在人类与癌症的漫长斗争中，科学家们不断探索新的武器。近年来，一个有趣的领域逐渐进入视野：我们体内的微生物，特别是与肿瘤共生的细菌，能否成为抗击癌症的盟友？越来越多的证据表明，细菌影响着癌症的稳态，但肿瘤相关微生物及其产物的作用仍 largely unexplored（很大程度上未被探索）。其中，线粒体作为细胞的“能量工厂”，因其在ATP生成、调控细胞增殖与死亡中的核心作用，已成为开发新型抗癌疗法的重要靶点。然而，传统的化疗药物通常通过靶向上游信号通路（如p53）间接影响线粒体功能，而这些通路在如晚期前列腺癌、卵巢癌等癌症中常常失活，导致现有疗法效果有限。因此，开发能够直接靶向癌细胞线粒体能量生产系统的新型治疗剂，成为了一个亟待解决的问题。
此前的研究发现，来自非光合细菌铜绿假单胞菌的蓝铜蛋白天青蛋白及其衍生肽p28，能通过p53依赖的机制抑制肿瘤生长，并已在临床试验中显示出初步疗效。这启发研究人员思考：自然界中其他细菌，特别是光合细菌，其独特的能量转换系统是否蕴藏着更强大的抗癌潜力？基于内共生理论，线粒体和叶绿体都起源于远古细菌，它们共享着对ATP依赖性能量生产至关重要的蛋白质。这意味着，这些细菌来源的蛋白质可能影响线粒体功能。带着这个大胆的设想，研究团队开启了一项创新探索，相关成果发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》上。
为了开展这项研究，研究人员综合运用了多种关键技术。首先，通过对人类原发性和转移性乳腺癌肿瘤样本进行细菌16S rRNA基因测序，分析了肿瘤微生物组，并聚焦于其中的光合细菌 Chloroflexia 门类。其次，基于从光合细菌 Chloroflexus aurantiacus 中发现的蓝铜蛋白 Auracyanin B 的结构与化学特征，通过生物信息学分析（包括系统发育树构建、疏水性/极性分析、多序列比对）设计合成了新型细胞穿膜肽 aurB。在机制研究层面，团队采用了免疫共沉淀联合质谱分析、表面等离子体共振技术鉴定aurB的线粒体结合靶点；通过透射电子显微镜、共聚焦显微镜和流式细胞术观察了肽的细胞内定位和线粒体膜电位变化；利用Seahorse细胞能量代谢分析仪实时检测了线粒体呼吸和糖酵解功能的变化。在临床前验证阶段，研究构建了皮下移植瘤和胫骨骨转移两种前列腺癌小鼠模型，通过活体成像、MRI、组织病理学分析和多重RNA表达谱检测，评估了aurB单药及与放疗联用的抗肿瘤效果、对转移的抑制能力及其分子机制。
研究结果
1. 新型光合细菌蓝铜蛋白衍生肽aurB的设计与鉴定
研究人员在人类肿瘤中检测到了光合细菌 Chloroflexia，其携带的蓝铜蛋白基因编码Auracyanin。基于Auracyanin B的结构，他们设计了一种由28个氨基酸组成、分子量为2721 Da的细胞穿膜肽aurB。序列和结构分析显示，虽然aurB与此前发现的p28肽在整体折叠上相似，但氨基酸序列保守性低，化学特性存在差异，提示其可能具有不同的生物学功能。
2. 诱导p53和AR非依赖性凋亡细胞死亡
体外实验表明，aurB能显著抑制多种组织学类型癌症细胞（包括乳腺癌、前列腺癌、结肠癌细胞）的活力，且这种抑制作用不依赖于p53的状态。尤其在前列腺癌细胞中，aurB对雄激素受体阴性、p53缺失的细胞系（如PC3、DU145）同样有效，而p28则对p53缺失的细胞无效。aurB通过激活caspase-3诱导细胞凋亡，并导致线粒体膜电位升高，表明其凋亡诱导作用依赖于caspase介导的线粒体通路。
3. aurB定位于线粒体并与ATP合成酶亚基ATP5C结合
细胞成像和流式分析证实，aurB能优先进入癌细胞并在其中定位于线粒体。透射电镜观察显示，与金纳米棒偶联的aurB进入细胞后位于线粒体内部。通过免疫共沉淀和质谱分析，研究人员发现aurB在癌细胞线粒体中的结合蛋白是线粒体ATP合成酶的γ亚基。表面等离子体共振实验进一步证实了aurB与ATP5C之间的特异性结合，其解离常数处于中等强度范围。
4. aurB通过阻断呼吸和糖酵解抑制线粒体ATP生成
鉴于aurB结合ATP5C，研究人员评估了其对能量代谢的影响。结果显示，aurB处理显著降低了前列腺癌细胞内的ATP水平和ATP合成酶活性。Seahorse能量代谢分析表明，aurB以浓度依赖的方式抑制了癌细胞的基础呼吸、最大呼吸能力、备用呼吸容量以及ATP生成速率。有趣的是，糖酵解过程（包括糖酵解能力、糖酵解储备）也同样受到aurB的抑制，表明癌细胞的两种主要供能途径均被阻断。这些效应在正常前列腺细胞中不明显，提示aurB对癌细胞能量代谢具有选择性抑制作用。
5. 在动物模型中抑制前列腺癌生长
在免疫缺陷小鼠的PC3细胞皮下移植瘤模型中，腹腔注射aurB显著抑制了肿瘤生长，效果优于阳性对照药紫杉醇，且未引起小鼠体重下降或行为异常。肿瘤组织分析显示，aurB治疗组中增殖细胞标志物Ki-67阳性细胞减少，而凋亡细胞（TUNEL阳性）和活化的caspase-3阳性细胞增多。在更接近临床转移情境的胫骨骨转移模型中，aurB单药治疗能显著抑制骨内肿瘤生长。更重要的是，aurB与放疗联合治疗产生了协同效应，几乎完全抑制了肿瘤生长，并显著减少了肺部转移灶的数量。
6. aurB通过HIF-1通路增强肿瘤放疗敏感性
为了阐明aurB增强放疗效果的分子机制，研究人员对肿瘤样本进行了多重RNA表达谱分析。KEGG通路富集分析显示，aurB单药或联合放疗处理组中，低氧诱导因子-1信号通路相关基因显著下调，而单独放疗组无此效应。具体而言，与HIF-1α调控相关的PI3K基因以及糖酵解关键基因葡萄糖转运蛋白-1的表达在aurB处理组中均下调。这表明，aurB通过抑制ATP生产，下调了HIF-1α通路，从而削弱了肿瘤的放疗抵抗性。
结论与讨论
本研究发现并表征了一种源自光合细菌蓝铜蛋白Auracyanin B的新型细胞穿膜肽aurB。该研究首次证明，源自光合细菌的电子传递蛋白衍生肽能够直接靶向并结合线粒体ATP合成酶的关键亚基ATP5C，进而从氧化磷酸化和糖酵解两条途径“断供”细胞能量，诱导caspase介导的凋亡，从而抑制多种癌症细胞生长，且其作用不依赖于关键的肿瘤抑制因子p53和雄激素受体。在临床前动物模型中，aurB不仅单药有效，更能与放疗协同，显著抑制侵袭性前列腺癌的原位生长和远处转移。
这项研究的意义在于开辟了一个全新的药物发现思路：将光合细菌等微生物的电子传递蛋白作为靶向癌细胞异常线粒体能量系统的创新肽类药物来源。p53是癌症中最常突变的基因，针对p53缺失或突变癌症的治疗选择有限，aurB的p53非依赖性作用机制为其提供了潜在解决方案。线粒体ATP合成酶在多种癌症（尤其是前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌）中高表达，与不良预后相关，使其成为有吸引力的治疗靶点。本研究证实，直接靶向该“能量引擎”可有效遏制肿瘤，并为克服与线粒体能量产生相关的放疗抵抗提供了新策略。
总之，该研究不仅报道了一个有前景的抗癌候选肽aurB，更从概念上验证了“向细菌借武器，直击癌细胞能量核心”的治疗新范式，为开发针对晚期、转移性及治疗抵抗性癌症的新型疗法奠定了重要基础。未来的研究可基于此概念，通过更大规模的筛选，寻找更多具有线粒体靶向潜力的细菌来源肽，并探索其在其他依赖高线粒体能量的癌症类型中的应用。
打赏
