一种席夫碱铜(II)配合物通过铁死亡和自噬途径对三阴性乳腺癌的抗肿瘤活性

《Bioorganic Chemistry》：Antitumor activity of a Schiff base copper(II) complex against triple-negative breast cancer via ferroptosis and autophagy pathways

　　

摘要

三阴性乳腺癌（TNBC）是一种侵袭性亚型，缺乏有效的治疗靶点，且对传统化疗反应较差。由于其多靶点抗肿瘤活性，铜（II）配合物已成为有前景的抗 TNBC 药物。在此，我们报道了一种席夫碱铜（II）配合物，[Cu(o-van-gly)(bipy)]·MeOH（YH），它能强效抑制 TNBC 细胞的增殖和迁移并诱导细胞凋亡。机制上，YH 处理增加了活性氧（ROS）和细胞内铁水平，下调了 GPX4 和 SLC7A11，表明激活了铁死亡。YH 还提高了 LC3-II/LC3-I 比值和 Beclin-1 表达，同时减少 p62，证明了自噬的诱导。值得注意的是，Fer-1 和 3-MA 均显著挽救了 YH 诱导的细胞死亡，证实了这两条通路在 YH 细胞毒性中的功能需求。此外，抑制自噬部分减弱了铁死亡标志物，表明在此背景下自噬在上游促进铁死亡。体内实验使用同基因 4 T1-Luc 小鼠模型，YH 显著抑制肿瘤生长，且未观察到肝脏明显的组织病理学变化。组织学和免疫组织化学分析证实坏死、凋亡增加，以及与体外观察到的相同通路改变。总之，YH 通过同时激活铁死亡和自噬发挥强效的抗 TNBC 活性，其中自噬作为一种促铁死亡机制发挥作用。本研究提供了一种双通路靶向策略，并支持 YH 作为 TNBC 治疗的先导候选物。

引言

TNBC 是乳腺癌的一种独特亚型，约占所有乳腺癌病例的 10% 到 20%。它缺乏雌激素受体、孕激素受体和 HER2 表达。临床上，其特征是复发和转移率较高，导致预后不良 [1], [2], [3], [4], [5]。虽然免疫疗法联合化疗已应用于晚期 TNBC 的治疗，但这种方法仅限于 PD-L1 表达阳性的患者 [3], [4]。目前，化疗仍是主要的一线治疗方案。然而，由于缺乏有效的治疗靶点，经常产生原发性或获得性耐药 [6], [7]。因此，迫切需要探索有效的分子靶点并开发新药。

铁死亡是一种由细胞内铁积累和过量脂质 ROS 驱动的程式化细胞死亡形式 [8]。GPX4、SLC7A11 和 FSP1 等关键调节因子维持细胞内氧化还原平衡并防御铁死亡 [9], [10]。某些癌细胞，特别是那些具有高侵袭性或耐药性的癌细胞，严重依赖特定的抗氧化或脂质代谢通路，使其对铁死亡诱导高度敏感 [11], [12]。因此，触发铁死亡已成为克服耐药性和提高治疗效果的一种策略 [13], [14], [15], [16]。此外，自噬可以通过铁蛋白自噬选择性降解铁蛋白，释放游离铁，从而加剧铁死亡 [17], [18], [19]。

铜是一种必需微量元素，在肿瘤细胞代谢、增殖和血管生成中发挥关键作用 [20], [21], [22]。铜配合物因其优异的抗肿瘤活性和低体内毒性而备受关注 [23], [24], [25], [26]。虽然铜（II）配合物可以通过干扰铜稳态和诱导氧化应激来抑制肿瘤，但其机制不仅限于经典的凋亡 [27], [28], [29], [30], [31]。越来越多的证据表明，铜配合物可以深度参与并激活非凋亡细胞死亡过程，如铁死亡和自噬 [32], [33], [34], [35], [36]。这凸显了铜配合物作为多靶点药物通过同时调节多种细胞死亡通路来治疗 TNBC 的潜力。

我们此前报道了铜（II）配合物 YH 具有强效和选择性的抗肿瘤活性 [37]。在本研究中，我们系统研究了 YH 对乳腺癌的体外和体内抑制作用，重点阐述其涉及铁死亡和自噬的机制。使用药理学抑制剂，我们发现铁死亡和自噬都是 YH 诱导细胞死亡所功能必需的。更重要的是，我们的数据表明，在 YH 处理的 TNBC 细胞中，自噬在上游促进铁死亡。对于 TNBC 中的小分子铜配合物，这种层级关系很少被确立。我们的工作不仅将 YH 确定为 TNBC 治疗的一个有前途的先导化合物，还提供了机制证据，表明定义明确的铜（II）配合物可以利用自噬和铁死亡之间的串扰。这些发现支持进一步开发针对侵袭性乳腺癌的基于铜的制剂。

章节摘要

细胞培养

人乳腺癌细胞系 MDA-MB-231 和 MCF-7 以及正常肺上皮 BEAS-2B 细胞购自国家典型培养物保藏中心（中国）。细胞在含有 10% 胎牛血清（FBS, Servicebio）和 1% 青霉素 - 链霉素的 DMEM（Servicebio, 武汉，中国）中培养，置于 37 °C、5% CO₂ 培养箱（Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA）中。

细胞活力检测

对数生长期的细胞以每孔 1 × 10⁴ 个细胞接种到 96 孔板中。24 小时后，细胞被

YH 选择性抑制乳腺癌细胞增殖和迁移

基于先前确定的 YH 对 MDA-MB-231 和 MCF-7 细胞的 IC₅₀ 值（参考文献 [37]），我们选择了三种浓度（20、30 和 40 μM）用于后续测定，以评估其对正常 BEAS-2B 细胞的选择性并确保机制研究之间的一致性，我们首先评估了化合物 YH（结构见图 1A）对乳腺癌细胞的抑制效力，发现 YH 选择性抑制 MDA-MB-231 和 MCF-7 癌细胞的增殖

讨论

基于金属的药物是药物化学中发展迅速的领域。它们源于基于铂的药物，旨在实现更高的选择性、更强的效力以及克服毒性和耐药性的能力 [23], [39], [40], [41]。在本研究中，我们测试了铜配合物 YH 对抗 TNBC（一种临床上缺乏靶向药物的侵袭性亚型）。YH 显示出强效和选择性的抗 TNBC 活性。这种效应归因于多维作用，包括细胞骨架

结论

本研究证明铜（II）配合物 YH 在体外和体内均表现出强效和选择性的抗 TNBC 活性。机制上，YH 选择性抑制细胞增殖和迁移，诱导细胞凋亡并促进 NCOA4 介导的铁蛋白自噬。铁蛋白自噬释放铁离子，驱动脂质过氧化，并最终触发铁死亡。自噬和铁死亡之间的相互作用在克服 TNBC 耐药性中发挥关键作用。这些发现确立了 YH

CRediT 作者贡献声明

王焕南: 写作 - 初稿，方法论，形式分析，数据整理。 金世浩: 方法论，数据整理。 戴方旭: 形式分析，数据整理。 颜茂才: 写作 - 审查与编辑，软件。 李伟: 写作 - 初稿，方法论。 张久辉: 写作 - 审查与编辑。 王艳: 数据整理。 张子轩: 数据整理。 张震: 写作 - 审查与编辑，资金支持，形式分析，概念化。

伦理批准

本研究经济宁医学院伦理委员会批准（方案编号：JNMC-2023-DW-111）。

伦理声明

本研究按照 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究经济宁医学院伦理委员会批准。

资助

本研究得到 山东省自然科学基金（编号：ZR2022MC157）的资助。

竞争利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文中报道的工作。

王焕南 | 金世浩 | 戴方旭 | 颜茂才 | 李伟 | 张久辉 | 王艳 | 张子轩 | 张震

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