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在癌症治疗中，线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）抑制剂虽有潜力，但因剂量限制毒性受限。研究人员针对结直肠癌（CRC）开展 OXPHOS 抑制研究，发现可抑制 CRC 细胞增殖，机制涉及天冬氨酸短缺引发的 DNA 复制应激，且靶向 GOT1 可增敏，为 CRC 治疗提供新思路。
在癌症的复杂世界里，癌细胞如同狡猾的 “侵略者”，为了满足自身疯狂生长和分裂的需求，不断改变着能量获取和物质合成的方式。线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）作为细胞能量供应的重要途径之一，在癌细胞中往往异常活跃，成为了癌症治疗的潜在靶点。于是，研究人员试图通过抑制 OXPHOS 来打击癌细胞。然而，临床研究却发现，OXPHOS 抑制剂存在剂量限制毒性，这使得患者无法接受更高剂量的药物治疗，严重影响了治疗效果。
与此同时，癌症细胞的代谢具有高度异质性。以结直肠癌（CRC）为例，它通常呈现糖酵解表型，这让人们一度认为它对 OXPHOS 抑制不太敏感。但事实真的如此吗？为了揭开这个谜团，来自澳大利亚纽卡斯尔大学等研究机构的研究人员展开了深入研究。
他们的研究成果发表在《Cell Death and Disease》上，为结直肠癌的治疗带来了新的曙光。研究表明，抑制 OXPHOS 能够抑制糖酵解能力正常的 CRC 细胞的增殖和致瘤性，这一发现打破了以往的认知。进一步研究发现，其机制与 DNA 复制应激密切相关。当 OXPHOS 受到抑制时，天冬氨酸的合成受阻，导致核苷酸缺乏，进而引发 S 期细胞周期停滞、复制叉停滞，并激活 p53 通路。此外，研究还发现细胞质酶谷氨酸 - 草酰乙酸转氨酶 1（GOT1）在维持天冬氨酸水平方面起着关键作用，靶向 GOT1 可以使 CRC 细胞对 OXPHOS 抑制剂更加敏感，这为提高癌症治疗效果提供了新的策略。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，使用多种 CRC 细胞系进行培养，通过检测细胞活力、凋亡、细胞周期等指标，探究 OXPHOS 抑制对细胞的影响。动物实验上，构建了患者来源的异种移植（PDX）模型和小鼠移植瘤模型，观察药物对肿瘤生长的作用。还运用了 RNA 测序、液相色谱 - 质谱（LC - MS）分析、DNA 纤维分析等技术，深入研究相关机制。
研究结果如下：
- OXPHOS 抑制引发糖酵解能力正常的 CRC 细胞 S 期细胞周期停滞：研究人员选取了多种具有完整糖酵解机制的 CRC 细胞系，用线粒体复合体 I 抑制剂 IACS - 010759 处理后发现，细胞活力受到抑制，且野生型 p53 的细胞对抑制剂更敏感。同时，IACS - 010759 处理减少了 BrdU 掺入，使细胞周期停滞在 S 期，表明抑制 OXPHOS 可通过细胞周期停滞抑制 CRC 细胞增殖。
- OXPHOS 抑制在体内抑制 CRC 生长：在小鼠模型中，IACS - 010759 处理显著抑制了 HCT116 和 Colo205 异种移植瘤的生长，且野生型 p53 的 HCT116 肿瘤更敏感。在 PDX 模型中也得到了类似结果，同时发现处理后肿瘤细胞的糖酵解活性增强，进一步证明了抑制 OXPHOS 对 CRC 治疗的有效性。
- OXPHOS 抑制不会在糖酵解能力正常的 CRC 细胞中引起严重的能量应激：研究发现，IACS - 010759 处理后，CRC 细胞的 ATP 水平并未降低，这是因为细胞通过增加糖酵解活性迅速补充了 ATP。当用糖酵解抑制剂 2 - 脱氧 - d - 葡萄糖（2 - DG）和 IACS - 010759 共同处理细胞时，细胞出现 ATP 耗竭和明显死亡，表明增加的糖酵解对 CRC 细胞的存活至关重要，OXPHOS 抑制并非通过能量危机来抑制细胞增殖。
- OXPHOS 抑制诱导 CRC 细胞 DNA 复制应激：IACS - 010759 处理后，细胞周期停滞在 S 期，同时富集了 G2/M DNA 损伤检查点调节通路和 p53 信号通路，减缓了复制叉的进展。p53 基因敲低可减轻 IACS - 010759 诱导的细胞活力抑制、细胞周期停滞和复制叉减慢，说明 p53 参与了 CRC 细胞对 OXPHOS 抑制引起的复制应激的调节。
- 核苷酸缺乏参与 OXPHOS 抑制诱导的复制应激：IACS - 010759 处理导致 CRC 细胞中嘌呤核苷酸（AMP 和 GMP）和嘧啶核苷酸（UMP）减少。补充嘌呤碱基腺嘌呤、鸟嘌呤和嘧啶核苷尿苷可部分逆转复制叉减慢和细胞活力降低的现象，表明核苷酸缺乏参与了 OXPHOS 抑制诱导的 DNA 复制应激和细胞增殖抑制。此外，OXPHOS 抑制还会损害 DNA 修复能力，但不会引发线粒体 DNA（mtDNA）应激。
- 天冬氨酸短缺导致 OXPHOS 抑制时的核苷酸缺乏：靶向代谢组学分析发现，OXPHOS 抑制导致 CRC 细胞中天冬氨酸水平下降。补充外源性天冬氨酸可恢复细胞天冬氨酸水平，减轻核苷酸减少，并消除 IACS - 010759 处理引起的复制叉减慢，说明天冬氨酸短缺是导致核苷酸缺乏的重要原因，但可能还有其他机制参与了 CRC 细胞增殖抑制。
- 靶向 GOT1 使糖酵解能力正常的 CRC 对 OXPHOS 抑制敏感：当线粒体天冬氨酸合成受阻时，GOT1 可催化细胞质中天冬氨酸的产生。研究发现，敲低 GOT1 会进一步降低 IACS - 010759 处理后的天冬氨酸水平，使细胞对 IACS - 010759 诱导的增殖抑制更敏感，细胞周期停滞在 S 期的比例增加。在体内实验中，联合敲低 GOT1 和使用 IACS - 010759 可有效抑制肿瘤生长，表明靶向 GOT1 是提高 CRC 对 OXPHOS 抑制剂敏感性的潜在方法。
综上所述，该研究揭示了糖酵解能力正常的 CRC 细胞对 OXPHOS 抑制的敏感性机制，强调了天冬氨酸短缺在其中的关键作用，同时发现靶向 GOT1 可增强这种敏感性。这为结直肠癌以及其他具有类似代谢特征的癌症的治疗提供了新的靶点和策略，有望通过联合治疗的方式，降低 OXPHOS 抑制剂的使用剂量，提高治疗效果，减少药物的不良反应，为癌症患者带来新的希望。
