研究背景

结直肠癌 (CRC) 是全球死亡的主要原因之一，常规疗法的疗效各不相同。醋酸是一种由人类肠道细菌产生的短链脂肪酸，在CRC中优先引发线粒体介导的凋亡，但在正常结肠细胞中则不然，这激发了人们对其用于CRC预防和治疗的兴趣。之前的研究发现，通过抑制溶酶体蛋白酶D (CatD)，醋酸诱导的CRC细胞线粒体介导的凋亡显著增强，这表明线粒体和溶酶体都参与了醋酸诱导的凋亡的调节。在此，作者试图确定线粒体功能是否影响CatD凋亡功能，这一研究结果为CatD功能的调控以及肿瘤异质性对醋酸和CatD抑制剂联合治疗结果的影响提供了新的线索。

研究过程与结果

先前有研究发现CatD在CRC中经常过表达，醋酸诱导的CRC细胞凋亡会因siRNA或PstA抑制CatD而增强，这与更高的线粒体功能障碍和增加的线粒体质量有关。在醋酸诱导的CRC细胞凋亡过程中，自噬受到抑制，这表明胞质CatD通过自噬的替代过程直接或间接地为受损线粒体的降解提供了条件。因此，作者提出CatD抑制剂可以增强醋酸介导的CRC细胞死亡。为了排除线粒体DNA耗竭的多效性效应，在本研究使用了寡霉素A，这是一种链霉菌特异性的大环内酯，能够破坏F₁F₀-ATP酶复合物的F₁和F₀亚基之间的偶联，阻止质子通过合成酶复合物传导，抑制线粒体ATP的氧化磷酸化合成。研究通过磺酰罗丹明B (SRB检测法) 评估了寡霉素A对RKO细胞 (一种人结肠癌细胞系) 的细胞增值的影响，通过流式细胞术对超氧阴离子、线粒体超氧化物进行了检测和线粒体质量分析。研究表明，CatD抑制增强醋酸盐诱导的细胞凋亡取决于寡霉素A敏感性呼吸。从机制上讲，增强作用与细胞和线粒体超氧阴离子积累和线粒体质量的增加有关。

图文导读

图1. 寡霉素A对CRC细胞增殖和线粒体呼吸的影响。将RKO细胞暴露于不同浓度的寡霉素A中48小时，新鲜培养基中生长的细胞作为阴性对照。(A) SRB检测法评估细胞增殖。(B)通过 估计氧气消耗量来评估线粒体呼吸速率。

图2. CatD对醋酸盐诱导的CRC细胞凋亡的保护作用取决于寡霉素A敏感性呼吸作用。(A, B) 将RKO细胞暴露于醋酸盐(0或110 mM) 中48小时，加DMSO、PstA、寡霉素A或PstA加寡霉素A。(A) 通过SRB测定细胞增殖，H₂O₂ (1 mM) 作为阳性对照。(B) 通过测量全细胞提取物中DEVD-AFC的裂解情况确定Caspase-3活性，Etoposide (50 µM) 作为阳性对照。

图3. 在醋酸盐诱导凋亡的CRC细胞中，CatD在线粒体降解中的作用不受呼吸状态的影响。将RKO细胞暴露于醋酸盐 (0或110 mM) 中48小时，加DMSO、PstA、寡霉素A或PstA加寡霉素。通过流式细胞术对用MitoTracker^® Green FM染色的细胞进行线粒体质量评估。(A) 数值代表绿色平均荧光强度 (FL-1) 的平均值±S.D，归一化为T0。(B) 对应于如 (A) 所述处理的RKO细胞对应的绿色荧光强度的代表性直方图。

图4. 无论CatD活性如何，寡霉素A都能减少CRC细胞中醋酸盐诱导的超氧阴离子积累。将RKO细胞暴露于醋酸盐 (0或110 mM) 中48小时，加DMSO、PstA、寡霉素A或PstA加上寡霉素A。(A) 线粒体超氧阴离子的积累是通过用MitoSOX Red染色的细胞的流式细胞术评估的。数值代表48小时后MitoSOX Red染色细胞 (FL-3) 百分比的平均值±S.D，归一化为T0。(B) 对应于如 (A) 所述处理的RKO细胞对应的红色荧光强度的代表性直方图。(C) 通过流式细胞仪对二氢乙锭 (DHE) 染色的细胞评估超氧阴离子的积累。数值代表48小时后DHE染色细胞 (FL-4) 百分比的平均值±S.D，归一化为T0。(D) 对应于如 (C) 所述处理的RKO细胞对应的红色荧光强度的代表性直方图。

研究总结

研究发现CatD在细胞凋亡中的作用取决于细胞代谢状态。在治疗CRC时同时使用CatD抑制剂和醋酸盐，可能会根据细胞对线粒体代谢的依赖程度，对醋酸盐诱导凋亡的细胞产生相反的影响。这为了解CatD的功能提供了新的线索，并支持了个性化治疗应同时考虑肿瘤细胞的基因组构成和代谢状态的观点。

原文出自 Biomolecules 期刊：https://www.mdpi.com/2749072

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biomolecules

Biomolecules 期刊介绍 

主编：Lukasz Kurgan, Virginia Commonwealth University, USA; 

Peter E. Nielsen, University of Copenhagen, Denmark

期刊旨在发表包括生物活性和生物源性物质的结构和功能，具有生物学和医学意义的分子机制以及生物材料及其应用等在内的高水平文章。

2023 Impact Factor：4.8

2023 CiteScore：9.4

Time to First Decision：18.4 Days

Acceptance to Publication：2.7 Days

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