Gut：IR-58—潜在的结肠直肠癌靶向药物
重庆第三军医大学史春梦教授课题组于2016年11月14号在Gut杂志（IF：14.921）发表了名为《Identification of a fluorescent small-molecule enhancer for therapeutic autophagy in colorectal cancer by targeting mitochondrial protein translocase TIM44》的文章，首次鉴定了一种新的近红外（NIR）荧光团自噬增强子可作为潜在的结肠直肠癌靶向药物，我们一起来看看吧。
目的： 由于对自噬过程的调节有益于癌症治疗，因此鉴定新型自噬增强子具有重要意义。 然而，目前的自噬诱导抗癌剂由于其在靶外组织中的非特异性生物分布而发挥副作用。本研究旨在开发一种多功能试剂，以整合癌靶向，成像和治疗，并调查其机制。
设计： 合成、筛选和鉴定一系列靶向线粒体的近红外（NIR）荧光团，使其自噬活性增强，并在体外和体内测试光学性质和生物效应。使用抑制剂，小干扰RNA（siRNA），RNA测序，质谱和人类样品等研究基础机制。
结果：研究者筛选并鉴定了一种新的NIR自噬增强子，IR-58，它表现出显着的肿瘤选择性杀伤作用。
1. IR-58合成途径
图1 IR-58能够在CRC细胞中诱导自噬（图1A）。 IR-58的化学合成方法如图1B所示。合成化合物2和4之后，在Et 3 N催化作用下，用化合物2和4进行酰胺化反应合成关键中间体（化合物5，产率60％）。使用1H-核磁共振（1 H-NMR）测出化合物5的化学结构。随后，使用2,3,3-三甲基-3H吲哚和化合物5在1,2-二氯苯中进行N-烷基化反应制备吲哚季铵盐形式的化合物6。最后，化合物6与化合物7反应用乙酸钠作为催化剂通过缩合作用合成IR-58（1.63g，产率30％，绿色粘性固体）。
2. IR-58细胞及其动物体内功能研究
研究者研究了在HT-29与HCT116 CRC移植瘤中，IR-58优先于肿瘤富集的潜能。在裸鼠皮下植入人类HT-29与HCT116 CRC移植瘤，单次静注IR-58后成像。
图2 A,B展示了注射IR-58后移植瘤呈现出强烈的荧光。并通过组织病理学分析证实了IR-58碘化物在肿瘤细胞溶质中富集。通过亚细胞定位实验测定显示IR-58仅累积在肿瘤细胞的线粒体中（图D）。由于线粒体是细胞的能量中心，并且IR-58位于线粒体，研究者推测IR-58的摄取是能量依赖性的并得到了证实。（图E，F）。HT-29和HCT116细胞用2-脱氧-d-葡萄糖（2-DG;糖酵解抑制剂）和寡霉素（氧化磷酸化抑制剂）预处理后发现2-DG显着抑制IR-58的摄�。砻鱅R-58的摄取是糖酵解依赖性的，而寡霉素没有这种效果（图E，F）。当用磺基溴蛋白（BSp，OATp转运蛋白的竞争性抑制剂）预处理HT-29和HCT116细胞后，荧光值显着低于未处理的细胞，这表明IR-58的摄取是通过有机阴离子转运多肽（OATp）介导（图G，H）。
3. IR-58的作用机制研究
IR-58优先富集在结肠直肠癌（CRC）细胞和异种移植物的线粒体中，这是一种糖酵解依赖性和有机阴离子转运蛋白多肽依赖性的过程。 IR-58通过诱导过度自噬（其通过活性氧（ROS）-Akt-哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途径介导）杀死肿瘤细胞并诱导凋亡。 RNA测序，质谱和siRNA干扰研究表明线粒体内膜44（TIM44） - 超氧化物歧化酶2（SOD2）途径转位酶受抑制导致IR-58诱导过度的ROS，自噬和细胞凋亡。 TIM44表达与CRC发展和患者预后不良呈正相关。
图3 用10μM IR-58 对HT-29, HCT116 , A549 细胞处理24小时并设置空白对照，然后进行RNA测序与质谱分析，重叠基因的mRNA表达增加。
图4 拟建IR-58自噬诱导机制模型。 IR-58优先以有机阴离子转运多肽（OATp）依赖性和糖酵解依赖性方式富集在肿瘤细胞的线粒体中。 IR-58显着抑制线粒体膜内44（TIM44）转位酶表达，使得超氧化物歧化酶2（SOD2）进入线粒体的摄取量减少，导致过度的活性氧（ROS）产生与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的去磷酸化，引发自噬。 随后，触发内源性凋亡。 pARp，聚ADp-核糖聚合酶。
结论：开发了一种新型NIR小分子自噬增强子，IR-58，具有线粒体靶向成像和治疗能力，用于CRC治疗。此外，TIM44第一次被确定为潜在的致癌基因，其通过TIM44-SOD2-ROS-mTOR途径在自噬中起重要作用。
新发现：IR-58被确定为优先富集在肿瘤细胞和体内特定目标肿瘤部位线粒体中的一种新的肿瘤自噬诱导小分子染料。
它在可预见的未来如何影响临床实践？
IR-58可能代表一种新型自噬诱导杀肿瘤小分子增强剂，而TIM44-SOD2-ROS-mTOR通路可能是临床CRC治疗的潜在靶标。 这项工作还可能提供一个潜在的策略来开发多功能小分子试剂用于成像指导的CRC治疗，这可以增强肿瘤靶向的特异性和减少离体靶组织中的潜在副作用，以及使实时监测肿瘤对治疗的反应。
原文：Huang Y, Zhou J, Luo S, et al. Identification of a fluorescent small-molecule enhancer for therapeutic autophagy in colorectal cancer by targeting mitochondrial protein translocase TIM44[J]. Gut, 2016: gutjnl-2016-311909.
本研究中所用到的RNA Sequencing由锐博生物提供，所涉及到的动物实验以及siRNA锐博生物均有提供。
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