靶向线粒体膜电位调控系统：白血病治疗的新策略——基于心磷脂介导的基线翻译与天冬酰胺驱动的异质性调控

《Cell Reports》：A generalized strategy to kill leukemic cells by targeting the regulatory systems governing mitochondrial membrane potential

本研究针对白血病治疗中选择性靶向线粒体的挑战，揭示了线粒体膜电位(MMP)升高是白血病发生和化疗耐药的关键标志。研究人员通过筛选发现Alexidine(AD)能通过结合不饱和心磷脂破坏线粒体翻译，有效清除白血病细胞；同时发现天冬酰胺(Asn)通过调控线粒体翻译驱动MMP异质性，与干性和化疗敏感性相关。该研究提出了联合靶向心磷脂稳态和天冬酰胺代谢的双重策略，为克服白血病耐药提供了新思路。

　　

在白血病治疗领域，尽管靶向线粒体已成为一种有前景的策略，但实现选择性线粒体破坏仍面临巨大挑战。急性髓系白血病(AML)患者中，30%-40%对现有疗法存在原发性耐药，且复发率高，这主要归因于白血病干细胞(LSCs)的持久性和线粒体功能的异质性。传统化疗药物如阿糖胞苷(Ara-C)虽能诱导DNA损伤和细胞凋亡，但往往无法根除LSCs，导致疾病复发。因此，揭示白血病细胞中线粒体的特异性脆弱性，并开发相应的靶向策略，成为当前研究的重点。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，Ting Liu、Ji-Hao Zhou、Yongbo Gong等作者及其团队发现，线粒体膜电位(MMP)在白血病转化和化疗耐药细胞中显著升高，提示MMP可能是一个潜在的治疗靶点。通过筛选386种抗生素库，研究人员鉴定出Alexidine(AD)作为一种强效的MMP耗竭剂，能够特异性清除白血病细胞，同时对正常造血干细胞(HSCs)毒性较低。机制上，AD通过结合不饱和心磷脂(特别是C18:1)，破坏线粒体核糖体在内膜上的定位，从而抑制心磷脂依赖的线粒体翻译。进一步研究发现，白血病细胞群体内存在MMP异质性，其中MMP-high细胞具有更高的线粒体翻译活性和化疗耐药性，而MMP-low细胞则表现出更强的干性和体内重建能力。这种异质性并非由心磷脂介导，而是由天冬酰胺(Asn)的可用性驱动——天冬酰胺酶(ASNase)通过耗竭Asn，能够有效降低MMP并增强化疗敏感性。该研究不仅阐明了MMP调控的双重机制（心磷脂维持的基线稳态和天冬酰胺驱动的适应性变化），还提出了联合靶向策略，为克服白血病耐药提供了新途径。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用流式细胞术检测MMP（TMRM染色）和心磷脂含量（NAO染色）；通过O-炔丙基-嘌呤霉素(OP-puro)标记结合环己酰亚胺(CHX)处理特异性分析线粒体翻译速率；建立多种白血病模型（包括BN、MN、NN等基因工程小鼠模型和MOLM-13细胞系衍生异种移植模型）进行体内外功能验证；采用代谢组学(MTBLS12596)比较MMP-low/MMP-high细胞的代谢谱；通过分子动力学模拟分析AD与心磷脂的相互作用；利用BeatAML2.0队列进行临床相关性分析；使用原代AML患者样本（来源自深圳人民医院等中心）进行异种移植(PDX)实验验证治疗反应。

Alexidine是强效MMP耗竭剂

研究发现，与正常造血干细胞(HSCs)相比，白血病干细胞(LSCs)的MMP水平显著升高，且化疗存活细胞也呈现MMP瞬时上调。通过筛选，AD在多种白血病细胞系、原代AML细胞和小鼠模型中均表现出强效MMP降低作用。值得注意的是，AD的活性并非通过直接抑制电子传递链(ETC)或诱导线粒体外膜透化(MOMP)实现，而是通过破坏心磷脂介导的线粒体翻译。

AD通过选择性结合不饱和心磷脂抑制线粒体翻译

机制研究表明，AD与不饱和心磷脂（如C18:1）特异性结合，竞争性取代荧光尸胺(FC)，并诱导心磷脂聚集。这种结合破坏了ETC超复合物的组装，导致线粒体编码蛋白(MEPs)合成减少，进而引起MMP崩溃和氧消耗速率(OCR)下降。与已知的线粒体翻译抑制剂替加环素相比，AD具有更强的效力和独特的机制（不诱导ROS升高）。

MMP状态反映线粒体翻译活性的功能层次

流式分选显示，MMP-high细胞具有更高的线粒体翻译活性、OCR和细胞周期进程，但体内重建能力较弱；而MMP-low细胞虽代谢活性较低，却表现出更强的干性和化疗耐药性。这种异质性与心磷脂含量无关，而是由天冬酰胺等代谢物驱动。

天冬酰胺通过线粒体翻译调控MMP状态

代谢组学分析发现，天冬酰胺(Asn)在MMP-high细胞中显著富集。Asn剥夺或天冬酰胺酶(ASNase)处理可降低MMP和OCR，并抑制线粒体翻译，但对全局蛋白合成影响较小。机制上，MEPs富含Asn残基，且线粒体缺乏天冬酰胺合成酶，使得线粒体翻译对Asn可用性特别敏感。NARS2（线粒体天冬酰胺-tRNA合成酶）敲低证实了其在维持MMP中的关键作用。

靶向MMP调控系统的治疗意义

在临床前模型中，AD单药或与化疗联用可显著降低白血病负荷和LSCs频率，延长生存期；ASNase与化疗联用也显示出协同作用。BeatAML队列分析进一步验证，线粒体编码基因高表达与患者预后不良相关，支持靶向线粒体翻译的临床转化价值。

本研究系统阐明了MMP在白血病中的核心调控机制：心磷脂维持的基线翻译是MMP稳态的基础，而天冬酰胺驱动的翻译活性则决定了细胞间的MMP异质性。这两种机制共同构成了白血病细胞的代谢脆弱性——一方面，AD通过破坏心磷脂功能可广泛清除白血病细胞；另一方面，ASNase通过耗竭Asn可消除MMP-high细胞的耐药性。这种双重靶向策略不仅克服了传统化疗的局限性，还为个体化治疗提供了代谢生物标志物（如MMP状态和线粒体编码基因表达谱）。值得注意的是，该研究揭示了线粒体营养感知的新层面（尤其是天冬酰胺的线粒体特异性依赖），为理解代谢适应与细胞命运决定的联系提供了新视角。未来研究可进一步探索MMP调控的时空动力学，以及与其他代谢途径（如氨基酸转运和能量应激应答）的交互作用，从而优化联合治疗策略。