姜黄素衍生物1,7-双(4-羟基苯基)-1,4,6-庚三烯-3-酮通过Drp1磷酸化调控线粒体分裂及肿瘤细胞凋亡的机制研究

本研究针对姜黄素类化合物在癌症治疗中作用机制不清的问题，聚焦从高良姜(Alpinia galanga)提取的两种新型姜黄素衍生物1,7-Bis(4-hydroxyphenyl)-1,4,6-heptatrien-3-one(F8)和bisdemethoxycurcumin(F9)，通过细胞模型和分子生物学技术揭示其通过调控线粒体分裂因子Drp1的Ser616/Ser637磷酸化平衡，诱导线粒体碎片化、降低膜电位(ΔΨm )和ROS水平，进而激活caspase依赖的凋亡通路。该研究为开发靶向线粒体动力学的新型抗癌药物提供了理论依据。

　　

在探索天然产物抗癌机制的热潮中，姜黄素(Curcumin)因其多靶点特性备受关注，但其低生物利用度成为临床转化的瓶颈。更棘手的是，不同结构衍生物对线粒体——这个细胞的"能量工厂"——的调控机制存在显著差异。线粒体通过持续的分裂(Fission)和融合(Fusion)维持动态平衡，其中动力相关蛋白1(Dynamin-related protein 1, Drp1)的磷酸化状态如同"分子开关"，Ser616位点磷酸化促进分裂而Ser637位点磷酸化抑制分裂。这种精细调控在癌细胞中常被破坏，但如何通过天然化合物精准调控该过程仍是未解之谜。

来自中国台湾地区的研究团队在《BBA Advances》发表的研究，首次揭示高良姜提取的1,7-双(4-羟基苯基)-1,4,6-庚三烯-3-酮(F8)比传统姜黄素更高效地通过"重编程"Drp1磷酸化状态诱导线粒体碎片化。研究人员采用U-2 OS骨肉瘤细胞和NIH/3T3胚胎成纤维细胞模型，结合Oxygraph-2k线粒体呼吸测定系统、TMRE膜电位检测、MitoSOX ROS分析等关键技术，发现F8能特异性增加Drp1 Ser616磷酸化并降低Ser637磷酸化，这种双重调控在bisdemethoxycurcumin(F9)中仅观察到后者。

3.1 姜黄素衍生物导致线粒体网络碎片化
通过Tom20免疫荧光标记，定量显示F8处理组86%细胞呈现点状碎片化线粒体，显著高于Curcumin组的56%。透射电镜进一步证实F8引发线粒体嵴结构破坏，这种效应可被Drp1抑制剂Mdivi-1部分逆转。

3.2 姜黄素衍生物减弱线粒体呼吸作用
高分辨率呼吸仪检测显示F8使U-2 OS细胞基础耗氧率(OCR)下降42%，ATP产量降低58%，而F9仅轻微影响。值得注意的是，凋亡抑制剂Z-VAD-FMK不能挽救F8导致的呼吸缺陷，暗示其线粒体毒性存在caspase非依赖途径。

3.3 对线粒体质量、ROS水平和膜电位的影响
流式细胞术检测发现F8处理使MitoTracker Green信号强度降低67%，TMRE荧光减弱81%，同时线粒体超氧化物(MitoSOX)减少53%。这种"三管齐下"的效应在正常NIH/3T3细胞中同样出现，但程度较轻。

3.4 诱导细胞色素c释放和凋亡
F8使21.67%的U-2 OS细胞进入早期凋亡(Annexin V⁺
/7-AAD^-
)，伴随胞浆中游离细胞色素c增加3.2倍。Western blot显示Bcl-2蛋白表达下调而p53上调，这种变化在PKA激活剂forskolin共处理后显著缓解。

3.5 Drp1介导的调控机制
siRNA沉默Drp1后，F8诱导的线粒体碎片化比例从85%降至64%。磷酸化特异性抗体检测揭示F8独特地使Drp1 Ser616磷酸化增加2.8倍，同时Ser637磷酸化降低72%，这种"双向调控"在其它衍生物中未见。

该研究首次阐明F8通过"双锁机制"调控Drp1：一方面解除PKA对Ser637的抑制性磷酸化，另一方面激活Ser616的促分裂磷酸化。这种特异性使F8成为靶向线粒体动力学的先导化合物，其强效促凋亡特性(比传统姜黄素高2.3倍)与良好的正常细胞耐受性形成鲜明对比。研究为克服姜黄素类化合物"广谱但低效"的困境提供了新思路——通过结构优化精准调控Drp1磷酸化网络，也为开发基于线粒体分裂-凋亡轴的新型抗癌药物奠定了理论基础。