结直肠癌标志基因鉴定与甲氟喹通过线粒体氧化磷酸化抑制诱导铁死亡的重定位治疗研究

《BMC Cancer》：Integrated bioinformatics and experimental validation identifies the antimalarial drug mefloquine as a ferroptosis inducer in colorectal cancer via mitochondrial damage and oxidative stress-mediated lipid peroxidation

　　

摘要

背景

结直肠癌（CRC）是全球第三大最常见恶性肿瘤，也是第二大癌症死亡原因。尽管多模态治疗已取得进展，但有效的诊断生物标志物和治疗药物仍然有限。本研究旨在鉴定与结直肠癌相关的标志基因并筛选候选可重定位药物。

方法

整合四个GEO芯片数据集和TCGA RNA测序数据（382个结直肠癌样本），采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）、支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）、Cox比例风险回归和Lasso回归，鉴定与发病、发展和预后相关的标志基因。通过连接图谱（CMap）分析提名候选药物，并进行体外（CCK-8、流式细胞术、Transwell、划痕修复实验）和体内（HT29异种移植模型）功能验证。通过转录组分析、Seahorse代谢通量分析、Western印迹、免疫荧光和透射电镜阐明其潜在机制。

结果

共鉴定出20个结直肠癌标志基因（8个发病相关、11个发展相关、6个预后相关）。CMap分析提名了10种可重定位药物，其中甲氟喹显示出最强且最广谱的抗增殖活性（在所有7个受试结直肠癌细胞系中IC50 < 10 μM）。体内实验中，口服甲氟喹50 mg/kg使异种移植肿瘤重量减少54.5%（p < 0.01），且无明显毒性。机制上，甲氟喹抑制线粒体氧化磷酸化（基础氧消耗率降低67%，ATP减少72%），诱导线粒体ROS积累（从22.9%增至47.4%），耗竭谷胱甘肽，升高脂质过氧化（4-HNE和MDA约升高2倍），并增加胞内铁含量（约3倍），最终导致铁死亡。

结论

本研究结果表明，甲氟喹通过线粒体功能障碍和氧化应激介导的脂质过氧化，在结直肠癌中成为一种强效铁死亡诱导剂，支持其作为结直肠癌新型治疗药物的重定位应用。