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醌类是广泛分布于动物、植物及微生物中的天然化合物，在细胞能量代谢中发挥关键作用。抗坏血酸（维生素C）的抗氧化或促氧化效应取决于浓度及细胞微环境。已有研究表明，醌类可发生氧化还原循环并产生活性氧（reactive oxygen species, ROS），该过程在抗坏血酸存在时可被进一步增强。由于肿瘤细胞存在ROS过度产生及抗氧化防御功能受损的特征，氧化还原失衡被认为是肿瘤的潜在“阿喀琉斯之踵”。在此背景下，抗坏血酸与醌类的联合策略可通过增强ROS生成实现对肿瘤细胞的特异性靶向杀伤。本综述系统阐述了天然及合成醌类化合物的作用机制与生物学效应，重点关注其与抗坏血酸在肿瘤细胞中的相互作用。1.Introduction 癌症仍是全球重大健康挑战，其核心特征包括失控性生长、死亡抵抗、无限复制、血管生成、侵袭转移、免疫逃逸及基因组不稳定性。学界共识认为，肿瘤细胞氧化还原稳态的改变是癌症的重要特征之一，当前抗肿瘤策略日益将氧化还原失衡视为可靶向的脆弱点，尤其针对处于高氧化设定点的肿瘤。癌细胞常因抗氧化分子水平改变、线粒体功能障碍及NADPH氧化酶等促氧化酶激活而导致ROS水平升高。这些氧化还原机制激活引发的氧化应激可通过促进细胞增殖与遗传不稳定性驱动肿瘤进展。然而，肿瘤并非单纯削弱抗氧化系统，而是通过代谢重编程主动调整抗氧化网络以维持氧化还原平衡，包括谷胱甘肽代谢改变、硫氧还蛋白活性升高及NADPH生成变化，使肿瘤细胞在持续氧化应激下仍能维持支持增殖、存活及治疗抵抗的信号。值得注意的是，低至中度ROS水平可通过氧化还原信号促进肿瘤进展，而过量ROS积累超过临界阈值则会导致癌细胞无法存活。 基于此，氧化还原调控治疗策略旨在将ROS水平从促肿瘤发生的信号范围推至细胞毒性区间。由于癌细胞ROS生成更高且抗氧化防御受损，氧化还原失调成为其“阿喀琉斯之踵”，即一种可被用于选择性杀伤肿瘤细胞的脆弱性。因此，任何ROS水平的升高都会使癌细胞因氧化还原失衡而对额外氧化应激更为敏感。该概念并非意味着非特异性增加氧化损伤，而是针对性加剧肿瘤细胞特有的已失调的氧化还原状态。在此框架下，氧化还原活性化合物可在肿瘤细胞中发挥选择性促氧化作用，而在具有完整抗氧化防御的正常组织中相对无害。 基于上述发现，多种通过破坏肿瘤脆弱的氧化还原稳态的抗癌策略得以开发。本实验室及其他团队已证实，抗坏血酸驱动的氧化还原循环可诱导选择性肿瘤细胞死亡，因此基于药理浓度抗坏血酸与氧化还原活性醌类的联合策略被提出。研究人员提出，抗坏血酸驱动的醌类氧化还原循环是一种可控的ROS放大器，可选择性地将癌细胞推至其氧化还原生存阈值之上，同时压倒线粒体与蛋白质稳态缓冲系统。简言之，ROS形成后诱导的氧化应激可优先杀伤癌细胞并保护健康组织。ROS主要包括超氧阴离子（O2•-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（•OH）及在特定光化学或酶促条件下的单线态氧（1O2），这些物种的反应性、寿命、扩散能力及生物学影响存在显著差异。超氧阴离子通常通过分子氧的单电子还原生成，常通过超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）催化歧化或自发转化为H2O2。H2O2相对稳定且易扩散，既可充当氧化还原信号分子，也可作为更具反应性氧化物的前体。相比之下，•OH通常并非生物系统中的初级ROS，而主要由H2O2通过金属催化的芬顿反应等过程生成，需要氧化还原活性铁参与。因此，各ROS的相对丰度与生物学相关性取决于局部氧化还原环境、抗氧化酶系统、区室化及金属可用性。在醌类氧化还原循环中，尤其是醌-抗坏血酸体系中，H2O2通常是最具功能相关性的氧化剂，可由超氧阴离子歧化产生，并根据醌类特性与实验条件在细胞外和/或细胞内区室积累。结合文献报道的实验数据，研究人员在讨论特定机制与氧化还原调控时需区分不同氧化剂物种的作用及其亚细胞定位，若未明确氧化剂类型则使用通用术语“ROS”。 本综述旨在批判性审视抗坏血酸与天然及合成醌类联合使用的抗肿瘤活性主要研究结果，阐明可为新型抗癌策略提供依据的共有及化合物特异性作用机制。首先介绍该联合策略的第一个组分：抗坏血酸钠，即更广为人知的维生素C。 2.Vitamin C (ascorbate), a molecule with biological activities beyond its antioxidant properties 维生素C在癌症治疗中的应用长期存在争议，核心原因在于口服给药无法达到静脉给药所能实现的药理血浆浓度。这种药代动力学差异是理解其促氧化抗肿瘤活性的关键。药代动力学数据显示，静脉与腹腔注射可使维生素C达到药理浓度（血液中可达20 mM），而口服血浆浓度仅维持在生理水平（50-100 μM）。鉴于这些浓度在体外即可发挥抗癌活性（半数有效浓度EC50为3-7 mM），维生素C在癌症治疗中的重新评估成为争议焦点。药代动力学证据表明，小鼠肝癌模型中，维生素C的肠外给药可减小肿瘤体积，而相同剂量的口服给药不影响肿瘤生长。综上，给药方式对实现维生素C的药理浓度及强效抗癌效应至关重要。 维生素C此前被认为通过清除超氧阴离子、羟基自由基、单线态氧、脂质过氧自由基、一氧化氮及过氧亚硝酸盐等多种活性氧与氮物种发挥抗氧化作用，从而保护正常细胞免受氧化损伤。相反，高浓度维生素C在铁或铜等金属离子存在下可显著促进过氧化氢生成。这种双重角色使维生素C能够特异性靶向肿瘤细胞，同时避免对正常组织的毒性。由于促氧化剂可能影响正常与肿瘤细胞，维生素C的极低毒性是其另一主要优势，支持其安全纳入癌症患者临床治疗方案。多项研究证实，维生素C介导生成的主要活性物种是过氧化氢，其可进一步产生羟基自由基等多种毒性分子，并诱导癌细胞的多种生物学效应。 药理浓度抗坏血酸生物学中的一个关键机制问题是H2O2及其他ROS生成的细胞区室及积累位置。根据模型系统不同，H2O2可主要在细胞外环境生成（随后通过细胞膜扩散），或在细胞内区室产生，后者更利于氧化还原循环发生。这一区别并非无关紧要，其受细胞密度、培养基成分、H2O2清除剂（包括丙酮酸）、H2O2膜通透性（如水通道蛋白AQP）及细胞外抗氧化酶等因素影响。因此，体外研究间的比较需谨慎考虑这些变量，而关于H2O2“细胞内递送”的机制主张最好通过适当的对照实验支持（如细胞外过氧化氢酶保护实验、区室特异性探针及标准化培养条件）。 维生素C介导的H2O2生成可导致氧化应激、DNA损伤及选择性杀伤癌细胞。维生素C的其他抗癌效应还包括促进胶原合成、抑制血管生成、刺激免疫功能及调节表观遗传。关于维生素C介导H2O2生成及对癌细胞细胞毒性的机制细节，读者可参考研究人员此前的综述。 由于维生素C在临床试验中作为单一药物并未显示出强效抗肿瘤活性，仍需筛选其与维生素C的最佳联合方案。在此背景下，多种化疗药物、放疗及免疫治疗可通过增强ROS生成及靶向其他癌症脆弱性与维生素C产生协同效应。接下来将聚焦于与维生素C联合的另一组分，即醌类化合物。 3.The world of bioactive quinones 3.1. Chemical reactivity of quinoid compounds 醌类是广泛分布于动物、植物及微生物的天然化合物，参与与活细胞呼吸链相关的能量生成生化过程。天然与合成类似物的醌类骨架具有共同碳环核，其中两个羰基通过单碳-碳键连接：a) 两个共轭乙烯双键（CH2=CH-）称为邻位或1,2-醌；b) 两个非共轭乙烯双键称为对位或1,4-醌。图2展示了常见醌类化合物的结构及部分具有生物活性的成员与其主要生物学效应。 苯醌与萘醌的结构含有亲电双键，使其成为氧化还原脱氢反应的重要化学试剂及取代类似物的有用合成前体。醌类最显著的化学性质之一是易于发生可逆的电子转移反应，通过半醌自由基中间体的形成实现。值得注意的是，醌类氧化还原电位的大小（衡量其电子能力的指标）取决于醌类骨架上取代基的位置及周围环境（如pH）。在生物与化学系统中，醌类可发生氧化还原循环，产生活性物种包括半醌自由基、超氧阴离子、过氧化氢及羟基自由基。这一特性在毒理学中具有重要意义，如1,4-苯醌可诱导细胞氧化应激。在治疗领域，该特性被用于抗癌及抗微生物制剂，以实现所需的ROS介导损伤。 1,4-苯醌在质子介质中可发生可逆的双电子还原生成相应的氢醌（1,4-二羟基苯）。这些醌/氢醌氧化还原对在生物系统中作为光合作用与呼吸作用等过程的电子载体发挥关键作用，同时也应用于分析化学的电化学反应传感与检测。由于醌类共轭π系统具有强紫外-可见吸收，该特性被用于光谱分析与光催化反应。 醌类的合成潜力源于其电子接受能力，允许通过在其各自的醌核中插入新取代基来修饰骨架。该行为由作为电子受体的醌羰基驱动，可促进多种亲核试剂攻击电活性环。基于醌类前体的结构，可生成取代产物，例如1,4-苯醌与1,4-萘醌中插入烷硫基与芳氨基，所得取代产物可用于蛋白质修饰与医学应用。 3.2. Mechanism of action explaining the biological activities of quinones 醌类以其独特的化学反应性与显著的生物学活性著称，其作用机制与氧化还原特性密切相关：包括ROS生成能力及与生物大分子的相互作用。这些特征决定了其在生理与病理过程中的角色，以及在医学与毒理学中的应用。 多种醌类化合物是高效的电子载体，能够通过所谓的氧化还原循环以可逆方式介导还原剂与分子氧之间的电子传递。在有氧条件下，醌被合适的还原剂单电子还原生成半醌中间体，后者将单个电子传递给分子氧并重新转化为原始醌，同时产生超氧阴离子与过氧化氢等ROS。传统上，单电子还原通常由还原酶介导。抗坏血酸是非常有前景的模拟酶促醌氧化还原循环的还原剂候选物。尽管醌的酶促单电子还原经典上由黄素蛋白还原酶介导，但药理浓度的抗坏血酸可有效替代这些酶并维持氧化还原循环。这种非酶促电子捐赠在通过肠外给药实现高细胞内抗坏血酸水平的条件下尤为重要。该过程包含连续的还原-氧化步骤：醌从生物还原剂（如NADH、NADPH）接受电子，生成半醌自由基，后者再将单个电子传递给分子氧，再生醌前体并产生ROS（如超氧阴离子与过氧化氢），从而导致DNA、脂质与蛋白质损伤。虽然该活性对细胞具有毒性，但也用于癌症治疗，以选择性靶向快速分裂的癌细胞。 醌类作为氧化还原循环与亲电应激因子，通过共价修饰蛋白质中的亲核残基（尤其是半胱氨酸）发挥作用。这种亲电反应性可与氧化应激协同，破坏癌细胞的氧化还原敏感信号通路与蛋白质稳态。事实上，醌类通常通过连续机制而非单一通路发挥作用，且仅存在醌类结构并不必然导致毒性，其毒性取决于结构特征、反应性及细胞环境等因素。对于部分骨架，细胞毒性主要由加速的氧化还原循环及随之产生的超氧阴离子/H2O2生成驱动。对于其他骨架——尤其是强亲电性醌类——与亲核巯基（如谷胱甘肽与蛋白质中的反应性半胱氨酸）的共价加合可能是应激信号与毒性的主要决定因素，有时先于或通过消耗抗氧化储备放大ROS生成。 值得注意的是，醌类还可与蛋白质及DNA结合的亲核片段（如-SH、-NH）发生取代反应。生物大分子的结构改变可影响酶活性、破坏信号通路并诱导凋亡。例如，基于醌类的抗癌药物丝裂霉素C可烷基化DNA以抑制复制与转录。 对于辅酶Q10等醌类，其主要通过抗氧化特性发挥保护作用，包括清除超氧阴离子与脂质过氧自由基及维持线粒体功能。辅酶Q10在细胞呼吸中发挥核心作用，并被证实可预防神经退行性与心血管疾病。作为生理性醌类，其行为主要由其作为电子载体与氧化还原缓冲剂的功能决定；然而，在氧化还原失衡条件下，其可能通过半醌形成及随后的超氧阴离子与过氧化氢生成表现出促氧化活性。结构上，辅酶Q10的特征是醌环被烷基与烷氧基完全取代，这有效阻止了迈克尔加成反应并限制了亲电反应性。因此，与细胞毒性醌类不同，其低亲电性与严格的生物调控限制了其诱导直接分子损伤的能力，使其主要作为氧化还原稳态的调节剂而非治疗性促氧化剂。 抗坏血酸主要通过钠依赖性维生素C转运蛋白SVCT1与SVCT2进入细胞，而其氧化形式脱氢抗坏血酸（dehydroascorbic acid, DHA）通过易化葡萄糖转运蛋白（GLUT）以Na+非依赖方式摄取。尽管SVCT介导的转运是维生素C摄取的主要生理途径，但在特定条件下也存在替代机制。例如，人与小鼠红细胞缺乏功能性SVCT转运蛋白，但仍含有显著水平的细胞内抗坏血酸。此外，SVCT1敲除小鼠的肠道抗坏血酸吸收仍基本保留，提示存在代偿性转运通路。Levine团队的研究表明，肠道DHA摄取可能涉及GLUT2与GLUT8转运蛋白。由于DHA结构与葡萄糖相似，其通过GLUT家族成员转运，并在细胞内通过谷胱甘肽与NADPH依赖的机制迅速还原为抗坏血酸。值得注意的是，即使在葡萄糖耗竭条件下，红细胞也能高效积累DHA，随后迅速将其细胞内还原为抗坏血酸。 在抗坏血酸联合应用的背景下，氧化还原轴与亲电轴可能交汇：抗坏血酸可促进醌的反复还原/氧化循环，而亲电反应性可能同时加速谷胱甘肽消耗，从而降低ROS介导损伤的阈值。因此，研究人员将抗坏血酸与醌类的“协同效应”解释为可能源于氧化剂通量增加与亲电应激增强的双重作用，具体取决于骨架与细胞环境。 如图4所示，醌类可通过与氧化还原敏感蛋白相互作用影响细胞信号，进而调控细胞死亡通路。例如，醌类可调节Kelch样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1, Keap1）/核因子红细胞2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2）信号通路。叔丁基氢醌（tert-butylhydroquinone, tBHQ）可修饰Keap1中的半胱氨酸残基，稳定Nrf2并激活抗氧化反应元件（antioxidant response elements, ARE），上调细胞保护酶并减少氧化损伤。醌类还可抑制核因子-κB（nuclear factor-kappa B, NF-κB）激活，显著减轻炎症过程。如前所述，β-拉帕醌通过NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1, NQO1）活性诱导癌细胞死亡的典型例子即是如此。关于NQO1，需强调除其在无效氧化还原循环与聚ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase, PARP）介导的细胞死亡中的经典作用外，NQO1已成为肿瘤氧化还原生物学更广泛的调节因子。近期研究表明，NQO1活性可导致线粒体氧化还原失衡与代谢脆弱性，并可影响铁死亡敏感性及抗肿瘤免疫反应，尤其在KEAP1缺陷型肿瘤中。重要的是，并非所有醌类都是NQO1的底物，必须明确区分NQO1生物活化醌类与经历非酶促或单电子氧化还原循环的化合物。关键的NQO1生物活化醌类包括β-拉帕醌、甲萘醌、白花丹素，而紫草素与米托蒽醌主要由其他酶系统活化（表1）。这一区分对于机制清晰性及开发具有转化潜力的抗坏血酸-醌类联合方案至关重要。 增强的ROS水平可激活多种受调控的细胞死亡通路，包括凋亡、坏死性凋亡与铁死亡；然而，抗坏血酸-醌类系统中具体激活的通路仍未完全明确，且似乎同时取决于ROS强度与细胞环境。因此，氧化应激并非统一的触发因素，而是一个空间组织化的信号网络，其强度、持续性与亚细胞起源决定了从氧化还原适应向凋亡、坏死性凋亡、铁死亡、细胞焦亡或生物能崩溃的转变。 尽管大量醌类被报道可与抗坏血酸产生协同效应，但其行为并不一致。氧化还原电位、电子转移模式、亲电性及与细胞还原酶的相互作用等关键特性决定了其活性。这些因素调控ROS生成，其作用机制将在下一节讨论，从而界定哪些醌类骨架最适合用于基于抗坏血酸的策略。 4.Key characteristics of common quinoid compounds 尽管大量醌类被报道可与抗坏血酸协同，但并非所有醌类骨架均表现相似。一个尚未解决的核心问题是：哪些特性定义了药理浓度抗坏血酸的最佳醌类搭档。抗坏血酸驱动细胞毒性的幅度与选择性并非取决于单一变量，而是取决于一系列理化与生物学决定因素的组合，可作为醌类选择的理性标准。这些因素包括氧化还原行为、亲电反应性、细胞摄取、亚细胞定位及在生物相关条件下维持氧化还原循环的能力。表1总结了为此目的考虑的主要分子描述符与功能参数。表中列出的醌类（百里醌、坦螺旋霉素（17-AAG）、β-拉帕醌、白花丹素、紫草素与米托蒽醌）在多种癌症中发挥抗癌效应，被选为代表模型化合物以说明并比较这些决定因素。 为超越描述性比较，可在考虑关键机制决定因素的结构化框架内分析醌-抗坏血酸系统。这些决定因素包括：(i) 主要活化通路（NQO1依赖的双电子还原 vs 单电子氧化还原循环）；(ii) 氧化还原循环与亲电性硫醇反应性的相对贡献；(iii) ROS生成的空间起源（细胞内 vs 细胞外）；(iv) 对过氧化氢酶与谷胱甘肽等细胞抗氧化系统的依赖性。应用该框架可对醌类进行更系统的比较，并帮助识别具有最高转化潜力的醌类。 尽管氧化还原电位常被引为醌类的关键理化描述符，但跨不同化合物直接比较绝对值需谨慎。测定这些参数的实验条件（包括pH、溶剂组成、支持电解质、工作电极材料与参比系统的差异）存在变异性，阻碍了研究间严格定量比较。因此，表1中呈现的氧化还原电位应解释为电子接受能力的背景指标，而非严格可比的热力学常数。在细胞环境中，氧化还原行为进一步受酶促还原动力学、细胞内定位、半醌稳定性及分子氧与过渡金属可用性的调节。因此，细胞毒性结果不能仅从报道的电化学电位推断，而是源于理化特性与生物学环境的相互作用。 表1中描绘的醌类表现出显著的机制异质性，直接影响其细胞毒性行为，反映了其生成ROS、作为亲电试剂或兼具两种特性的能力差异。部分化合物主要作为氧化还原循环剂，促进持续的ROS生成与氧化应激；而其他化合物主要通过共价修饰蛋白质中的亲核残基（尤其是半胱氨酸）发挥作用，从而破坏抗氧化系统与存活信号通路。 例如，β-拉帕醌是细胞毒性主要由酶驱动的氧化还原循环介导的醌类范例，导致超氧阴离子与过氧化氢过量生成、NAD+耗竭、线粒体功能障碍，并根据生物能状态导致凋亡或 caspase 非依赖性细胞死亡。相比之下，白花丹素与紫草素表现出双重反应性，结合了氧化还原循环与亲电活性。通过单电子还原，它们形成半醌中间体，生成超氧阴离子及随后的过氧化氢；在金属催化条件下，可继发性产生羟基自由基。同时，其醌部分作为迈克尔受体作用于细胞硫醇，导致谷胱甘肽耗竭与硫醇依赖性蛋白质修饰。这些耦合过程共同增强氧化应激并促进其细胞毒性效应。其他化合物，如百里醌与坦螺旋霉素，更多依赖于选择性蛋白质靶向与蛋白质稳态破坏，而非爆炸性ROS生成，主要涉及超氧阴离子与过氧化氢的中度积累，表明醌类骨架并非统一转化为氧化还原主导机制。米托蒽醌进一步凸显了这种多样性，其细胞毒性主要通过DNA嵌入与拓扑异构酶抑制介导，而非氧化放大。米托蒽醌在此主要作为结构参考，而非典型的氧化还原循环醌类，因为其细胞毒性活性在很大程度上独立于抗坏血酸驱动的ROS放大。总体而言，细胞毒性效力与单一理化