VDAC1抑制剂DIDS诱导线粒体超融合并解偶联氧化磷酸化的机制研究

本研究探讨了VDAC1抑制剂DIDS在细胞线粒体功能调控中的作用。研究人员通过体外实验和计算模拟发现，DIDS结合VDAC1内部位点，解偶联氧化磷酸化（OXPHOS），诱导线粒体超融合，并抑制DRP1线粒体招募。该研究为靶向VDAC1的代谢干预提供了新视角，对癌症及代谢疾病治疗具有潜在意义。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，其功能异常与多种疾病密切相关。电压依赖性阴离子通道1（Voltage-Dependent Anion Channel 1, VDAC1）是线粒体外膜的主要孔道蛋白，负责调控离子、代谢物和核苷酸的运输，并参与细胞凋亡过程。尽管VDAC1在代谢重编程和肿瘤发生中的作用已被广泛关注，但其如何精确调控线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）的机制仍不明确。此外，靶向VDAC1的小分子抑制剂如DIDS（4,4′-二异硫氰基二苯乙烯-2,2′-二磺酸）虽已知可抑制VDAC1寡聚化，但其对线粒体能量代谢和动态结构的直接影响尚未系统研究。

为解决上述问题，来自印度加尔各答大学生物化学系的Surajit Das、Arpita Dutta、Minakshi Bedi、Arumay Pal、Shubhra Majumder和Alok Ghosh团队在《Basic and Applied Ecology》上发表了一项深入研究。他们通过多层次的实验和计算生物学方法，系统探讨了DIDS对VDAC1的抑制作用及其对线粒体功能的影响。

研究团队运用了细胞活力检测（MTT法）、线粒体呼吸测定（Clark电极氧耗系统）、免疫印迹（Western Blot）、免疫荧光染色、流式细胞术（TMRE染色）、活性氧（ROS）检测、ATP释放测定以及分子对接（AutoDock Vina和AlphaFold3）等关键技术。实验中使用了人骨肉瘤U2OS细胞和小鼠NIH-3T3成纤维细胞，并从小鼠肝脏、肌肉和肉瘤组织中分离了线粒体进行体外呼吸测量。

3.1. DIDS对细胞存活率的影响

研究人员通过MTT实验发现，D处理24小时后，U2OS和NIH-3T3细胞的IC₅₀分别为508 μM和580 μM，短期（2小时）处理则对细胞活力影响较小。这表明DIDS在较高浓度下具有细胞毒性，但其效应具有时间依赖性。

3.2. DIDS解偶联线粒体OXPHOS并抑制ATP合成

利用Oxytherm系统测量细胞氧耗速率（OCR），研究发现DIDS（500 μM）与常规解偶联剂CCCP类似，能够显著增加OCR，表明其破坏了OXPHOS耦合机制。ATP测定进一步证实，DIDS处理2小时和24小时后，细胞ATP水平分别下降5%和30%，说明DIDS通过解偶联作用抑制了能量合成。

3.3. DIDS短期处理降低VDAC1蛋白水平

Western Blot分析显示，2小时DIDS处理使VDAC1蛋白表达降低约35%，但复杂I（NDUFB8）和复杂V（ATP5B）亚基水平未受影响。24小时处理后，VDAC1水平恢复，说明DIDS对VDAC1的调控是短暂且可逆的。

3.4. DIDS诱导线粒体膜电位去极化而不增加ROS

通过MitoTracker Red和TMRE染色，团队发现DIDS剂量依赖性地降低线粒体膜电位，效果与CCCP相当。然而，与CCCP不同，DIDS并未显著增加细胞内ROS水平，说明其解偶联机制可能独立于氧化应激。

3.5. DIDS解偶联分离线粒体的呼吸作用

在从小鼠肝脏、肌肉和肉瘤组织分离的线粒体中，DIDS同样增加了OCR，尤其在肿瘤线粒体中效果更为显著。这表明DIDS的解偶联作用具有组织特异性，可能与肿瘤线粒体的代谢特性有关。

3.6. DIDS促进线粒体超融合并抑制DRP1招募

免疫荧光和图像分析显示，DIDS处理后的细胞线粒体呈现超融合形态，分支长度和面积增加。同时，DRP1（动力相关蛋白1）与线粒体的共定位减少，表明DIDS抑制了线粒体分裂。与之相反，CCCP处理则导致线粒体碎片化。

3.7. DIDS与VDAC1N端结构域结合

分子对接结果表明，DIDS结合于VDAC1β桶结构的内部口袋，与N端螺旋区的Arg15、Phe18等残基发生相互作用。这一结合模式可能干扰VDAC1的通道功能和寡聚化过程，从而影响线粒体代谢。

讨论与结论

本研究首次系统阐述了DIDS作为VDAC1抑制剂，通过结合其内部位点，解偶联OXPHOS，诱导线粒体超融合，并抑制DRP1介导的分裂过程。这些发现不仅揭示了VDAC1在调控线粒体能量代谢和动态平衡中的核心作用，还为开发靶向VDAC1的代谢治疗策略提供了理论依据。尤其在肿瘤代谢研究中，DIDS可能通过重塑线粒体功能影响癌细胞生存，具有潜在的治疗应用价值。未来研究可进一步探索DIDS类似物及其在疾病模型中的效果，以推动相关药物研发。