肺癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一,已成為我國(guó)城市人口惡性腫瘤死亡原因的第一位。其中，非小細(xì)胞肺癌約占85%的肺癌病例。目前為止，腦轉(zhuǎn)移仍然是肺癌主要的致死原因之一。因此，研發(fā)出新的化療特效藥來預(yù)防肺癌的進(jìn)展和腦轉(zhuǎn)移就變得極為迫切。洛尼達(dá)明（Lonidamine，LND）是吲哚唑-3-羧酸的衍生物，據(jù)報(bào)道可選擇性抑制腫瘤細(xì)胞中的需氧糖酵解和能量代謝，II期和III期臨床試驗(yàn)中證明了其安全性，但其臨床療效卻十分有限。

本文作者以脂肪鏈作為連接體，將LND與線粒體靶向分子三苯基膦陽(yáng)離子（TPP+）相連接，合成了新的化合物Mito-LND。由于腫瘤細(xì)胞的負(fù)性質(zhì)膜以及高線粒體跨膜，該離域親脂性陽(yáng)離子可以在腫瘤細(xì)胞中有選擇的蓄積。同時(shí)，引入的烷基鏈也增加了其親脂性，有利于細(xì)胞攝取。

在圖1中，作者首先比較了LND和Mito-LND的抗腫瘤增殖和浸潤(rùn)效果。從圖1b可以看出，與LND相比，Mito-LND抑制細(xì)胞增殖的IC50值在H2030BrM3和A549細(xì)胞中分別低了188倍和300倍，顯示出其對(duì)腫瘤細(xì)胞更強(qiáng)的殺傷效果。與此同時(shí)，Mito-LND（48小時(shí)治療）在抑制細(xì)胞浸潤(rùn)方面比LND強(qiáng)近100倍（圖1c）。重要的是，Mito-LND的抗侵襲作用（圖1c）相比其抗增殖作用（圖1b），在較低濃度下即可觀察得到；因此，抗浸潤(rùn)作用不能簡(jiǎn)單歸因于是阻止了細(xì)胞增殖。

圖1 LND和Mito-LND的結(jié)構(gòu)及其對(duì)增殖和浸潤(rùn)的影響
a）LND和Mito-LND的化學(xué)結(jié)構(gòu)  b）LND和Mito-LND對(duì)人肺癌細(xì)胞增殖的影響。
    C）LND和Mito-LND對(duì)人肺癌腦轉(zhuǎn)移細(xì)胞浸潤(rùn)的影響。
 

在圖2中，作者進(jìn)一步對(duì)Mito-LND的作用機(jī)制進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其主要是通過抑制線粒體復(fù)合物Ⅰ和Ⅱ活性（圖2a），導(dǎo)致活性氧(ROS)生成（圖2b）以及線粒體Prx3的明顯氧化（圖2c）。因?yàn)镻rx3占了近90%的線粒體過氧化物酶，Mito-LND誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2可能超過線粒體降解過氧化物的能力，最終使腫瘤細(xì)胞凋亡。

圖2 LND和Mito-LND影響線粒體復(fù)合物的活性、ROS的產(chǎn)生和過氧化物酶氧化
   a）LND和Mito-LND對(duì)線粒體復(fù)合體I和II活性的影響。
b）LND和Mito LND對(duì)細(xì)胞ROS生成的影響，基于HPLC的氫乙炔（HE）探針氧化分析測(cè)定。
c）LND和Mito-LND對(duì)A549細(xì)胞胞漿（Prx1）和線粒體（Prx3）過氧化物酶氧化還原狀態(tài)的影響。
 

在圖3中，作者以裸鼠原位肺腺癌作為模型進(jìn)行研究，將H2030BrM3細(xì)胞注射到肺中。注射后1周，小鼠被灌胃給予相同劑量的LND或Mito-LND（7.5µmol/kg）或載體（玉米油），一周5天，共3周。如預(yù)期的那樣，由于應(yīng)用劑量（7.5µmol/kg）低于該藥的常規(guī)給藥水平，LND無效。相反，即使在這個(gè)相對(duì)較低的劑量下，Mito-LND也能顯著降低腫瘤進(jìn)展（BLI信號(hào)強(qiáng)度抑制率>40%；圖3a-c）和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（縱隔淋巴結(jié)重量抑制率>50%；圖3d），表明在等摩爾劑量給藥的情況下，Mito-LND對(duì)肺癌進(jìn)展和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的抑制作用顯著增強(qiáng)。同時(shí)在腦轉(zhuǎn)移小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)Mito-LND相比LND能顯著減少肺癌的腦轉(zhuǎn)移現(xiàn)象（圖3e，3f）。由于給予的劑量很低，小鼠身上沒有發(fā)現(xiàn)任何副作用（5h-k），證明Mito-LND具有良好的生物相容性。

圖3 LND或Mito-LND對(duì)肺腫瘤生長(zhǎng)、腦轉(zhuǎn)移和毒性的體內(nèi)效應(yīng)。
a) 用載體、LND或Mito-LND治療3周的荷H2030BrM3原位肺腫瘤小鼠的代表性生物發(fā)光圖像。
b) 對(duì)照組、LND和Mito-LND治療小鼠肺腫瘤生物發(fā)光成像的定量數(shù)據(jù)。
c) 對(duì)照組和Mito-LND的H&E染色
d) 從對(duì)照組、LND和Mito-LND處理的小鼠獲得的縱隔淋巴結(jié)的重量。
e) 高分辨率超聲心動(dòng)圖顯示肺癌細(xì)胞心內(nèi)注射到循環(huán)中時(shí)針頭的位置。
f) 對(duì)照組、LND組和Mito-LND組小鼠腦轉(zhuǎn)移的生物發(fā)光圖像。
g) 腦轉(zhuǎn)移瘤生物發(fā)光成像的定量數(shù)據(jù)。
h) 體重?cái)?shù)據(jù)
i，j）Mito-LND治療8周后小鼠的AST和ALT水平。
k）從接受或不接受Mito-LND治療的小鼠收集的關(guān)鍵器官的組織學(xué)圖像。
 

參考文獻(xiàn)
heng, G., Zhang, Q., Pan, J. et al. Targeting lonidamine to mitochondria mitigates lung tumorigenesis and brain metastasis[J] Nature Communications 10, 2205 (2019). 

 

⭐️ ⭐️ ⭐️

紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

NIR-II in vivo imaging system 

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機(jī)，活體穿透深度高于15mm

高分辨率 - 定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優(yōu)于3um

熒光壽命 - 分辨率優(yōu)于 5us

高速采集 - 速度優(yōu)于1000fps （幀每秒）

多模態(tài)系統(tǒng) - 可擴(kuò)展X射線輻照、熒光壽命、一區(qū)熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 紅外二區(qū)高分辨顯微系統(tǒng)，兼容成像型光譜儀