減輕肺癌進程與腦轉移-洛尼達明靶向線粒體的應用案例

肺癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一,已成為我國城市人口惡性腫瘤死亡原因的第一位。其中，非小細胞肺癌約占85%的肺癌病例。目前為止，腦轉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防肺癌的進展和腦轉移就變得極為迫切。洛尼達明（Lonidamine，LND）是吲哚唑-3-羧酸的衍生物，據(jù)報道可選擇性抑制腫瘤細胞中的需氧糖酵解和能量代謝，II期和III期臨床試驗中證明了其安全性，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離子（TPP+）相連接，合成了新的化合物Mito-LND。由于腫瘤細胞的負性質膜以及高線粒體跨膜，該離域親脂性陽離子可以在腫瘤細胞中有選擇的蓄積。同時，引入的烷基鏈也增加了其親脂性，有利于細胞攝取。

在圖1中，作者首先比較了LND和Mito-LND的抗腫瘤增殖和浸潤效果。從圖1b可以看出，與LND相比，Mito-LND抑制細胞增殖的IC50值在H2030BrM3和A549細胞中分別低了188倍和300倍，顯示出其對腫瘤細胞更強的殺傷效果。與此同時，Mito-LND（48小時治療）在抑制細胞浸潤方面比LND強近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，抗浸潤作用不能簡單歸因于是阻止了細胞增殖。

圖1 LND和Mito-LND的結構及其對增殖和浸潤的影響
a）LND和Mito-LND的化學結構  b）LND和Mito-LND對人肺癌細胞增殖的影響。
    C）LND和Mito-LND對人肺癌腦轉移細胞浸潤的影響。
 

在圖2中，作者進一步對Mito-LND的作用機制進行了分析，發(fā)現(xiàn)其主要是通過抑制線粒體復合物Ⅰ和Ⅱ活性（圖2a），導致活性氧(ROS)生成（圖2b）以及線粒體Prx3的明顯氧化（圖2c）。因為Prx3占了近90%的線粒體過氧化物酶，Mito-LND誘導產生的H2O2可能超過線粒體降解過氧化物的能力，最終使腫瘤細胞凋亡。

圖2 LND和Mito-LND影響線粒體復合物的活性、ROS的產生和過氧化物酶氧化
   a）LND和Mito-LND對線粒體復合體I和II活性的影響。
b）LND和Mito LND對細胞ROS生成的影響，基于HPLC的氫乙炔（HE）探針氧化分析測定。
c）LND和Mito-LND對A549細胞胞漿（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行研究，將H2030BrM3細胞注射到肺中。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。如預期的那樣，由于應用劑量（7.5µmol/kg）低于該藥的常規(guī)給藥水平，LND無效。相反，即使在這個相對較低的劑量下，Mito-LND也能顯著降低腫瘤進展（BLI信號強度抑制率>40%；圖3a-c）和淋巴結轉移（縱隔淋巴結重量抑制率>50%；圖3d），表明在等摩爾劑量給藥的情況下，Mito-LND對肺癌進展和淋巴結轉移的抑制作用顯著增強。同時在腦轉移小鼠模型中，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對肺腫瘤生長、腦轉移和毒性的體內效應。
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) 對照組和Mito-LND的H&E染色
d) 從對照組、LND和Mito-LND處理的小鼠獲得的縱隔淋巴結的重量。
e) 高分辨率超聲心動圖顯示肺癌細胞心內注射到循環(huán)中時針頭的位置。
f) 對照組、LND組和Mito-LND組小鼠腦轉移的生物發(fā)光圖像。
g) 腦轉移瘤生物發(fā)光成像的定量數(shù)據(jù)。
h) 體重數(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鍵器官的組織學圖像。
 

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

 

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