Nature：靶向线粒体DNA，切断癌细胞能量供应

线粒体（mitochondrion），是细胞的“能量工厂”，相当于细胞内的“发电厂”，线粒体内有一套独立于细胞核的遗传物质——线粒体DNA（mtDNA），人类线粒体DNA的长度为16569bp，拥有37个基因，编码13种蛋白，这些蛋白都参与细胞的能量代谢。

在人类衰老和一系列疾病（如先天性代谢疾病、神经变性，以及癌症等）中，都涉及线粒体DNA（mtDNA）的表达改变，而线粒体DNA（mtDNA）的突变更是会直接导致数十种严重的遗传疾病。


2020年12月，德国马普所和瑞典哥德堡大学的研究团队合作，在 Nature 杂志发表了题为：Small-molecule inhibitors of human mitochondrial DNA transcription 的研究论文。

研究团队设计了一种可特异性靶向线粒体DNA（mtDNA）的口服抑制剂，小鼠实验表明，该抑制剂具有强烈的抗肿瘤作用，在不影响健康细胞的情况下减缓肿瘤生长。实验数据表明，该抑制剂作为First in Class创新抗癌药物，具有很大的研究价值。


癌细胞不仅需要通过线粒体来获取能量，而且还需要线粒体来支持其野蛮分裂繁殖所需的多种构造。

之前靶向线粒体的癌症治疗尝试，往往会导致严重的副作用，因为线粒体也在维持正常细胞功能中发挥关键作用。

由于癌细胞处于不受控制的疯狂分裂之中，因此，癌细胞必须不断复制创造出新的线粒体。

之前的研究发现，快速分裂的细胞（例如癌细胞）非常依赖线粒体DNA（mtDNA）形成新的功能性线粒体，因此，研究团队不再直接靶向细胞内已存在的线粒体，而是选择靶向线粒体DNA的转录，这一转录过程对于形成新的线粒体和产生能量至关重要。

研究团队使用了高通量重组体外转录测定系统来鉴定抑制线粒体转录的化合物，发现并改良了一种名为IMT1B（LDC203974）的小分子抑制剂，能够特异性靶向人类线粒体RNA聚合酶（POLRMT），从而抑制线粒体转录（IMT）。

研究团队在各种癌细胞系中进行了测试，发现该抑制剂能够导致其中约三分之一的细胞活力大幅下降，而且该小分子抑制剂对人外周血单核细胞或人肝细胞没有毒性。

IMT1B（LDC203974）的分子结构

研究团队进一步分析，揭示了该抑制剂导致细胞能量危机的机制，发现抑制剂靶向线粒体DNA转录后，会显著降低了线粒体中ATP的产生，而ATP是细胞直接的的能量来源。

体外实验效果显著，为了进一步验证该抑制剂的效果，研究团队在卵巢癌和直肠癌小鼠模型中进行了实验。


实验结果表明，经过治疗的小鼠模型的肿瘤体积明显减少，此外，每天一次的口服药物治疗，连续治疗四周后，没有出现肝脏或肾脏毒性，贫血或其他严重副作用的迹象。


总的来说，这项研究表明，靶向线粒体DNA（mtDNA）是可行的癌症治疗策略，证明了这种新颖的癌症治疗方法可在动物模型中起显著作用，研究团队表示将进一步开发抑制剂以用于治疗人类癌症。

论文链接：
http://www.nature.com/articles/s41586-020-03048-z

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