头花千金藤碱通过调控FBXL4-BNIP3轴诱导线粒体自噬驱动铁死亡以发挥强效抗肺癌作用

《Free Radical Biology and Medicine》：Cepharanthine-induced mitophagy through regulation of FBXL4-BNIP3 drives ferroptosis leading to robust anti-lung cancer efficacy

本研究揭示了天然生物碱头花千金藤碱（Cep）通过直接靶向FBXL4，稳定BNIP3蛋白，进而激活线粒体自噬（mitophagy），促进线粒体铁释放，最终触发铁死亡（ferroptosis）的抗肺癌新机制。该发现阐明了Cep诱导的线粒体自噬与铁死亡之间的因果关系，为肺癌治疗提供了新的靶点和理论依据。

　　

Highlight

Cepharanthine (Cep) induces mitophagy and ferroptosis in lung cancer cells.

Cep directly binds to and inhibits FBXL4, leading to BNIP3 stabilization.

BNIP3-mediated mitophagy promotes mitochondrial iron release and ferroptosis.

The FBXL4-BNIP3 axis is a promising therapeutic target for lung cancer.

Section snippets

Background

天然产物在整个科学研究史上一直是新药发现的丰富来源。从天然植物中分离和鉴定生物活性物质，并探索其治疗各种疾病的药理作用具有重要意义，尤其是在近年来的癌症化疗领域。头花千金藤碱（Cep）是一种从防己科植物头花千金藤中提取的生物碱，已显示出强大的抗癌活性。

Reagents

Cep (481-49-2, Macklin, Shanghai, China, 98% 纯度)。顺铂 (HY-17394, MCE, USA)。CCK-8试剂 (BMU106, Abbkine, Wuhan, China)。Annexin-V/PI试剂盒 (CM001, CHAMOT BIOTECHNOLOGY, Shanghai, China)。3-甲基腺嘌呤 (HY-19312, MCE, USA)。Ferrostatin-1 (T6500, TargetMol, USA)。N-乙酰半胱氨酸 (ST1546, Beyotime)。4-苯基丁酸 (HY-A0281, MCE, USA)。C11-BODIPY探针 (GC40165, Glpbio)。PGSK探针 (GC40243, Glpbio)。溶酶体追踪剂 (C1046, Beyotime)。线粒体追踪剂 (40742ES50, Yeasen Biotech)。

Cep demonstrated potent anti-tumor efficacy in both in vitro and in vivo settings

基于先前的研究，我们进一步在A549和Lewis细胞建立的3D肿瘤球模型中评估了Cep抗肺癌的有效性。通过CCK-8实验筛选了有效的Cep浓度（如图S1所示），并据此使用了0.5、2.5和5μM三种不同浓度进行后续实验，这些浓度涵盖了Lewis细胞中计算得出的IC₅₀值（4.167 μM）。不出所料，Cep处理导致了...

Discussion

本研究揭示了一个Cep诱导线粒体自噬并介导抗癌疗效的新靶点：Cep与FBXL4的结合导致BNIP3的泛素化降解减少，这进一步激活了线粒体自噬，从而促进了肺癌细胞中的铁离子积累和铁死亡（图11）。

线粒体自噬的启动方式有多种，传统观点认为PINK1在线粒体膜上的磷酸化-泛素化是启动线粒体自噬的主要方式...

Conclusion

总而言之，我们的研究结果阐明了Cep抗肺癌活性的内在机制：它直接靶向FBXL4，从而稳定BNIP3以激活线粒体自噬，进而促进线粒体铁释放并最终触发铁死亡。这项工作为Cep的应用提供了机制基础，并强调了FBXL4-BNIP3-线粒体自噬-铁死亡轴作为肺癌治疗的一个有前景的途径（图11）。