上文簡述了線粒體與癌癥的關(guān)系，以及親脂性陽離子小分子化合物，改變線粒體膜通透性的小分子化合物和靶向己糖激酶 2(hexokinase 2，HK2)的小分子抑制劑，本文繼續(xù)介紹靶向ETC的小分子化合物，靶向三羧酸（TCA）循環(huán)的小分子化合物，靶向線粒體DNA 的小分子化合物和多肽類靶向序列。

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4、靶向ETC的小分子化合物

電子傳遞鏈（ETC）是由鐵硫蛋白、黃素蛋白、輔酶 Q10 及細胞色素等遞電子體/遞氫體組成的級聯(lián)反應(yīng)體系，其通過有序傳遞還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（FADH2）中的電子，驅(qū)動質(zhì)子跨膜梯度形成以合成 ATP，為細胞提供約 95%的能量供應(yīng)。作為細胞能量代謝的核心樞紐，ETC 同時也是內(nèi)源性活性氧（ROS）的主要來源。當 ETC 功能異常時，電子泄漏會導(dǎo)致ROS過量生成，引發(fā)線粒體氧化損傷及代謝重編程，這種功能紊亂與多種惡性腫瘤的演進密切相關(guān)。因此，選擇性抑制 ETC 關(guān)鍵復(fù)合物（CⅠ~CⅤ）或調(diào)控其 ROS 生成能力已成為腫瘤治療的重要方向。

①線粒體復(fù)合物Ⅰ（CI）抑制劑

作為線粒體電子傳遞鏈（ETC）核心元件，NADH 脫氫酶復(fù)合體（CI）通過介導(dǎo)NADH 的2 個電子經(jīng)鐵硫蛋白傳遞至輔酶Q，驅(qū)動跨膜質(zhì)子梯度形成。靶向抑制CI可阻斷電子傳遞過程，導(dǎo)致 ATP 合成障礙而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。經(jīng)典降糖藥二甲 雙胍可依賴膜電位蓄積于線粒體，在 5 mmol·L?¹濃度下顯著抑制 CI 活性，對乳腺癌及結(jié)直腸癌模型顯示出治療潛力。其結(jié)構(gòu)類似物苯乙雙胍對 CI 的抑制效力提升了20 倍，在人血小板模型中 IC50 達55 μmol·L?¹。新型抑制劑 IACS-010759能通過選擇性破壞糖酵解缺陷型缺氧腫瘤細胞的線粒體功能實現(xiàn)精準殺傷，在保持正常細胞安全的前提下，已進入乳腺癌與急性髓系白血病的 I期臨床研究（NCT03291938/NCT02882321）。基于高通量篩選發(fā)現(xiàn)的 SMIP004采用泛醌非競爭性抑制機制，通過阻斷 NADH 氧化引發(fā)氧化應(yīng)激級聯(lián)反應(yīng)，最終誘導(dǎo) LNCaP S14CI 細胞周期停滯。經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化獲得的衍生物 SMIP004-7通過增強靶標結(jié)合能力，抗腫瘤活性提升了 5倍，展現(xiàn)出更優(yōu)的體內(nèi)藥效轉(zhuǎn)化前景。

②線粒體復(fù)合物Ⅱ（CⅡ）抑制劑

CⅡ是由琥珀酸脫氫酶(SDH)和鐵硫蛋白組成，將從琥珀酸得到的電子傳遞給輔酶Q，再通過輔酶Q傳輸?shù)紺III，之后經(jīng)過CⅣ和CⅤ(ATP合酶)生成ATP。靶向 CⅡ的α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）可通過競爭性占據(jù) SDH 泛醌結(jié)合位點，誘導(dǎo)腫瘤細胞特異性 ROS 爆發(fā)及線粒體功能障礙，實現(xiàn)選擇性殺傷效應(yīng)。該化合物作為二線抗腫瘤輔助劑，在急性淋巴細胞白血病治療中顯示出臨床轉(zhuǎn)化潛力。此外，研究發(fā)現(xiàn)通過三苯基鏻（TPP+）基團對其結(jié)構(gòu)進行線粒體靶向修飾，可使促其凋亡活性提升10-100 倍，顯著增強對耐藥腫瘤的清除能力。

③調(diào)控活性氧自由基（ROS）的小分子藥物

活性氧自由基（ROS）是一類高活性含氧自由基，其過量積累可引發(fā)氧化應(yīng)激損傷，與多種疾病進程密切相關(guān)。腫瘤細胞因代謝異常常處于高 ROS 水平，通過選擇性增強其氧化應(yīng)激可觸發(fā)腫瘤細胞死亡。例如，雌二醇代謝物2-甲氧基雌二醇（2-ME）可通過誘導(dǎo)亞硝基化應(yīng)激及自由基生成發(fā)揮抗腫瘤作用，但因缺乏雌激素受體結(jié)合活性而具有更優(yōu)選擇性。盡管在多種實體瘤中推進至 II 期臨床試驗（如 NCT00444314），但均因療效或安全性問題未能獲批。研究顯示，維生素 K3（VK3）作為經(jīng)典 ROS 誘導(dǎo)劑，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化可顯著提升抗腫瘤效能。通過陽離子靶向基團修飾獲得的 MitoVK3可高效蓄積于線粒體，通過抑制硫氧還蛋白還原酶2（TrxR2）引發(fā) ROS 爆發(fā)，其促氧化活性較母體化合物提升了6倍。此外，基于非甾體抗炎藥吲哚美辛與布洛芬設(shè)計的三苯基膦靶向衍生物，可通過誘導(dǎo)線粒體外膜透化（MOMP）誘導(dǎo)線粒體損傷，從而產(chǎn)生 ROS。

5、靶向三羧酸（TCA）循環(huán)的小分子化合物

TCA循環(huán)是需氧生物能量代謝的核心通路，通過一系列酶促循環(huán)反應(yīng)，為細胞提供生物能量、生物合成原料及氧化還原平衡支持。盡管腫瘤細胞因“Warburg效應(yīng)”傾向于糖酵解供能，但其快速增殖仍高度依賴TCA 循環(huán)產(chǎn)生的 ATP 及代謝中間產(chǎn)物。研究表明，腫瘤基因與抑癌基因的失衡導(dǎo)致腫瘤細胞對 TCA 循環(huán)的代謝依賴性增強，而循環(huán)關(guān)鍵酶的突變或失調(diào)（如烏頭酸水合酶（AH）、異檸檬酸脫氫酶（IDH）、延胡索酸酶（FH）、琥珀酸脫氫酶（SDH）及α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物（KGDHC））可通過干擾燃料分解與代謝流重編程促進腫瘤進展，這為靶向 TCA 循環(huán)的抗腫瘤策略提供了理論依據(jù)。

谷氨酰胺作為TCA 循環(huán)的重要碳源，其分解代謝對腫瘤增殖至關(guān)重要。小分子谷氨酰胺酶（GLS）抑制劑 CB-839可通過阻斷谷氨酰胺向谷氨酸的轉(zhuǎn)化，抑制 TCA 循環(huán)中間產(chǎn)物生成及谷胱甘肽合成，目前已進入三陰性乳腺癌的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗（NCT03875313）。此外，KGDHC作為TCA 循環(huán)限速酶，其抑制劑 CPI-613通過靶向二氫硫辛酰胺琥珀酰轉(zhuǎn)移酶（DLST）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（DLD），誘導(dǎo)線粒體活性氧（ROS）爆發(fā)并誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，現(xiàn)已在胰腺癌等實體瘤的Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗中評估療效（EUCTR2018-001587-32-IT）。

IDH 突變可致α-酮戊二酸異常轉(zhuǎn)化為致癌代謝物2-羥基戊二酸（2-HG），促進腫瘤發(fā)生。突變型 IDH 抑制劑恩西地平（AG-221）和 AG-881通過占據(jù)酶活性位點阻斷2-HG 生成，其中AG-221已獲批用于急性髓系白血病治療，AG-881則在膠質(zhì)瘤和膽道腫瘤的Ⅲ期臨床試驗中展現(xiàn)潛力（NCT04164901）。

SDH 作為TCA 循環(huán)中的腫瘤抑制因子，其活性受丙酮酸脫氫酶激酶（PDK）調(diào)控。PDK 抑制劑二氯乙酸（DCA）通過激活 SDH 增強 TCA 循環(huán)活性，逆轉(zhuǎn)糖酵解代謝偏好，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激與凋亡信號，目前已作為代謝調(diào)節(jié)劑用于腫瘤治療研究。

6、靶向線粒體DNA 的小分子化合物

哺乳動物線粒體 DNA（mtDNA）是一種長度為 16~18 kb 的環(huán)狀雙鏈 DNA 分子，包含 2 個核糖體 RNA（rRNA）、 22個轉(zhuǎn)運 RNA（tRNA）和 13 個編碼氧化磷酸化系統(tǒng)的多肽鏈基因。mtDNA 通過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成的蛋白質(zhì)在調(diào)控細胞生長、能量代謝及線粒體穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮核心作用，其基因變異或表達失調(diào)與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究表明，阻斷 mtDNA 的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程可顯著抑制腫瘤細胞增殖，因此 mtDNA 已成為疾病、腫瘤及進化研究中的重要遺傳標志物，靶向干預(yù) mtDNA 為抗腫瘤治療提供了新方向。

近年來，針對 mtDNA 的小分子抑制劑開發(fā)取得了突破性進展。德國馬克斯·普朗克研究所與瑞典哥德堡大學(xué)的聯(lián)合研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種名為 IMT1B 的小分子化合物，它能特異性靶向抑制人類線粒體 RNA 聚合酶（POLRMT），從而完全阻斷 mtDNA 的轉(zhuǎn)錄過程。機制研究表明，IMT1B 通過結(jié)合 POLRMT 的活性位點，破壞線粒體基因組的 RNA 合成，最終導(dǎo)致腫瘤細胞因能量代謝崩潰而死亡。作為首個高選擇性 POLRMT 抑制劑，IMT1B 在臨床前小鼠模型中展現(xiàn)出顯著的抗腫瘤效果，且對正常細胞毒性較低，有望開發(fā)為針對實體瘤或代謝依賴性癌癥的創(chuàng)新療法。

7、多肽類靶向序列

①線粒體穿透肽（MPP）

相較于小分子化合物，多肽類靶向配體（如線粒體穿透肽，MPP）憑借其優(yōu)異的生物相容性和低毒性，在構(gòu)建線粒體靶向遞送系統(tǒng)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。MPP 可通過膜穿透效應(yīng)將化療藥物或生物活性分子精準遞送至線粒體功能位點，并借助自組裝特性調(diào)控細胞功能，在選擇性殺傷腫瘤細胞的同時避免對正常組織的損傷，從而顯著抑制腫瘤生長。例如，基于 SS-31 肽羥基化修飾的新型線粒體細胞穿透肽（mtCPP-1）在濃度高達 100 mmol·L?¹時仍無細胞毒性，且不影響線粒體功能，其機制可能與線粒體主動攝取肽分子有關(guān)。此類特性使 mtCPP-1成為高效、安全的線粒體靶向載體候選分子。

有研究開發(fā)了一種 MPP 修飾的多柔比星（MPP-Dox）共聚物遞送系統(tǒng)：線粒體靶向的 HPMA 共聚物（PM）通過破壞線粒體功能誘導(dǎo)細胞凋亡并抑制轉(zhuǎn)移，而核靶向的 HPMA 共聚物（PN）則通過干預(yù)細胞核功能抑制增殖。實驗表明，該雙靶向系統(tǒng)可顯著抑制乳腺癌 4T1 細胞的體內(nèi)生長，同時克服腫瘤耐藥性，為轉(zhuǎn)移性癌癥的聯(lián)合治療提供了創(chuàng)新策略。

②短桿菌肽S

短桿菌肽 S作為一類多肽抗生素，可通過線粒體膜靶向遞送自由基清除分子，在抗氧化應(yīng)激領(lǐng)域具有獨特價值。其衍生物JP4-039由氮氧自由基與短桿菌肽 S偶聯(lián)而成，能高效富集于線粒體并清除氧自由基，抑制亞硫酸鹽誘導(dǎo)的氧化損傷和細胞凋亡。盡管目前尚無短桿菌肽 S及其衍生物直接用于抗腫瘤的報道，但 JP4-039 在胱氨酸尿癥治療中的成功應(yīng)用提示，此類分子可通過靶向線粒體調(diào)控氧化應(yīng)激通路，未來或可拓展至腫瘤治療領(lǐng)域，尤其在放療或化療引發(fā)的線粒體氧化損傷修復(fù)中具有潛在開發(fā)價值。

多重機制共同構(gòu)成了線粒體參與癌癥發(fā)生發(fā)展的多維網(wǎng)絡(luò)，從凋亡調(diào)控到氧化還原穩(wěn)態(tài)，從離子平衡到遺傳物質(zhì)變異，每個環(huán)節(jié)均存在促癌與抑癌的動態(tài)博弈。當前研究聚焦于開發(fā)靶向線粒體 ROS 生成、 MCU 功能或 mtDNA代謝的藥物，但其臨床應(yīng)用仍需解決選擇性毒性、耐藥性及生物個體差異等挑戰(zhàn)。例如，針對 MCU 抑制劑的劑量優(yōu)化需避免干擾正常細胞鈣穩(wěn)態(tài)，而調(diào)控 ROS 的策略需在促凋亡與保護正常組織間取得平衡。隨著單細胞測序與代謝組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來或可實現(xiàn)對線粒體功能異常的精準解析，或為個體化抗癌治療提供新路徑。

參考資料

[1]黃佳藤,王甜甜,劉華,等.線粒體靶向小分子化合物在腫瘤研究中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué),2024,41(22):3245-3254.

[2]鄒鑫,黃璨,李佳良,等.靶向線粒體在癌癥治療中的作用研究進展[J].腫瘤藥學(xué),2024,14(02):166-172.

作者簡介：小米蟲，藥品質(zhì)量研究工作者，長期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗證工作，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事藥品檢驗分析及分析方法驗證。