天然化合物新卡嗪A通过靶向网状蛋白4诱导内质网应激与线粒体功能障碍促凋亡的机制研究

本研究揭示了天然化合物新卡嗪A（NCA）通过靶向内质网定位蛋白网状蛋白4（Rtn4），触发内质网应激（ER stress）和线粒体功能障碍，进而激活caspase级联反应诱导癌细胞凋亡的创新机制。研究人员结合蛋白质组学ABPP技术、高分辨率呼吸测定及亚细胞分馏等多项技术，首次发现NCA可干扰ER-线粒体钙稳态，导致ATP合成障碍和ROS爆发，为开发靶向Rtn4的抗癌药物提供了新策略。

　　

研究背景与意义
在癌症治疗领域，开发能够同时靶向多细胞器的新型抗癌药物是突破耐药性瓶颈的关键策略。内质网（ER）与线粒体的接触位点（ERMCSs）作为细胞内的"通信枢纽"，调控着钙离子转运、脂质代谢和凋亡信号传导等重要生理过程。然而，目前针对这一动态结构的特异性小分子调节剂仍属空白。天然化合物因其进化优化的靶向特性，成为探索这类复杂靶点的理想工具。新卡嗪A（neocarzilin A, NCA）作为一种源自链霉菌的氯代聚烯酮化合物，前期研究已发现其可通过靶向BST-2和VAT-1蛋白发挥抗癌作用，但其对细胞器互作的调控机制仍不明确。

研究方法与技术
德国慕尼黑大学等机构的研究团队采用多学科技术手段系统解析NCA的作用机制：通过活性探针NC-4的蛋白质组学分析（ABPP）筛选潜在靶点；利用高分辨率呼吸测定仪（Oroboros O₂
k）评估线粒体电子传递链功能；结合亚细胞分馏和免疫印迹技术追踪细胞器特异性蛋白分布；采用JC-1和MitoSOX荧光探针动态监测线粒体膜电位（ΔΨ_m
）和活性氧（ROS）水平；通过分子对接模拟预测NCA与Rtn4蛋白的相互作用模式。

研究结果

1. 线粒体网络与超微结构改变
   NCA处理导致线粒体网络碎片化，表现为分支长度减少50%（p<0.01）和OPA1蛋白剪切体比例升高2.3倍。电镜观察显示线粒体基质密度降低、嵴结构紊乱，伴随直径增大30%（p<0.001）。

   

2. 线粒体功能紊乱
   NCA使线粒体膜电位下降70%（与CCCP相当），同时诱发钙超载（Rhod2荧光强度增加3.1倍）和ROS爆发（MitoSOX信号超过抗霉素A对照组）。高分辨率呼吸测定显示复合体I（CI）活性降低48%（p<0.01），ATP产量减少65%。

3. 内质网应激激活
   NCA诱导显著的ER空泡化（电镜可见核膜出芽现象），伴随BiP蛋白从ER向胞质转位。PERK-eIF2α-ATF4通路激活使CHOP mRNA水平升高4.2倍（p<0.001），表明未折叠蛋白反应（UPR）持续激活。

   

4. 凋亡通路激活
   caspase-8介导的Bid剪切促进细胞色素c释放，激活caspase-9/3级联反应，最终导致PARP切割和DNA片段化（亚G1期细胞增加5.8倍）。

5. 靶点验证
   ABPP数据显示Rtn4（Nogo）是NC-4探针的顶级结合靶点（富集倍数>15）。共定位分析显示探针与Rtn4的Pearson系数达0.56，且Rtn4敲除使细胞对NCA敏感性降低60%。分子对接揭示NCA与Nogo-66结构域的Thr61形成氢键（结合能-5.5 kcal/mol）。

结论与展望
该研究首次阐明NCA通过靶向Rtn4破坏ER-线粒体互作的新机制：① Rtn4构象改变导致ER膜拓扑结构异常，引发钙泄漏；② 线粒体钙超载诱导线粒体通透性转换孔（mPTP）开放，通过"双器官衰竭"模式增强凋亡信号；③ 规避了传统抗癌药的单一靶点耐药性。这项发表于《Cell Death Discovery》的成果不仅为ER-线粒体接触位点的药理调控提供了首个化学工具，更为开发靶向Rtn4的多模式抗癌药物开辟了新途径。未来研究可进一步解析Rtn4家族各亚型的选择性调控策略，并优化NCA衍生物的药代动力学特性。