G-四联体（G-quadruplex）长期稳定化对人类细胞功能的影响：基因组稳定性、转录组重塑与线粒体自噬的全面解析

本研究针对G-四联体（G4）稳定剂作为抗癌药物的潜在风险，通过模拟临床治疗场景，首次系统评估了PhenDC3诱导的G4长期稳定对非癌细胞的基因组完整性、转录组动态及线粒体功能的影响。研究发现G4稳定虽不引发基因组突变，但会导致包括线粒体基因在内的持久转录改变，并特异性诱导线粒体自噬（mitophagy）。该成果为G4靶向药物的安全性评估提供了关键数据，发表于《Scientific Reports》。

　　

在生命科学的舞台上，DNA的“非主流”结构——G-四联体（G-quadruplex, G4）正成为抗癌药物研发的新宠。这种由鸟嘌呤富集序列折叠形成的特殊结构，像DNA链上打出的“中国结”，广泛存在于人类基因组的关键调控区域，尤其是约70%肿瘤中高表达的c-MYC等原癌基因启动子区。然而，当科学家们试图通过药物“冻结”这些G4结构来扼杀癌细胞时，一个关键问题悬而未决：这种“分子枷锁”对正常细胞会产生怎样的连锁反应？

匈牙利科学院生物研究中心的Nargis Karatayeva团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次模拟临床治疗场景，用G4稳定剂PhenDC3对p53缺陷的人视网膜色素上皮细胞（RPE-1 TP53^-/-
）进行周期性处理，通过全基因组测序（WGS）、转录组分析和线粒体自噬监测等技术，绘制了G4长期稳定的多维效应图谱。

关键技术方法
研究采用p53缺陷的RPE-1细胞系模拟长期药物暴露，通过15个周期的PhenDC3间歇处理（每2天交替给药）模拟临床方案。全基因组测序检测突变负荷和结构变异；RNA-seq分析转录组动态变化，结合G4序列定位工具pqsfinder解析调控机制；构建mt-KEIMA标记的HeLa细胞和转基因果蝇（Drosophila melanogaster）模型，定量评估线粒体自噬水平。

研究结果

G4稳定化不损害基因组完整性
全基因组数据分析显示，PhenDC3处理组与对照组的单核苷酸变异（SNV）频率无显著差异（图1A），突变谱以C>A转换为主（图1B），提示氧化损伤而非G4稳定是主要诱因。潜在G4位点附近的突变分布模式相似（图1D），且未检测到染色体大规模重排增加（图2），表明正常细胞能有效克服G4导致的复制叉停滞。

转录组的持久性重塑
周期性PhenDC3处理导致4612个基因表达失调（图3B），其中727个基因在48小时恢复期后仍未回归基线（图4A）。这些“不可逆”基因中，50%的上调基因与多种癌症的过表达基因重叠（图4D），且富集于核糖体生物合成等核心通路（图4F）。值得注意的是，原癌基因MYC持续激活，而KRAS仅部分恢复，揭示G4药物可能意外激活某些致癌程序。

线粒体危机与选择性自噬
线粒体基因组（mtDNA）编码的13个蛋白基因全部发生不可逆表达紊乱（图5A），其中ND5/ND6反义链转录本反常升高，提示G4稳定干扰了线粒体RNA降解机制。表型分析显示，PhenDC3在人类细胞和果蝇模型中均显著诱导线粒体自噬（图5B-E），但另一G4配体RHPS4无此效应，表明该副作用具有化合物特异性。

结论与意义
这项研究揭示了G4靶向治疗的“双刃剑”特性：虽然不会直接破坏基因组稳定性，但通过转录重编程和线粒体清除机制，可能引发远期健康风险。特别值得注意的是，不同G4配体（如PhenDC3与RHPS4）的生物学效应存在显著差异，提示药物设计需兼顾靶向性和安全性。研究者建议，未来G4稳定剂的开发必须包含线粒体自噬诱导潜能评估，并在动物模型中严格检验促癌风险。这些发现为抗癌药物的“脱靶效应”评估提供了新维度，也为理解G4结构的生理功能开辟了新视角。