Atovaquone 新发现：抑制 PERK/eIF2α 信号轴可增强头颈癌代谢放射增敏

《Cell Communication and Signaling》：Atovaquone-induced activation of the PERK/eIF2α signaling axis mitigates metabolic radiosensitisation

为解决头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）因缺氧导致放疗抵抗的问题，研究人员开展了关于 Atovaquone 对 HNSCC 细胞在常氧和缺氧条件下辐射响应影响的研究。结果发现 Atovaquone 激活 PERK/eIF2α 信号轴，抑制该轴可恢复其放射增敏作用，为解决缺氧相关治疗抵抗提供新策略。

　　在癌症治疗的战场上，放疗是对抗头颈部鳞状细胞癌（Head and Neck Squamous Cell Carcinoma，HNSCC）的重要武器，但缺氧这个 “敌人” 却让放疗效果大打折扣。HNSCC 是全球第六大致命癌症，每年新增近 90 万病例，导致 45 万人死亡 ，发病率还在持续上升。对于局部晚期 HNSCC，放疗是标准治疗手段，可肿瘤内的缺氧区域却会通过改变微环境和基因组，促使癌细胞产生辐射抗性，严重影响治疗效果。

此前，人们尝试过多种方法来解决这个问题，比如增加内源性氧水平、使用缺氧激活前药等，但这些方法在临床试验中都未能让患者获益。后来，有研究提出抑制氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation，OXPHOS）来抑制癌细胞的氧消耗，从而提高放疗效果，也就是 “代谢放射增敏”。Atovaquone 作为一种 FDA 批准的抗寄生虫药物，能抑制线粒体电子传递链（Mitochondrial Electron Transport Chain，ETC）功能，减少肿瘤缺氧，在临床前研究中展现出了一定的抗癌潜力。可奇怪的是，它在不同肿瘤模型中的放射增敏效果并不稳定。为了弄清楚背后的原因，来自英国女王大学贝尔法斯特分校（Queen’s University Belfast）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：利用 Seahorse XFe96 分析仪和 XF 细胞线粒体应激测试评估细胞的生物能量学反应；通过克隆形成实验检测 Atovaquone 对辐射剂量的修饰作用；采用流式细胞术分析活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）产量；运用蛋白质免疫印迹（Western blotting）和定量逆转录聚合酶链反应（Quantitative Reverse Transcription PCR）研究相关信号通路的激活情况；还利用 RNA 干扰（RNA interference，RNAi）和药物抑制的方法探究关键蛋白在调节放射敏感性中的作用。

下面来看看具体的研究结果：

• Atovaquone 对细胞呼吸的影响：研究发现，Atovaquone 显著抑制了所有 HNSCC 细胞系的线粒体呼吸，无论是在缺氧还是常氧条件下，都降低了基础呼吸、最大呼吸和 ATP 生成。同时，缺氧时 Atovaquone 会使细胞的糖酵解依赖性显著增加。这表明 Atovaquone 会破坏细胞的能量代谢平衡，迫使细胞从依赖有氧呼吸转向糖酵解来获取能量。
• Atovaquone 的放射增敏作用：克隆形成实验表明，Atovaquone 在常氧条件下能显著增加 FaDu 细胞的放射敏感性，在缺氧条件下也能发挥一定的放射增敏作用，但对 CAL27 和 CAL33 细胞的放射敏感性没有明显影响，这说明 Atovaquone 的放射增敏效果存在细胞系特异性。
• Atovaquone 对 ROS 生成的影响：研究显示，Atovaquone 联合放疗可显著增加 FaDu、CAL27 和 CAL33 细胞在常氧条件下的线粒体 ROS 生成，但在缺氧条件下，这种促进作用会减弱。这意味着缺氧环境会影响 Atovaquone 诱导 ROS 生成的能力，而 ROS 生成与放射敏感性密切相关。
• Atovaquone 对 ISR 信号通路的激活：研究人员发现，Atovaquone 会激活整合应激反应（Integrated Stress Response，ISR）信号通路，使真核翻译起始因子 2α（eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α）磷酸化水平增加。在常氧和缺氧条件下，Atovaquone 都能促进 PERK 的磷酸化，进而导致 eIF2α 磷酸化，且这种作用在不同细胞系中均有体现。这表明 Atovaquone 激活 ISR 信号通路是一个普遍现象，可能对细胞的应激反应和放射敏感性产生重要影响。
• Atovaquone 对细胞周期的影响：Atovaquone 会诱导 HNSCC 细胞发生G1?期阻滞。在常氧和缺氧条件下，Atovaquone 都能使 FaDu 细胞的G0?/G1?期比例增加，同时降低 S 期细胞比例，在 CAL27 细胞中也观察到了类似的趋势。这种细胞周期的改变与 ISR 激活有关，且G0?/G1?期细胞对放疗相对抗性较强，可能会影响放射治疗效果。
• Atovaquone 对缺氧相关基因表达的影响：缺氧会诱导 HIF-1α 表达，而 Atovaquone 能有效抑制 HIF-1α 水平，且这种抑制作用在很大程度上依赖于 eIF2α。研究人员通过使用 ISR 抑制剂 ISRIB 发现，抑制 eIF2α 磷酸化可恢复 HIF-1α 的稳定，同时也会影响 HIF-1α 下游靶基因的表达。这说明 Atovaquone 通过激活 ISR 信号通路，影响了缺氧相关基因的表达，进而影响肿瘤细胞对缺氧的适应性和放射敏感性。
• Atovaquone 对自噬和凋亡的影响：在缺氧条件下，Atovaquone 会诱导 CAL27 细胞的自噬，表现为 LC3-I 向 LC3-II 的转化增加。而抑制自噬，如使用 3 - 甲基腺嘌呤（3-MA），可增强细胞凋亡和放射敏感性。这表明 Atovaquone 诱导的自噬在 CAL27 细胞中起到了促进细胞存活的作用，抑制自噬可以增强 Atovaquone 的放射增敏效果。
• 抑制 ISR 对放射敏感性的影响：通过 siRNA 敲低 eIF2α 或使用 ISRIB 抑制 eIF2α，研究人员发现这可以显著增强 Atovaquone 的放射增敏作用。在缺氧条件下，eIF2α 抑制联合 Atovaquone 能显著提高 FaDu 和 CAL27 细胞的放射敏感性，同时增加线粒体 ROS 水平，促进细胞周期重新分布，减少G1?期细胞比例。这充分证明了抑制 ISR 信号通路可以有效增强 Atovaquone 的放射增敏作用。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：Atovaquone 虽然可以通过抑制 OXPHOS 来发挥缺氧放射增敏作用，但同时也会激活 ISR 信号通路，引发一系列保护机制，导致肿瘤细胞对放疗产生抗性。然而，如果抑制 ISR 信号通路，比如抑制 eIF2α 或抑制自噬，就能恢复 Atovaquone 的代谢放射增敏特性，增加 ROS 产量，减少G0?/G1?期阻滞，从而提高放疗效果。

这项研究意义重大，它揭示了 Atovaquone 在肿瘤治疗中复杂的作用机制，为克服缺氧诱导的放疗抵抗提供了新的策略和潜在靶点。未来，有望通过进一步研究，开发出针对 PERK/eIF2α 信号轴的靶向药物，与 Atovaquone 或放疗联合使用，提高头颈部鳞状细胞癌的治疗效果，为癌症患者带来新的希望。不过，目前的研究主要是在体外细胞实验中进行的，未来还需要在动物模型和临床试验中进一步验证这些发现，评估 Atovaquone 与相关抑制剂联合治疗的安全性和有效性，为临床应用提供更坚实的理论基础和实践依据。