靶向铁调节蛋白2(IRP2)通过线粒体功能障碍增强乳腺癌细胞放射敏感性的机制研究

为解决乳腺癌放射治疗(RT)抵抗难题，韩国研究团队通过靶向铁代谢关键调控因子IRP2，揭示其通过诱导线粒体功能障碍和DNA修复缺陷显著增强放射敏感性的新机制。研究发现IRP2抑制剂KS-20226可协同放疗抑制肿瘤生长，为克服乳腺癌治疗抵抗提供新策略。

　　

铁元素在细胞增殖和能量代谢中扮演关键角色，而癌细胞对铁的需求尤为旺盛。这种"铁成瘾"现象使得铁代谢成为抗癌治疗的重要靶点。然而，传统铁螯合剂因缺乏特异性常导致严重副作用。更棘手的是，约30%的乳腺癌患者对放射治疗产生抵抗，其机制与铁依赖性DNA修复和线粒体功能密切相关。如何精准靶向铁代谢通路以提高放疗效果，成为肿瘤治疗领域的重大挑战。

韩国化学技术研究院和合作机构的研究团队在《Cell Death Discovery》发表的重要研究，揭示了铁调节蛋白2(Iron Regulatory Protein 2, IRP2)在乳腺癌放射抵抗中的核心作用。研究人员通过多组学分析和功能实验证实，靶向IRP2可破坏铁稳态，诱导线粒体功能障碍，从而显著增强放射敏感性。这项研究不仅阐明了IRP2调控放射抵抗的新机制，还开发出具有转化潜力的特异性抑制剂KS-20226。

研究采用的关键技术包括：基于CCLE数据库的基因相关性分析建立IRP2与放射抵抗的关联；建立放射敏感(RS)和放射不敏感(RI)乳腺癌细胞模型；通过RNA测序和GSEA分析解析KS-20226的作用通路；采用JC-1染色和透射电镜评估线粒体功能；利用彗星实验和γH2AX检测DNA损伤；建立异种移植模型验证联合治疗效果。

IRP2表达是调节放射敏感性的关键决定因素
通过分析癌症细胞系百科全书(CCLE)数据，发现IRP2编码基因IREB2与线粒体载体家族基因(SLC25A1等)、DNA修复基因(RAD51、BRCA1/2)及G2/M检查点基因(CCNB1/2、CDK1)在乳腺癌中呈现独特相关性。将四种乳腺癌细胞系按放射敏感性分类后，发现RI组中IRP2和转铁蛋白受体(TFR)表达随辐射剂量增加而上调，而RS组呈相反趋势。基因集富集分析(GSEA)显示RI组"放射响应"通路显著激活。

靶向抑制IRP2增强乳腺癌细胞放射敏感性
基因沉默实验证实，IRP2敲除使RI组细胞存活率从50%降至2%，并抑制辐射诱导的IRP2蛋白升高。机制上，IRP2抑制剂KS-20226以浓度依赖性方式抑制所有测试细胞系活力，其IC₅₀值与基础IRP2表达负相关。转录组分析显示KS-20226显著下调线粒体功能、DNA损伤应答(DDR)和细胞周期相关基因表达。

IRP2抑制通过线粒体功能障碍引发多效性效应
KS-20226处理导致活性氧(ROS)和线粒体超氧化物水平升高，JC-1染色显示线粒体膜电位下降。特别是SLC25A1(线粒体柠檬酸载体)表达受显著抑制。蛋白分析显示KS-20226降低IRP2和TFR水平的同时，减少RAD51表达并增加自噬标志物LC3B-II。细胞周期分析揭示G2/M期阻滞在RI组更为显著(从58.2%增至76.2%)。

IRP2抑制通过线粒体功能障碍增强放射敏感性
联合处理使RI组细胞活力从70%降至30%，凋亡率提升至45%。钙黄绿素荧光实验显示KS-20226降低细胞内不稳定铁池。透射电镜观察到联合组出现线粒体严重肿胀和糖原耗竭。功能实验证实KS-20226抑制辐射诱导的SLC25A1表达，增强ATM/ATR激活，并通过抑制Cyclin B1/2延长G2/M阻滞(最高达92%)。彗星实验显示联合处理使DNA损伤显著增加。

联合治疗显著抑制肿瘤生长
在MDA-MB-468异种移植模型中，KS-20226(100mg/kg)与6Gy放疗联用完全抑制肿瘤生长，且无显著毒性。免疫组化证实联合组IRP2和TFR表达最低，验证了铁耗竭机制。

IRP2抑制克服放射抵抗
通过渐进辐射暴露建立放射抵抗(RR)细胞系，发现KS-20226在RR细胞中仍保持活性(IC₅₀ 1.5-3.2μM)，可下调IRP2-TFR轴并诱导G2/M阻滞，证实其对获得性抵抗的有效性。

这项研究系统阐明了IRP2通过调控铁代谢-线粒体功能-DNA修复轴介导放射抵抗的分子机制。所开发的IRP2抑制剂KS-20226不仅能直接抑制肿瘤生长，还可将放射抵抗细胞重新敏化，其双重作用机制为临床联合治疗提供了新范式。特别值得注意的是，该研究首次揭示SLC25A1在IRP2调控网络中的关键地位，为代谢干预提供了精确靶点。这些发现不仅适用于乳腺癌，也为其他恶性肿瘤的放射增敏策略开发奠定了理论基础。从转化医学角度看，KS-20226在保持高效抗肿瘤活性的同时未表现明显毒性，具有较好的临床开发前景。未来研究可进一步优化给药方案，探索与免疫治疗的协同效应，推动铁代谢靶向治疗从实验室向临床转化。