Fructose

文献标题：Fullerenols hijack lysosomes to disrupt inter-organellar crosstalk and block autophagy pre-activated by mTOR inhibitors for cancer cell PANoptosis发表期刊：Science Bulletin（IF=18.8）发表时间：2025年DOI：10.1016/j.scib.2025.02.034# 📌 研究背景：打破癌细胞亚细胞器“串扰稳态”之防线近年来，肿瘤细胞对亚细胞器间功能协同网络的重编程能力日益受到关注。溶酶体—内质网—线粒体三者之间的物质与信号交换构成一套自稳闭环，调控细胞内环境稳态、自噬代谢和能量再分配，是癌细胞生存与抗逆的关键依赖。现有癌症治疗策略难以精准破坏细胞器间通讯网络，且传统纳米材料（如自由基生成型）存在作用范围不可控的问题。多羟基富勒烯醇（MF）因其独特的膜相互作用特性成为潜在工具。溶酶体膜完整性对自噬过程和细胞自我修复至关重要。以溶酶体为枢纽的mTOR信号通路与自噬激活机制，可促细胞对受损器官与代谢压力进行“自我修复”。但该机制在癌细胞中亦成为其“抗打击防火墙”。如何实现精准、级联、不可逆的“器官网络”干扰，成为癌症治疗策略的重要突破口。# 🧪 实验设计概览本研究提出一种“通信截断 + 自噬阻断”的组合干预策略：主药物载体：高羟基密度富勒醇（MF），对溶酶体膜具特异破坏作用；辅助激活剂：mTOR抑制剂（如EBSS, Torin1）用于预激活细胞自噬；作用机制：MF劫持并破坏溶酶体膜结构，诱发钙离子与蛋白酶外泄；导致内质网应激与线粒体功能障碍；mTOR抑制诱导自噬增强，但溶酶体功能破坏阻断其与自噬体融合，导致自噬流崩溃；最终诱发PANoptosis（焦亡、凋亡与坏死共激活），实现高效肿瘤细胞清除。# 🔍 研究核心发现解读✅ 1. 富勒醇直接破坏溶酶体膜的构效关系首次揭示模拟验证：通过分子动力学模拟，发现MF与溶酶体磷脂双层之间形成高度稳定的氢键网络（>50个，距离<5Å），引发膜结构扭曲及空腔形成；羟基数效应：仅当富勒醇羟基数≥35时，可显著扰乱膜相结构（羟基数为40的富勒醇Rg值最高，为12Å，表明磷脂膜结构的改变最大，破坏最为严重。）；实验证实：SPR实验与Bio-TEM观察进一步验证了MF在溶酶体膜表面高度富集并造成显著结构破坏。图1. 50ns内富勒醇与磷脂双层相互作用的分子动力学模拟图2. FF 和 MF 的制备、表征及 FF/MF 与 mTOR 抑制剂联合应用的选择性细胞毒性✳️ 创新点：区别于自由基氧化攻击，MF通过物理-化学方式实现溶酶体膜直接劫持，机制更具选择性与持久性。✅ 2. mTOR抑制激活自噬，MF协同阻断其“完成路径”细胞层面观察：LC3B-mCherry-GFP双荧光系统显示，在EBSS（诱导自噬）+ MF处理组，自噬体明显累积，酸化受阻，融合过程被截断；蛋白表达变化：Atg5、Beclin1上调，提示自噬激活；LC3-II/I比值升高、p62聚集，提示自噬阻滞；LAMP1/2、Cathepsin B/D下调，功能性溶酶体减少；TFEB、TFE3升高，提示细胞尝试补偿性生物合成。图3. MF与溶酶体膜的相互作用及与mTOR抑制剂联用后的破坏作用✳️ 点评：这一“先诱导、后切断”的双向控制思路，是对传统CQ类非选择性阻断剂的重大超越。✅ 3. 跨器官级联串扰崩溃：从钙泄漏到线粒体失控钙离子动态追踪：LysoTracker + Fluo-4 + Rhod-2组合探针监测显示，Ca²⁺呈现 “溶酶体→线粒体→胞质”级联转移轨迹；关键蛋白转位：CypD由胞质迁移至线粒体，提示线粒体通透性转换孔（mPTP）开启；后续效应：线粒体膜电位下降（JC-1红→绿）；呼吸链蛋白NDUFB8、mtDNA表达下降；ROS水平剧增，抗氧化通路（Nrf2/HO-1/NQO1）受抑；ER应激标志物（p-PERK, p-eIF2a, CHOP）显著上调，呈不可逆胁迫状态。图4. 溶酶体、内质网和线粒体之间的钙离子紊乱导致内质网不可逆应激图5. MF 与 mTOR 抑制剂联合作用导致的线粒体损伤和氧化还原紊乱图7. MF联合mTOR抑制剂通过调控自噬体形成、自噬体-溶酶体融合、自噬体聚集等机制干预自噬过程✳️ 点评：MF所诱发的“钙信号串扰+氧化打击”机制，对癌细胞这种多层次调控体系具有强烈致死性。✅ 4. 能量代谢三线抑制，肿瘤细胞陷入“代谢绝境”代谢组学结果：糖酵解 + PPP路径关键中间物（葡萄糖-6-磷酸(glucose-6-P)、果糖-1,6-二磷酸(fructose-1,6-BP)、3-磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)、核糖-5-磷酸等代谢物，代谢相关酶[如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)、葡萄糖磷酸异构酶(GPI)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(PGD)]）显著下降；NAD⁺/NADH、NADP⁺/NADPH比值下降；ATP水平剧烈降低；蛋白质组分析：GSEA结果提示MYC、HIF-1α、mTORC1信号通路均被显著负调控。图6. 多种细胞器的级联损伤改变了 A549 细胞的代谢模式，重塑了代谢过程并增强了能量剥夺✳️ 点评：该策略有效避免了单一路径抑制后癌细胞的代谢补偿性逃逸。✅ 5. PANoptosis三线共振，构建多途径死亡收割模式细胞死亡信号分析：Pyroptosis：GSDMD-N↑，Caspase-1活化，IL-1β释放；Apoptosis：Caspase-3/8/6活化，PARP裂解，Bax/Bcl-2比例升高；Necroptosis：p-RIPK1, RIPK3, MLKL显著上调；形态学证实：YO-PRO-1/PI双染显示大量双重标记细胞，提示多通路并发型细胞死亡（PANoptosis）。图8. MF联合mTOR抑制剂破坏亚细胞器相互作用、阻断自噬，诱导PANoptosis细胞死亡✅ 6. 动物模型验证治疗潜力与安全性斑马鱼模型：肿瘤体积下降60%，细胞迁移距离明显缩短；小鼠模型：肿瘤抑制率达60.4%，优于CQ+抑制剂对照组（21.8%）；H&E切片显示肿瘤细胞核固缩、细胞结构解体；体重无显著下降，主要脏器无毒性病理改变。图9. MF联合 mTOR 抑制剂对斑马鱼和小鼠的抗肿瘤作用✳️ 点评：MF + mTORi组合方案兼具显著疗效与低毒特性，具备良好的转化前景。# 🔚 总结与展望本研究系统提出并验证了一个新型抗肿瘤策略：通过高羟基富勒醇纳米材料精准劫持溶酶体，协同mTOR抑制激发自噬失衡，诱发器官串扰崩解与PANoptosis联动死亡机制，从而实现肿瘤细胞的多路径、高强度杀伤。参考文献：Qi, H., Li, X., Ma, J., Sun, J., Liu, Y., Wang, X., ... & Wang, C. (2025). Fullerenols hijack lysosomes to disrupt inter-organellar crosstalk and block autophagy pre-activated by mTOR inhibitors for cancer cell PANoptosis. Science Bulletin.