阻断线粒体自噬！哈尔滨医科大学合作发文：线粒体靶向治疗重要发现

【导读】基于线粒体损伤的肿瘤治疗策略已成为一种新兴趋势。

12月9日，哈尔滨医科大学与中国科学院研究人员合作共同在期刊《Advanced Science》上发表了题为“In Situ Transformable Nanoparticle Effectively Suppresses Bladder Cancer by Damaging Mitochondria and Blocking Mitochondrial Autophagy Flux”的研究论文，本研究中，研究人员开发了一种名为KCKT的纳米粒子，以促进溶酶体逃逸并直接破坏线粒体，同时阻断线粒体自噬。在超声动力疗法的作用下，大量纳米纤维的积累和过量的ROS的产生协同诱导溶酶体损伤。这有助于纳米纤维从溶酶体中逃逸，从而增强药物递送。随后，逃逸的纳米纤维会特异性地聚集在线粒体周围进行长期保留，并在超声辐射下产生活性氧以诱导线粒体损伤。尤其是，由于溶酶体功能障碍，受损的线粒体无法通过自噬清除，进一步加剧氧化损伤。这些结果表明，KCKT通过阻断保护性自噬有效提高了药物递送和线粒体靶向治疗效率。这些发现在推进线粒体靶向治疗领域方面具有重大潜力。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202409425

背景信息

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线粒体是细胞的能量工厂，调节细胞内环境稳态和能量代谢。恶性肿瘤中线粒体活性受损可抑制肿瘤的增殖、迁移和耐药。基于线粒体损伤的治疗策略成为研究热点。一些临床试验正在研究抑制线粒体功能作为潜在的新型肿瘤疗法。然而，肿瘤已经进化出机制来适应其挑战性的周围环境。例如，当发生线粒体损伤时，肿瘤细胞自发激活线粒体自噬以应对细胞损伤。在此过程中，受损的线粒体被自噬体选择性地包裹，然后与溶酶体融合。这一融合促进了线粒体的全面降解，确保了细胞环境稳态的保存。因此，保护性的线粒体自噬可以显著降低线粒体损伤的治疗效果。此外，尽管自噬抑制剂与抗肿瘤药物的联合治疗已显示出良好的效果，但自噬抑制剂存在肿瘤分布差、细胞通透性有限、不良反应严重等缺点，限制了其进一步应用。因此，开发一种新的抑制线粒体自噬的治疗方法，克服上述缺点具有重要意义。

在肿瘤治疗中，纳米粒子具有低毒、高效的特点。通过其可控性和尺寸优势，可特异性靶向癌细胞并有效跨膜。然而，大多数进入细胞的纳米颗粒会被溶酶体捕获，随后被溶酶体酶破坏。溶酶体显著影响药物递送效率，促进耐药。因此，细胞内递送效率低仍然是纳米医学的一个主要问题。然而，溶酶体中大量惰性物质的积累和活性氧（ROS）的过度产生可导致溶酶体损伤，从而影响其功能，促进纳米粒子从溶酶体逃逸。在这种情况下，利用自组装策略为解决这一问题提供了一种有希望的方法。值得注意的是，自组装纳米粒子可以影响周围环境的稳态，这对促进溶酶体逃逸至关重要。然而，如何控制细胞内的特异性和可控性组装仍然具有挑战性。

KCKT通过损害溶酶体功能阻断保护性自噬

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在本研究中，研究人员旨在研究KCKT和KCKT- c在超声照射和非超声照射下对细胞自噬活性的影响。首先，通过免疫荧光染色验证自噬标志物LC3在T24和EJ细胞中的表达。为了进一步研究自噬的激活，研究人员使用蛋白质印迹法评估了LC3-II水平的变化。与PBS组比较，KCKT组、KCKT+US组、KCKT- c +US组lc3 -ⅱ水平明显升高。研究人员选择了在自噬激活过程中优先降解的多功能泛素结合蛋白P62蛋白进行进一步分析。研究结果表明，KCKT和KCKT- c单独或联合US均不能改变其mRNA水平。KCKT+US可有效抑制线粒体自噬流，破坏癌细胞的自我防御机制。

可变形KCKT通过破坏溶酶体功能来保护自噬过程

之后，研究人员揭示了自噬通路受阻的原因。首先，研究人员研究了溶酶体的降解能力。EGFR是一种细胞膜蛋白，在与配体EGF结合后可被溶酶体降解。因此，研究人员在T24和EJ细胞中添加EGF后测量了EGFR的降解效率。结果表明，只有KCKT+US治疗抑制了EGFR的降解，这表明溶酶体的降解能力受损。接下来，研究人员使用茜素红（AO）染色来研究溶酶体的酸性环境。研究所示，KCKT+US组的茜素红荧光几乎消失，这表明溶酶体的酸性环境严重受损。这些结果表明，KCKT可以通过破坏溶酶体功能有效阻断线粒体自噬通路。

KCKT在体内能有效抑制肿瘤进展

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为了进一步研究KCKT和KCKT-C在体内的靶向能力，研究人员通过皮下注射T24细胞建立了小鼠模型。随后，通过静脉注射的方式给小鼠注射KCKT和KCKT-C，并使用体内成像系统（IVIS）捕捉荧光信号。尤其是，在接受KCKT治疗的肿瘤部位的荧光信号强度是接受KCKT-C治疗的小鼠的3.4倍。这些结果表明，纳米纤维的形成可能有助于在肿瘤部位长期保留纳米粒子。

随后，研究人员评估了KCKT和KCKT-C在体内的抗肿瘤效果。结果显示，KCKT和KCKT-C+US治疗分别使肿瘤重量减少了49%±5.8%和53%±3.1%，KCKT+US治疗后的肿瘤抑制率达到了89%±5.2%。同样，肿瘤体积也呈现出类似的趋势，这表明联合治疗产生了更为显著的抑制效果。此外，我们通过HE染色和TUNEL染色评估了治疗效果。接下来，研究人员评估了KCKT和KCKT-C在实验模型中的毒性效应。研究表明纳米颗粒具有良好的生物安全性。最后，为了确定KCKT治疗对体内自噬的影响，研究人员分析了肿瘤组织中LC3和P62表达的变化。结果与在膀胱癌细胞系中观察到的结果一致，表明KCKT+US能够有效阻断自噬流。

研究意义

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本研究利用自组装策略提高细胞内药物递送效率，减轻线粒体自噬对线粒体治疗的影响，打破了自噬抑制剂不能准确靶向肿瘤的难题。因此，KCKT在提高癌症治疗疗效方面显示出巨大的潜力。

【参考资料】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202409425

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