靶向线粒体蛋白酶CLPP和LONP1通过破坏线粒体氧化还原稳态诱导蛋白毒性并抑制肿瘤进展

本研究针对癌症治疗中靶向线粒体的新策略展开探索，研究人员通过线粒体靶向化合物mitocurcumin（MC）特异性破坏三阴性乳腺癌（TNBC）细胞的线粒体氧化还原稳态，发现其通过诱导线粒体活性氧（mtROS）导致关键蛋白酶LONP1和CLPP功能丧失，进而引发线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）失调和蛋白毒性应激。该研究首次揭示线粒体负荷与癌细胞敏感性之间的相关性，为开发基于线粒体蛋白酶双靶点的新型抗癌疗法提供了理论依据。

　　

在癌症研究领域，线粒体作为细胞的能量工厂，其异常代谢已成为肿瘤治疗的突破口。癌细胞高度依赖线粒体功能维持其快速增殖和转移能力，这种依赖性被形象地称为"阿喀琉斯之踵"。然而，如何精准靶向癌细胞的线粒体而不影响正常细胞，以及线粒体氧化应激导致细胞死亡的具体机制，始终是悬而未决的科学难题。Shivani R. Nandha等研究团队在《Cell Communication and Signaling》发表的研究，为这些关键问题提供了突破性答案。

研究人员采用线粒体靶向姜黄素衍生物mitocurcumin（MC）作为分子工具，巧妙利用癌细胞线粒体膜电位（约-220 mV）显著高于正常细胞（约-140 mV）的特性，使药物在癌细胞线粒体内选择性富集。通过MTT法、克隆形成实验、流式细胞术等技术系统评估了MC对10种不同来源癌细胞系的杀伤效果，发现三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231最为敏感（IC₅₀仅0.608 μM），其敏感性差异与细胞线粒体负荷呈正相关。实时细胞成像和JC-10染色证实MC可引发线粒体膜电位（MMP）崩溃和caspase-3依赖性凋亡。

深入机制研究发现，MC处理导致线粒体活性氧（mtROS）爆发性增长（较基础水平提升3-5倍），同时耗竭谷胱甘肽（GSH）等抗氧化防御系统。转录组分析揭示，氧化应激触发未折叠蛋白反应（UPRmt）通路异常激活，关键蛋白酶LONP1（Lon peptidase 1）和CLPP（Caseinolytic protease P）发生剂量依赖性降解。通过独创的洋地黄皂苷溶解性分级实验，研究人员首次捕捉到这两种蛋白酶形成不溶性聚集体的过程——在5 μM MC处理24小时后，可溶性LONP1和CLPP分别减少60%和75%，而不可溶性组分相应增加2.3倍和3.1倍。

临床相关性分析显示，在METABRIC和TCGA乳腺癌数据库中，LONP1和CLPP表达呈现强正相关（Pearson r=0.63）。尤为重要的是，LONP1^High/CLPP^High患者较双低表达患者复发时间提前26个月（p<0.01），这为临床预后评估提供了新指标。动物实验进一步证实，2.5 mg/kg MC处理可使4T1小鼠移植瘤体积缩小68%（p<0.0001），且未出现明显毒性反应。

该研究的创新性体现在三个方面：首次建立癌细胞线粒体负荷与药物敏感性的量化关系；揭示LONP1/CLPP蛋白酶系统是线粒体氧化应激的关键效应靶点；开发出通过诱导蛋白毒性杀伤癌细胞的新策略。这些发现不仅为三阴性乳腺癌等难治性肿瘤提供了新的治疗靶点，也为开发基于线粒体靶向的联合疗法奠定了理论基础。特别值得注意的是，MC对正常乳腺上皮细胞MCF-10A的LONP1/CLPP系统无显著影响，显示出良好的选择性，这种"合成致死"效应具有重要的转化医学价值。