氯化两面针碱靶向 RNA 聚合酶 I 抑制核糖体生物发生并抑制癌细胞生长：一种天然生物碱的抗癌新机制

《Cell Death Discovery》：The natural alkaloid nitidine chloride targets RNA polymerase I to inhibit ribosome biogenesis and repress cancer cell growth

为探究氯化两面针碱（NC）抗癌机制，研究人员开展相关研究，发现其抑制癌细胞生长，且部分作用机制具进化保守性。

　　在生命的微观世界里，癌细胞就像一群不受控制的 “疯狂舞者”，肆意生长、分裂，给人类健康带来巨大威胁。而核糖体，作为细胞内的 “蛋白质制造工厂”，与癌细胞的增殖密切相关。控制核糖体的生产成为了对抗癌症的新策略，一些针对核糖体生物发生的调节剂已在临床试验中展现出抗癌潜力，但仍有许多未知等待探索。

在此背景下，来自比利时布鲁塞尔自由大学（Université Libre de Bruxelles）的研究人员 Igor Voukeng、Jing Chen 和 Denis L. J. Lafontaine，聚焦于一种从植物中提取的天然生物碱 —— 氯化两面针碱（nitidine chloride，NC），对其抗癌机制展开了深入研究。该研究成果发表在《Cell Death Discovery》杂志上。

研究人员为了开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在细胞培养方面，培养了多种人类癌细胞系（如 HCT116、HeLa 等）和酵母细胞系。通过 resazurin 法测定细胞增殖的半数抑制浓度（IC₅₀），利用克隆形成实验评估细胞的成瘤能力。运用代谢标记结合点击化学和流式细胞术检测蛋白质合成；采用体内代谢标记、Northern 印迹等技术研究核糖体生物发生过程中的前体 rRNA 合成与加工；借助免疫荧光染色和成像观察核仁结构变化；利用蛋白质免疫印迹法分析相关蛋白的表达水平；通过 DNA 嵌入实验、拓扑异构酶活性检测等探究 NC 对 DNA 代谢的影响。

研究结果如下：

1. NC 抑制癌细胞增殖和体外成瘤：研究人员使用 resazurin 法在多种癌细胞系和原代皮肤成纤维细胞中测试 NC 的作用。结果显示，NC 是一种强效的细胞增殖抑制剂，其 IC₅₀在 1 - 10 μM 范围，且抑制作用与细胞 p53 状态无关。克隆形成实验表明，NC 能显著抑制 HCT116 和 HeLa 细胞的体外成瘤能力。
2. NC 抑制蛋白质合成：通过代谢标记实验，研究人员发现 NC 能以剂量依赖的方式抑制 HeLa 细胞的整体蛋白质合成，在 IC₅₀浓度下，翻译水平降低约 50%，与经典翻译抑制剂环己酰亚胺效果相当。同时，NC 处理后成熟 18S 和 28S rRNA 水平降低约 20 - 30%，这与蛋白质合成减少的现象相符。
3. NC 抑制核糖体生物发生：体内代谢标记和 Northern 印迹实验表明，NC 处理 HeLa 和 HCT116 细胞后，前体 rRNA（47S）的合成严重受损，其稳态水平大幅降低，同时大多数前体 rRNA 中间产物减少。这表明 NC 在核糖体生物发生的前体 rRNA 合成和初始加工步骤中都起到了强烈的抑制作用。
4. NC 破坏核仁组织：免疫荧光染色结果显示，NC 处理 HeLa 和 HCT116 细胞后，核仁结构发生显著变化，出现核仁分离现象，如 fibrillarin 形成 “帽状” 结构，上游结合转录因子（UBF）分布改变等。利用 iNo 评分方法进行分析，发现 NC 与 RNA 聚合酶 I 抑制剂在功能上聚类，且 NC 处理能激活 HCT116 p53^+/+细胞中的核仁应激，使 p53 水平增加约 3 倍。
5. NC 影响 rRNA 合成相关因子：蛋白质免疫印迹实验表明，NC 处理 HeLa 和 HCT116 细胞后，能显著降低 UBF、TAF1C、RRN3 等对 RNA 聚合酶 I（Pol I）功能重要的因子的稳态水平，在一定程度上也影响 Pol I 本身的水平。并且，NC 是通过影响这些蛋白的代谢稳定性发挥作用，与 BMH - 21 的作用模式有所不同。
6. NC 是 DNA 嵌入剂并抑制拓扑异构酶：研究发现，NC 能导致 HeLa 细胞形成 γH2AX 焦点，表明其激活了 DNA 损伤反应。DNA 嵌入实验证实 NC 是一种 DNA 嵌入剂，体外实验还表明 NC 能有效抑制拓扑异构酶 I（TOP1）和拓扑异构酶 II（TOP2）的活性。
7. NC 轻度激活整合应激反应：在 HeLa 细胞中，NC 处理能使翻译起始因子 eIF2α 的磷酸化形式积累，虽然积累程度较毒胡萝卜素（thapsigargin）处理低，但表明 NC 在抑制核糖体生物发生的同时，也轻度激活了整合应激反应（ISR）。
8. NC 在酵母细胞中也有活性：在酵母细胞实验中，NC 抑制了酵母细胞的生长，通过 Northern 印迹发现其减少了酵母前体 rRNA（35S）及其加工产物的稳态水平，并且使酵母核仁的面积和强度分别降低了 15% 和 29%，这表明 NC 在酵母细胞中同样能抑制核糖体生物发生并影响核仁结构，其作用模式在进化上至少部分保守。

在讨论部分，研究人员指出，癌症细胞依赖过量的蛋白质合成来维持其不受限制的生长，核糖体生物发生已成为抗癌干预的新靶点。NC 作为一种天然生物碱，对多种癌细胞系和原代细胞都具有抑制增殖的作用，其机制包括抑制蛋白质合成、核糖体生物发生，破坏核仁结构，影响 rRNA 合成相关因子，以及作为 DNA 嵌入剂抑制拓扑异构酶，激活多种细胞应激反应和调控通路。此外，NC 在酵母细胞中的活性表明其作用模式具有一定的进化保守性。这些发现为 NC 的抗癌应用提供了重要的理论基础，也为开发新型核糖体生物发生调节剂提供了新的思路，同时强调了保护自然生物多样性对于探索天然生物活性化合物的重要性。