有机酸通过pH调控对乳腺癌细胞(MDA-MB-231)的细胞毒性作用机制研究

本研究针对三阴性乳腺癌细胞(MDA-MB-231)特有的反向pH梯度特征(pHe~6.7-7.1/pHi>7.4)，系统评估了10种有机酸(含单/双/三羧酸)的细胞毒性效应。发现琥珀酸(SA)、富马酸(FA)、酒石酸(TA)和柠檬酸(CA)通过羧基(-COOH)数量依赖的pH调控机制显著抑制细胞活力，在2D/3D模型中均表现出形态学改变和生长抑制，为靶向肿瘤微环境pH的新型抗癌药物设计提供了理论依据。

　　

在恶性肿瘤的复杂生态系统中，pH梯度异常已成为显著特征。尤其对于全球女性发病率最高的乳腺癌，其癌细胞展现出独特的"反向pH"现象——与正常细胞相比，细胞外环境(pH_e)更酸(~6.7-7.1)，而细胞内(pH_i)却维持碱性(>7.4)。这种异常源于癌细胞特有的代谢重编程，包括NHE-1钠氢交换泵、H⁺-ATPase质子泵等转运体的过度激活，导致大量H⁺外排。更棘手的是，三阴性乳腺癌(TNBC)这类缺乏ER/PR/HER2受体的亚型，因治疗靶点缺失而预后极差。

面对这一挑战，Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学技术大学）的Sungmun Lee团队在《Bioorganic 》发表创新研究。研究人员另辟蹊径，选择10种结构各异的有机酸（从单羧酸的氨基己酸ACA到三羧酸的柠檬酸CA），系统探究其对MDA-MB-231细胞（TNBC典型模型）的pH调控效应。通过MTT法检测细胞活力，结合2D单层培养和3D肿瘤球模型，发现双羧酸(SA/FA/TA)和三羧酸(CA)展现出浓度依赖的细胞毒性，其效力与分子所含羧基(-COOH)数量呈正相关。这些酸不仅将培养基pH降至4.0-5.5范围，更显著破坏细胞形态、降低贴壁率，在3D模型中还能抑制肿瘤球形成。

关键技术包括：采用ATCC来源的MDA-MB-231细胞系进行标准化培养；通过MTT比色法量化细胞活力；建立3D肿瘤球模型模拟体内微环境；系统比较10种有机酸在不同浓度下的pH调节能力与细胞毒性关联性。

【研究结果】
• pH调控机制：证实有机酸 cytotoxicity 主要源于羧基解离产生的H⁺，双/三羧酸因多质子释放能力使pH降幅更大（SA/FA/TA处理组pH≈4.5，CA组达4.0），显著强于单羧酸(ACA/VA组pH>5.5)。
• 2D模型效应：SA/FA/TA/CA在24小时内即引起细胞皱缩、伪足消失，72小时存活率<30%，而单羧酸组存活率>70%。
• 3D模型验证：上述有效酸类可阻碍肿瘤球致密化，使直径缩小40%-60%，内部出现明显坏死区域。

这项研究首次系统揭示有机酸羧基数量与抗TNBC活性的构效关系，突破性地将传统pH调节剂开发为靶向肿瘤代谢弱点的治疗策略。特别是SA/FA等天然存在的代谢中间物，因其低毒性和高选择性，有望成为对抗TNBC的"质子炸弹"。未来研究可进一步探索这些酸类与现有化疗药的协同效应，或通过结构修饰增强其肿瘤靶向性，为攻克"无靶可打"的三阴性乳腺癌开辟新路径。