率持续上升，晚期肝癌的治疗手段有限，预后较差，严重威胁人类健康。

在细胞的 “能量工厂” 线粒体中，存在着一类名为电压依赖性阴离子通道（VDACs）的蛋白质。它们在维持线粒体正常功能以及细胞生死平衡方面发挥着关键作用。其中，VDAC2 可调节促凋亡蛋白 Bak 和 Bax，参与线粒体钙信号传导和自噬过程。当细胞接收到死亡信号时，Bak 和 Bax 的激活与寡聚化会导致线粒体膜通透性增加，释放细胞色素 c（cyto c），进而引发细胞凋亡。

然而，正常组织与肿瘤组织在细胞凋亡调控机制上存在差异。在肝癌的发生发展过程中，这些差异是否能够被利用，成为了攻克肝癌治疗难题的关键。如果能找到一种方法，特异性地诱导肝癌细胞凋亡，同时不影响正常肝细胞的功能，将为肝癌治疗带来新的曙光。基于此，来自美国托马斯杰斐逊大学等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究方法：多技术结合的探索之旅

研究人员综合运用了多种先进技术方法来深入探究肝癌细胞与正常肝细胞在凋亡机制上的差异。在细胞培养方面，对多种肝癌细胞系（如 HepG2、PLC/PRF/5 等）和原代肝细胞（包括大鼠、小鼠和人类）进行培养，为后续实验提供了充足的细胞来源。

在分子生物学技术上，采用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术敲除肝癌细胞中的 VDAC2 基因，以研究其对细胞凋亡敏感性的影响；利用慢病毒 shRNA 系统降低 Bak 蛋白的表达水平，验证 Bak 在细胞凋亡中的作用。

通过免疫印迹分析，对细胞和线粒体中的蛋白质（如 VDAC2、Bak、细胞色素 c 等）进行定量检测，直观地了解这些蛋白质在不同细胞状态下的表达变化。

为模拟体内环境，构建了多种小鼠肿瘤模型，包括肿瘤异种移植模型和化学致癌物诱导的肝癌模型，观察肿瘤的生长情况以及药物治疗效果。

研究结果：关键蛋白差异与抗癌新途径

1. 肝癌细胞对 tBid 敏感性更高：研究人员发现，肝癌细胞系（如 HepG2）对截断的 Bid（tBid）诱导的线粒体膜电位（ΔΨm?）丧失和细胞色素 c 释放极为敏感，而正常肝细胞则表现出显著的抗性。通过单细胞荧光成像测量和免疫印迹分析，证实了这一差异。在体外实验中，加入 tBid 后，HepG2 细胞在短时间内迅速发生线粒体膜电位丧失和细胞色素 c 释放，而正常肝细胞在较长时间内几乎没有变化。这表明肝癌细胞和正常肝细胞在对 tBid 的敏感性上存在巨大差异。
2. VDAC2 和 Bak 表达差异是关键：肝癌细胞中 VDAC2 和 Bak 蛋白的表达水平明显高于正常肝细胞。在多种肝癌细胞系和小鼠肿瘤组织中，都观察到了这种现象。通过蛋白质组学分析和免疫印迹实验，进一步证实了这一结果。此外，使用化学致癌物诱导小鼠肝癌模型，发现肿瘤线粒体中 VDAC2 和 Bak 的表达同样升高。这表明 VDAC2 和 Bak 的高表达与肝癌的发生发展密切相关。
3. VDAC2 调控 tBid 敏感性的机制：为了验证 VDAC2 在 tBid 敏感性中的关键作用，研究人员进行了一系列实验。在原代大鼠肝细胞中过表达 VDAC2，使其对 tBid 诱导的线粒体去极化和细胞色素 c 释放变得敏感；而敲除肝癌细胞系中的 VDAC2 后，细胞对 tBid 的敏感性消失。同时，研究发现 Bak 是 VDAC2 相关的 tBid 敏感性的主要下游效应器。在 Bak 基因敲除的小鼠肝细胞中，即使过表达 VDAC2，细胞对 tBid 仍不敏感。这一系列实验表明，VDAC2 通过招募 Bak 到线粒体，增强了肝癌细胞对 tBid 诱导的细胞凋亡的敏感性。
4. 靶向治疗策略的有效性：基于上述发现，研究人员设计了一种双靶点治疗策略。将 Bid 诱导细胞死亡的激活剂（如细胞可渗透的 Bid BH3 肽、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL））与抗凋亡 Bcl-2 家族蛋白（如 Mcl-1、Bcl-xL）的拮抗剂（如 Obatoclax、S63845）联合使用。实验结果表明，这种组合治疗能够选择性地杀死肝癌细胞，而对正常肝细胞几乎没有影响。在体外实验中，联合使用 S63845 和 TRAIL，可显著降低肝癌细胞的活力，而正常肝细胞的活力不受影响。在体内小鼠模型中，该组合治疗也有效抑制了表达 VDAC2 的肿瘤的生长，且对肝脏组织没有明显的毒性。

研究结论与意义：开启肝癌治疗新篇章

本研究揭示了肝癌细胞与正常肝细胞线粒体分子指纹的差异，即肝癌细胞中 VDAC2 和 Bak 的表达升高，使其对 tBid 诱导的细胞凋亡更为敏感。这种差异为肝癌的靶向治疗提供了新的策略，通过联合使用激活 tBid 途径的药物和抑制 Bcl-2 家族蛋白的药物，可以选择性地杀死肝癌细胞，同时保护正常肝细胞。

这一研究成果不仅为肝癌的治疗提供了新的理论依据和潜在的治疗方案，也为未来开发更有效的抗癌药物奠定了基础。未来的研究可以进一步探索其他与肝癌发生发展相关的分子机制，优化联合治疗方案，提高肝癌治疗的效果，为肝癌患者带来新的希望。