靶向线粒体动态变化：雷公藤红素治疗胶质母细胞瘤的新希望

为探索胶质母细胞瘤（GBM）新疗法，研究人员探究雷公藤红素对其线粒体动态等的影响，发现其或可用于 GBM 治疗。

　　胶质母细胞瘤（Glioblastoma multiforme，GBM）是一种极其凶险的原发性恶性脑肿瘤，在所有原发性恶性脑肿瘤中占比近 50%，堪称脑癌中的 “头号杀手”。患者的生存状况不容乐观，1 年生存率仅 37.4%，5 年生存率更是低至 4.9% 。尽管医学在不断进步，直接肿瘤内药物递送、分子靶向治疗、肿瘤免疫疗法和纳米医学等新型治疗手段相继问世，但想要彻底治愈 GBM 依旧困难重重。因此，从全新视角探索和开发有效的 GBM 治疗策略，成为医学领域亟待攻克的难题。

线粒体作为细胞内的 “能量工厂”，在众多关键生物学过程中发挥着不可或缺的作用，包括氧化磷酸化、膜电位生成、氧化还原稳态维持以及细胞凋亡的内在调控等。近年来，越来越多的证据表明，线粒体与癌症的发生发展关系密切，GBM 也不例外。例如，癌基因激活和缺氧会导致线粒体活性氧（mROS）水平异常升高，这些过量的 mROS 不仅能诱导核 DNA 或线粒体 DNA 发生突变，助力癌细胞存活，还能激活缺氧诱导因子 1（HIF-1），促使癌细胞的代谢方式从氧化磷酸化转变为糖酵解，也就是所谓的 “Warburg 效应”，为肿瘤的生长提供能量支持。此外，癌细胞还会对线粒体的动态平衡进行调整，主要涉及线粒体膜的融合与分裂过程的平衡改变。这种动态变化对于维持线粒体的正常形态、数量和功能完整性至关重要，一旦失衡，就可能引发各种代谢紊乱和疾病。在 GBM 中，线粒体的这些异常改变在肿瘤的发生、发展和耐药过程中都扮演着关键角色，这也使得线粒体成为极具潜力的癌症治疗靶点。目前，针对线粒体氧化磷酸化、三羧酸循环和线粒体动态变化的新型治疗方法正在如火如荼地研发和探索中，部分研究已展现出令人期待的抑癌效果。然而，截至目前，仍没有专门针对线粒体动态变化用于 GBM 治疗的药物获批上市，甚至也没有相关药物进入临床试验阶段。

雷公藤红素（Celastrol）作为一种备受关注的天然化合物，近年来在抗癌领域崭露头角，因其具有广谱的抗癌活性和多靶点作用特性，受到了科研人员的广泛关注。已有研究证实，雷公藤红素在多种癌症治疗中展现出一定的潜力，如 GBM、肺癌和肝癌等。然而，其在 GBM 中线粒体动态变化方面的研究还相对匮乏。基于此，中国人民解放军医学院等机构的研究人员展开了一项关于雷公藤红素对 GBM 线粒体动态变化、氧化还原稳态和细胞增殖影响的研究。该研究成果发表在《BMC Cancer》杂志上，为 GBM 的治疗带来了新的曙光。

在本次研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，通过 Mito-Tracker Green 染色评估雷公藤红素对线粒体动态的影响；利用 Western blot 分析线粒体动力蛋白、抗氧化酶和细胞周期相关蛋白的表达水平；采用 JC-1 染色测定线粒体膜电位；借助 MitoSOX 检测线粒体活性氧。细胞增殖能力评估则借助 Cell Counting Kit-8 分析和集落形成实验。动物实验方面，构建了 C57BL/6J 小鼠的 GBM 皮下移植瘤模型，通过测量肿瘤大小和观察小鼠生存时间来评估雷公藤红素的治疗效果。

研究结果如下：

1. 雷公藤红素抑制 GBM 细胞活力：经雷公藤红素处理 24 小时后，U251、LN229 和 U87-MG 细胞的 IC₅₀值分别为 1.494μM、2.999μM 和 3.159μM。当雷公藤红素浓度超过 1μM 时，细胞活力呈浓度依赖性下降。在 1μM - 2μM 浓度范围内，细胞活力显著降低，细胞增殖受到明显抑制，因此选取该浓度范围进一步研究。
2. 雷公藤红素促进人 GBM 细胞线粒体分裂：用 1.0μM 和 1.5μM 雷公藤红素处理 U251、LN229 和 U87-MG 细胞 24 小时后，线粒体形态从长杆状转变为短杆状、点状和小环状，平均线粒体长度和面积显著减小，且 1.0μM 和 1.5μM 浓度下效果相似，表明雷公藤红素在 1.0μM 及以上浓度可促进线粒体分裂，增加浓度并未进一步增强该效果。
3. 雷公藤红素下调人 GBM 细胞中 Mfn1 的表达：在哺乳动物细胞中，动力相关蛋白 1（Drp1）促进线粒体外膜（OMM）分裂，而 Mfn1 调节 OMM 融合。Western blot 分析显示，雷公藤红素处理后，U251 细胞中 1.0μM 和 1.5μM 浓度下 Mfn1 表达显著下降，LN229 细胞中 1.5μM 浓度下 Mfn1 表达明显降低，而 MFF 和 Fis1 的表达在两种细胞中均无显著变化，表明雷公藤红素可下调人 GBM 细胞中 Mfn1 的表达。
4. 雷公藤红素降低人 GBM 细胞的 ΔψM：线粒体膜电位（ΔψM）是反映线粒体 ATP 合成能力的间接指标。JC-1 染色结果显示，经雷公藤红素处理 24 小时后，1μM、1.5μM 和 2μM 浓度下，反映 ΔψM 水平的红绿荧光强度比值显著下降，且在 LN229 细胞中下降程度呈浓度依赖性，表明雷公藤红素可降低人 GBM 细胞的 ΔψM，间接提示其对线粒体功能造成损伤。
5. 雷公藤红素导致人 GBM 细胞线粒体氧化还原稳态失衡：在 U251、LN229 和 U87-MG 细胞中，1.5μM 雷公藤红素处理 24 小时后，mROS 产生显著增加，1μM 处理时无明显变化。同时，雷公藤红素处理后，细胞内抗氧化应激相关蛋白 Nrf2、HMOX1 和 SOD1 的表达呈现不同变化，低浓度时抗氧化应激反应系统被激活，高浓度时其功能受损，表明高剂量雷公藤红素会导致人 GBM 细胞线粒体氧化还原稳态失衡。
6. 雷公藤红素通过降低 CDK1 和 Cyclin B1 的表达抑制 GBM 细胞的增殖能力：细胞周期蛋白依赖性激酶 1（CDK1） - 细胞周期蛋白 B1（Cyclin B1）复合物控制着有丝分裂周期。Western blot 分析表明，1μM 和 1.5μM 雷公藤红素处理 24 小时后，U251 和 LN229 细胞中 Cyclin B1 和 CDK1 水平降低，且抑制效果不随浓度增加而增强，提示雷公藤红素可能通过下调 Cyclin B1 和 CDK1 的表达抑制人 GBM 细胞增殖。
7. 雷公藤红素抑制 GL261 细胞生长并延长 GBM 荷瘤 C57BL/6J 小鼠的生存期：以 GL261 细胞为移植瘤细胞系，C57BL/6J 小鼠为荷瘤模型，实验结果显示，雷公藤红素可有效抑制 GL261 细胞增殖，荷瘤小鼠经雷公藤红素处理后生存期显著延长，对照组小鼠中位生存期为 7 天，处理组为 18 天。

研究结论与讨论：本研究证实了雷公藤红素可通过降低 Mfn1 表达促进 GBM 细胞线粒体分裂，伴随线粒体功能障碍、ΔψM 下降、氧化应激增加以及 CDK1 和 Cyclin B1 表达降低。这些结果表明雷公藤红素具有作为 GBM 靶向线粒体动态变化治疗药物的潜力，为 GBM 的治疗开辟了新的方向。然而，目前研究仍存在一定局限性。例如，雷公藤红素穿过血脑屏障的具体渗透率尚不清楚；研究未纳入胶质瘤干细胞（GSCs），影响了研究结果的临床转化价值；研究方法和资源有限，未能深入探究线粒体动态变化与 GBM 细胞增殖之间的因果关系等。未来研究可利用免疫缺陷小鼠构建人 GBM 模型，采用原位模型评估雷公藤红素穿过血脑屏障的能力，探索静脉给药方式提高其吸收和分布效率，并将 GSCs 纳入研究，进一步深入探究雷公藤红素的作用机制，为 GBM 的临床治疗提供更坚实的理论基础和更有效的治疗策略。