靶向VDAC1相互作用蛋白结合位点：新型多肽诱导癌细胞凋亡与多效调控机制研究

本研究针对线粒体电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）与多种蛋白相互作用的精确调控机制尚未阐明的关键问题，通过构建包含19种VDAC1相互作用蛋白的肽阵列技术，首次系统绘制了VDAC1结合位点图谱。研究发现GAPDH、gelsolin和actin来源的细胞穿透肽能特异性结合VDAC1，显著诱导癌细胞凋亡，并上调p53/c-Jun转录因子表达，促进VDAC1过表达和寡聚化。该研究为靶向VDAC1蛋白相互作用网络的癌症治疗提供了新策略。

　　

在细胞生命活动的精密调控网络中，线粒体扮演着能量工厂和命运决策者的双重角色。其中，电压依赖性阴离子通道1（voltage-dependent anion channel 1, VDAC1）作为线粒体外膜的核心通道蛋白，不仅调控代谢物运输和能量代谢，更是细胞凋亡的关键调控者。然而，VDAC1与100多种蛋白质相互作用的分子机制始终是未解之谜，特别是这些相互作用如何精确调控细胞生死决策，成为线粒体研究领域的焦点问题。

为了破解这一科学难题，Manikandan Santhanam等研究者在《Apoptosis》杂志发表了创新性研究。他们通过设计包含768个肽段的蛋白阵列，系统绘制了19种VDAC1相互作用蛋白的结合位点图谱，并重点解析了GAPDH、gelsolin和actin三种关键蛋白与VDAC1的相互作用机制。研究发现这些相互作用位点衍生的细胞穿透肽不仅能直接结合VDAC1，还能引发细胞内一系列连锁反应：诱导凋亡、升高钙离子水平、促进活性氧产生，并通过上调p53和c-Jun转录因子导致VDAC1过表达和寡聚化。这些发现为靶向VDAC1相互作用网络的癌症治疗提供了全新思路。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先利用肽阵列技术筛选VDAC1相互作用位点；通过微尺度热泳动技术（MST）验证肽段与VDAC1的直接结合；使用细胞穿透肽技术将靶向肽段递送至特定细胞区室；采用流式细胞术检测细胞凋亡、钙离子和活性氧水平；通过免疫印迹和免疫荧光分析蛋白表达与寡聚化；结合实时定量PCR分析基因表达变化。

Identification of VDAC1 interaction sites using a peptide array composed of peptides derived from VDAC1-interacting proteins

研究团队设计了包含19种VDAC1相互作用蛋白的768个重叠肽段的阵列，通过两种抗VDAC1抗体（N端和内部序列抗体）检测结合位点。结果鉴定出125个相互作用肽段，其中74个仅被N端抗体识别，15个仅被内部序列抗体识别，36个被两种抗体共同识别。研究发现不同蛋白具有不同数量的结合位点，且这些位点均位于蛋白表面可及区域。通过MST技术验证了GAPDH-2D1、gelsolin-2G8和actin-1F6/1E13等肽段与VDAC1的直接结合，结合常数在3-8μM范围内。

Cell penetrating peptides derived from VDAC1-interacting proteins: effects on cell viability and induction of cell death

将鉴定的VDAC1结合序列设计为细胞穿透肽（CPP），分别靶向细胞质、线粒体和细胞核。研究发现GAPDH来源的肽段在靶向细胞质时显著降低细胞活力（IC₅₀=12μM）并诱导凋亡，而靶向细胞核时效果明显减弱。gelsolin来源的肽段活性依赖于靶向序列的位置，C端融合比N端融合更有效。actin来源的肽段则不受靶向序列位置影响，均能有效诱导细胞死亡（IC₅₀=8μM）。

GAPDH-2D1-derived peptide induces apoptosis via upregulation of p53 and VDAC1 expression

GAPDH来源肽段诱导凋亡的同时，显著提高细胞内Ca²⁺和ROS水平。值得注意的是，该肽段不影响GAPDH酶活性，表明其作用独立于糖酵解功能。机制研究发现肽段处理显著上调VDAC1蛋白表达（而非线粒体生物合成标志物柠檬酸合酶），同时增加p53和磷酸化c-Jun水平。基因表达分析显示VDAC1和p53 mRNA水平升高，且VDAC1寡聚化明显增强。在p53缺失的PC-3细胞中，肽段仍能通过c-Jun途径诱导VDAC1过表达和细胞死亡。

Cytoskeletal actin-and gelsolin-derived peptides modulate VDAC1 expression, increase filopodia, and enhance focal adhesion

gelsolin来源肽段处理增加细胞内Ca²⁺和ROS水平，上调VDAC1、p53和磷酸化c-Jun表达，促进VDAC1寡聚化。细胞形态学分析显示肽段处理增加丝状伪足形成，引起细胞双核化现象，并显著降低粘着斑蛋白vinculin表达。伤口愈合实验证实肽段处理抑制PC-3细胞迁移能力，20μM和30μM浓度下伤口闭合率分别降至53%和18%。

actin来源肽段同样诱导凋亡，升高Ca²⁺和ROS水平，上调VDAC1、p53和磷酸化c-Jun表达，促进VDAC1寡聚化。值得注意的是，这些肽段降低actin、gelsolin和tubulin蛋白表达水平，影响细胞骨架网络完整性。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次系统绘制了VDAC1与19种相互作用蛋白的结合位点图谱，揭示了VDAC1作为细胞功能调控枢纽的分子基础。针对GAPDH、gelsolin和actin三种关键蛋白开发的细胞穿透肽，通过破坏VDAC1与这些蛋白的相互作用，引发多效性细胞效应：诱导凋亡、调控基因表达、改变细胞骨架动力学和抑制细胞迁移。

这些发现具有重要的转化医学价值：首先，针对VDAC1相互作用网络的肽段干预策略为癌症治疗提供了新途径，特别是能够规避传统GAPDH抑制剂对糖酵解功能的严重影响；其次，actin和gelsolin来源肽段对细胞迁移的抑制作用为抗肿瘤转移治疗提供了新思路；最后，研究揭示的转录调控机制（p53/c-Jun-VDAC1轴）为理解VDAC1过表达在病理条件下的作用提供了新视角。

该研究的创新性在于将蛋白质相互作用研究从"是否相互作用"推进到"何处相互作用"的层面，并通过功能肽段验证了靶向这些相互作用位点的治疗潜力。未来研究可进一步拓展到其他VDAC1相互作用蛋白，全面解析VDAC1网络在生理病理过程中的调控机制，为开发精准靶向线粒体的创新药物奠定基础。