2-Deoxyglucose

关注并星标CPHI制药在线靶向机体亚单位治疗是当前癌症治疗的新型策略，也是现代分子药理学研究和发展的重点方向。线粒体是产生能量的场所和细胞的代谢中心，肿瘤细胞具有代谢异常的特征，这使得开发靶向线粒体的化合物成为新的抗肿瘤研究方向。线粒体与癌症的关系线粒体与癌症的关联体现在多个相互交织的生物学过程中。从凋亡调控到氧化还原稳态，从离子平衡到遗传物质变异，每个环节均存在促癌与抑癌的动态博弈。①线粒体调控细胞凋亡。细胞凋亡可由内源性线粒体途径（Bcl-2 途径）与外源性死亡受体途径两种途径引发。在线粒体在内源性凋亡途径中，Bcl-2 家族蛋白通过调控促凋亡信号，改变内质网与线粒体间的钙离子（Ca²⁺）动态平衡，促使动力相关蛋白 1（Drp1）介导线粒体分裂形成碎片化结构。这一过程导致细胞色素C释放至胞质，进而激活 Caspase-3 并引发凋亡级联反应。外源性凋亡途径则由细胞表面死亡受体（如TNFR 家族）启动，通过 Caspase-8 水解促凋亡蛋白，最终激活下游 Caspase-3和Caspase-7。②线粒体产生 ROS。作为活性氧（ROS）的主要来源，线粒体在肿瘤进展中呈现双重角色。肿瘤细胞内 ROS水平通常高于正常细胞，低浓度 ROS 通过激活Ras-ERK 、MAPK 及PI3K/AKT 等信号通路促进癌细胞增殖与侵袭。例如，肝癌细胞中ROS 通过 AKT 通路调控端粒酶活性，而抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）可阻断这一过程。然而，当ROS积累超过阈值时，会造成脂质过氧化、蛋白质失活及 DNA 损伤，最终触发细胞死亡。研究显示，丙氨酸内酯通过 ROS-MAPK 通路抑制 NF-κB 、AP-1 和STAT3 转录因子活性，从而抑制肿瘤生长；葫芦素 B则通过提升 ROS 水平破坏线粒体膜电位，诱导前列腺癌细胞凋亡。③线粒体内Ca2+的摄取。线粒体钙离子单向转运体（MCU）介导的 Ca²⁺摄取机制在癌症中同样呈现矛盾特性。肝癌等肿瘤中 MCU 的过度表达可通过增加线粒体内Ca²⁺浓度，激活ROS/Nrf2/Notch信号轴，促进上皮-间充质转化及转移进程。此外，Ca²⁺信号还可通过稳定 p53 蛋白调控细胞周期。但在病理条件下，MCU 介导的 Ca²⁺内流与硫化氢（H₂S）协同引发氧化应激暴发，抑制 ATP 合成和下调热休克蛋白表达，从而抑制癌症的发展。④线粒体DNA（mtDNA）。mtDNA因缺乏组蛋白保护及高效修复系统更易发生突变，其异常与肿瘤代谢重编程密切相关。 mtDNA突变可导致氧化磷酸化功能障碍，迫使癌细胞依赖糖酵解供能（即Warburg 效应），从而适应缺氧微环境。尽管膀胱癌、乳腺癌等肿瘤中常观察到 mtDNA拷贝数减少，但部分癌细胞通过上调核编码线粒体基因进行代偿。例如，肾癌细胞可通过增强线粒体基因表达抵消 mtDNA 损耗，维持呼吸链蛋白水平。靶向线粒体小分子化合物1、亲脂性阳离子小分子化合物亲脂性阳离子小分子可通过肿瘤细胞线粒体超极化膜电位（ψm）实现靶向蓄积。正常细胞线粒体膜电位（130~150 mV）与胞浆（-60 mV）形成约180 mV 跨膜电位差，而肿瘤细胞ψm更高，使带正电分子更易富集于其线粒体。三苯基膦（TPP）容易穿透带负电荷的细胞膜和线粒体膜，使其积累在线粒体的浓度可达其他部位的数百倍，成为纳米递药系统常用靶头。研究发现，罗丹明-23可用于活细胞的线粒体定位，并在较高浓度下通过抑制ATP 合酶破坏线粒体的生物能量功能，从而对线粒体产生毒性，其衍生物 MKT-077能优先在肿瘤细胞线粒体中积累，并诱导线粒体DNA选择性耗损，抑制肿瘤生长。但由于具有反复肾毒性的不良反应，其临床试验已在第一阶段被终止。地喹氯铵（DEQ）可选择性靶向线粒体，从而抑制线粒体 ATP 酶，阻止细胞中的能量产生，但随后发现它在多药耐药性肿瘤细胞系中表现出交叉耐药性，DEQ可通过外排泵被肿瘤细胞排出。尽管 TPP 、DEQ 等药效有限，但其高靶向性为递药系统设计提供了基础，通过偶联药物或结构优化可提升线粒体富集效率，增强抗肿瘤效果，但仍需解决毒性、耐药性等挑战。2、改变线粒体膜通透性的小分子化合物线粒体膜通透性改变是触发内源性细胞凋亡的关键机制，凋亡信号及多种因子通过激活线粒体膜通透性转换孔（MPTP）引发线粒体膜完整性破坏，导致基质肿胀、外膜破裂、膜电位（ψm）下降或丧失、氧化磷酸化解耦联及 ATP 合成减少，进而通过内容物释放诱导细胞凋亡或坏死，在肿瘤治疗中起到重要作用。①Bcl-2 蛋白家族类似物Bcl-2蛋白家族通过调控线粒体外膜通透性成为细胞凋亡的“主开关”，其成员包含促凋亡蛋白（如Bax、Bad）和抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-xL）。基于 Bcl-2同源结构域 BH3设计的靶向小分子化合物中，天然化合物棉酚作为首个 BH3 模拟物可抑制 Bcl-2 并破坏线粒体膜完整性，但因脱靶效应终止临床开发；后续研发的 ABT-737对 B细胞淋巴瘤和小细胞肺癌具有显著细胞毒性，但口服生物利用度不足，经结构优化得到的 ABT-263进入临床 III 期试验，其衍生物 ABT-199（venetoclax，9）凭借纳摩尔级亲和力成为首个FDA批准的BH3 模拟物，用于治疗特定慢性淋巴细胞白血病。此外，WEHI-539作为高选择性 Bcl-xL 抑制剂被发现，经研究优化获得高效口服抑制剂 A-1331852。②VDAC/ANT 抑制剂电压依赖性阴离子通道（VDAC）和腺嘌呤核苷酸转位酶（ANT）作为线粒体膜的关键整合蛋白，分别在线粒体外膜和内膜构成代谢物运输的重要通道。研究表明，VDAC/ANT 复合体功能紊乱可通过诱导线粒体通透性转变（MPT），进而触发肿瘤细胞凋亡级联反应。这一分子机制为开发新型抗肿瘤药物提供了重要理论依据。在靶向治疗策略开发方面，有研究基于砷化物的生物活性设计的三价砷-谷胱甘肽复合物 GSAO，通过特异性结合 ANT 蛋白的半胱氨酸残基产生共价交联，有效抑制线粒体功能并阻滞肿瘤细胞增殖。尽管该化合物在临床I期试验（NCT01147029）中因砷毒性问题终止研发，但其结构优化产物 PENAO展现出显著改进特性。研究证实，PENAO 通过调控多药耐药蛋白 MRP1/2 的转运动力学，使细胞内蓄积速率较母体化合物提升 85 倍，且具有更强的抗肿瘤效力。目前该衍生物已进入 I/IIa 期临床试验，正在评估其单药或联合雷帕霉素的治疗效果。此外，Bcl-2 蛋白家族与 VDAC/ANT 系统在线粒体膜通透性调控中具有协同作用。已进入临床研究的ABT-199 等靶向药物，通过验证其安全性和有效性，进一步证实了该策略的可行性。3、靶向己糖激酶 2(hexokinase 2，HK2)的小分子抑制剂HK是催化己糖转化成6磷酸己糖的一种酶，包含HK1、HK2、HK3、HK4 4个亚型，对其进行阻断可以抑制肿瘤细胞的生长。其中HK2 亚型因在恶性肿瘤中特异性高表达而备受关注，其可通过催化葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（G6P），并通过与VDAC1 的竞争性结合干扰 Bax 介导的凋亡通路，使肿瘤细胞逃离凋亡。针对 HK2 的抑制策略主要聚焦于三个关键作用位点。①靶向葡萄糖结合位点基于竞争性抑制原理，2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）作为经典抑制剂可通过占据 HK2 葡萄糖结合位点实现抑制作用，10 mmol·L⁻¹浓度即可显著下调 HeLa 细胞 HK2 表达。目前该化合物已在转移性前列腺癌领域进入I/II 期临床评估（NCT00633087）。通过虚拟筛选发现的苄丝肼（Benserazide）及其结构优化产物BNBZ，经苯环引入和肼氮芳构化修饰后，其与结合袋的极性/非极性相互作用显著增强，抑制活性提升11倍，IC50从5.5 μmol·L⁻¹优化至 0.5 μmol·L⁻¹，展现出更优的成药潜力。②靶向G6P 结合位点G6P作为葡萄糖的HK2 催化产物，是HK2的天然抑制剂，有葡萄糖片段和磷酸片段2个与HK2结合的关键片段。G6P 能与葡萄糖结合竞争，破坏HK2的独特催化结构而发挥选择性抑制功能。③靶向HK2催化功能结合位点最新研究发现，3-溴丙酮酸（3-BP）可通过烷基化修饰 HK2 的Cys158 残基，破坏其与 VDAC1 的蛋白互作网络。实验证实，该化合物能有效恢复线粒体凋亡通路敏感性，在乳腺癌小鼠模型中可使肿瘤体积缩小62%。尽管目前尚处临床前研究阶段，但其独特的作用机制为开发新型多靶点抑制剂提供了重要启示。参考资料[1]黄佳藤,王甜甜,刘华,等.线粒体靶向小分子化合物在肿瘤研究中的应用[J].中国现代应用药学,2024,41(22):3245-3254.[2]邹鑫,黄璨,李佳良,等.靶向线粒体在癌症治疗中的作用研究进展[J].肿瘤药学,2024,14(02):166-172.作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。END2025金笔奖征文活动开启，来投稿吧！领取CPHI & PMEC China 2025展会门票智药研习社直播预告来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~