烷基三苯基膦靶向心磷脂诱导癌细胞肿瘤性坏死的机制研究

《Advanced Science》：Alkyltriphenylphosphonium Binding to Cardiolipin Triggers Oncosis in Cancer Cells

本研究发现烷基化三苯基膦（TPP+）衍生物通过靶向心磷脂（cardiolipin）诱导线粒体功能障碍，进而激活内质网应激（ER stress）通路，最终导致癌细胞发生肿瘤性坏死（oncosis）而非传统凋亡（apoptosis）或自噬（autophagy）。该研究揭示了TPP+超越线粒体靶向载体的新型生物活性机制，为开发精准调控线粒体功能的抗癌策略提供了新思路。

　　

烷基化三苯基膦衍生物的链长依赖性抗癌活性

研究团队系统合成了一系列烷基链长度从C₁到C₁₈的烷基化三苯基膦（alkylTPP⁺）衍生物，并在四种宫颈癌细胞系中评估其抗增殖活性。结果显示其抗癌效力呈现明显的链长依赖性，随着烷基链的延长而增强，在C₉处达到临界点，获得亚微摩尔级的IC₅₀值。其中TPP⁺-C₁₄表现出最优异的抗增殖活性，且对非恶性NIH/3T3细胞显示出较低毒性，表明其具有良好的治疗选择性。

TPP⁺-C₁₄在体内有效抑制宫颈癌异种移植瘤生长

为解决水溶性问题，研究制备了脂质体TPP⁺-C₁₄制剂。在HeLa细胞来源的裸鼠异种移植瘤模型中，脂质体TPP⁺-C₁₄通过尾静脉注射后表现出显著的肿瘤靶向蓄积。剂量依赖性治疗实验表明，高剂量组（10 mg/kg）可使肿瘤体积减少73%，肿瘤质量减少64%，并显著下调增殖标志物Ki67和PCNA的表达，且未引起明显全身毒性。

TPP⁺-C₁₄靶向线粒体并与心磷脂特异性结合

机制探索发现，TPP⁺-C₁₄可有效富集于线粒体，且其滞留不依赖于线粒体膜电位（MMP）。通过生物层干涉技术（BLI）、竞争性结合实验和分子动力学（MD）模拟证实，TPP⁺-C₁₄通过静电和疏水相互作用与心磷脂发生高亲和力结合，且结合强度与烷基链长度相关，TPP⁺-C_{14的结合动力学最优。}

TPP⁺-C₁₄诱导线粒体功能严重障碍

TPP⁺-C₁₄与心磷脂结合后，导致线粒体膜电位崩溃、氧化磷酸化（OXPHOS）严重受损、细胞内ATP耗竭。透射电镜观察到线粒体嵴结构破坏和肿胀。同时，细胞出现钙离子稳态失衡、活性氧（ROS）水平显著升高。非靶向代谢组学分析进一步揭示了TPP⁺-C₁₄引起氨基酸代谢和中心碳代谢的显著重编程。

TPP⁺-C₁₄特异性诱导肿瘤性坏死而非凋亡或自噬

研究排除了TPP⁺-C₁₄引起细胞凋亡或自噬性死亡的可能性。相反，细胞表现出明显的胞质空泡化、细胞器肿胀和严重ATP耗竭等肿瘤性坏死特征。肿瘤性坏死标志物Porimin的表达显著上调。RNA测序（RNA-seq）分析表明，TPP⁺-C₁₄处理激活了内质网应激反应，特别是PERK/eIF2α/ATF4/CHOP信号通路。免疫印迹证实了BiP、p-eIF2α、ATF4和CHOP等关键蛋白的表达变化。

结论

该研究揭示了烷基化TPP⁺衍生物通过靶向心磷脂、破坏线粒体功能、激活内质网应激通路，进而诱导癌细胞发生肿瘤性坏死的新型作用机制。这一发现拓展了对TPP⁺生物活性的认知，为开发以心磷脂为靶点、精确调控线粒体功能的新型抗癌策略奠定了理论基础。