線粒體功能與口腔鱗狀細胞癌關系的研究進展

唐笑怡，張攀，王凱燕，牛麗娜，焦凱，肖玉鴻

1.中國人民解放軍聯勤保障部隊第九二〇醫院口腔外科 昆明醫科大學教學醫院，云南 昆明（650032）；2.軍事口腔醫學國家重點實驗室 口腔疾病國家臨床醫學研究中心 陜西省口腔疾病重點實驗室 第四軍醫大學口腔醫院修復科，陜西 西安（710032）；3.軍事口腔醫學國家重點實驗室 口腔疾病國家臨床醫學研究中心 陜西省口腔疾病國際聯合研究中心 第四軍醫大學口腔醫院黏膜病科，陜西 西安（710032）

1 口腔鱗狀細胞癌

口腔癌是十種最常見的癌癥之一，在所有人類惡性腫瘤中排名第六，口腔鱗狀細胞癌（Oral squamous cell carcinoma，OSCC）占口腔癌的90%以上［1］。OSCC易侵犯附近的腺體、肌肉和骨骼，常見早期淋巴結轉移。雖然目前包括外科手術、放射治療和化學治療在內的多種治療手段和技術飛速發展，但OSCC的病死率仍然居高不下，接受治療的患者預后不佳，術后生活質量仍不理想［2］。通過外科手術切除腫瘤通常會導致面部組織缺損，給患者帶來巨大的身心創傷；放射療法和化學療法可在殺死腫瘤細胞的同時破壞正常細胞，引起嚴重的并發癥，例如肝腎損傷、骨髓抑制、免疫功能下降甚至死亡［3］。

2 線粒體

線粒體在真核細胞中飾演調節細胞生命活動的重要角色，參與眾多生理機制的調控，例如細胞代謝與增殖、細胞死亡以及Ca2+穩態的維持等。同時線粒體也是重要反應發生的主要部位，包括脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）、三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）、糖異生、酮體生成、和血紅素 生 物 合 成 等［4］。線 粒 體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）隨細胞的代謝而變化、突變或部分缺失。

線粒體自噬是選擇性地降解功能異常線粒體的過程，目的是防止功能異常的線粒體在細胞內積聚。線粒體融合/裂變和自噬這兩個重要的“管家”之間的平衡對于維持線粒體的動態平衡至關重要，線粒體自噬被多種刺激激發，例如氧化應激和氧化磷酸化活性的增強等［5］。

3 線粒體與腫瘤的發生發展

3.1 線粒體與腫瘤的發生

3.1.1 線粒體功能障礙促進細胞癌變 線粒體功能的正常運行對于細胞代謝、細胞增殖、細胞遷移以及細胞死亡等過程均是必不可少的，這些過程中若出現任何干擾或失敗都將造成線粒體的功能障礙，從而導致腫瘤的發生［6］。

氧化應激是細胞受到病理性刺激后的主要反應，表現為大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）和自由基的產生。氧化磷酸化產生的過量ROS會使目標細胞的抗氧化能力不堪重負，ROS的大量聚集與細胞不可逆性損傷直接相關，并由此形成有利于癌變的微環境［7］。ROS活化的微環境有助于腫瘤前體細胞的形成，或使潛在的腫瘤前體細胞大量增殖并導致癌變［8］。ROS生成的過量與線粒體功能障礙之間有重要的聯系，ROS積累引起的氧化應激會導致嚴重的mtDNA損傷，繼而產生進行性呼吸鏈功能障礙，從而促進細胞癌變［9］。因mtDNA比核DNA對ROS誘導的損傷更敏感，突變的mtDNA導致呼吸復合物亞基的功能異常，繼而再次增加ROS的產生，形成惡性循環。

3.1.2 癌細胞線粒體的形態、功能改變 癌細胞內的線粒體通常表現出結構和生理功能的異常。細胞的任何病理性應激都會引起線粒體形態的改變，已有研究發現癌細胞的線粒體由高度組織化的細長網絡狀形態變為碎片化的點狀形式，并伴隨線粒體超極化和氧化磷酸化的抑制［10］。

癌細胞線粒體功能的異常歸因于癌細胞不同于正常細胞的代謝模式。癌細胞的特殊能量代謝被稱為Warburg效應［11］，即在氧氣充足的條件下，癌細胞仍傾向于選擇糖酵解而非氧化磷酸化作為主要代謝模式，表現出線粒體ATP生成的失衡以及更高的乳酸生成水平。這些變化又會影響生物能的調節和細胞氧化還原的平衡，從而促進腫瘤發生發展，并有助于減少癌細胞凋亡、增加癌細胞對放射療法的抵抗力、產生化療耐藥性［12］。

線粒體功能障礙的特征還表現為線粒體數量的減少、電子運輸的功能障礙、線粒體ROS的積累以及mtDNA的突變［13］。功能障礙的線粒體并不會喪失能量代謝的能力，相反，其通過激活線粒體至細胞核的信號串聯，促進癌細胞的生物能學活力，從而導致癌癥相關基因的轉錄和信號通路的活性發生變化［14］。

3.2 線粒體功能與腫瘤侵襲、轉移

轉移性癌癥與線粒體功能密切相關，在轉移性癌細胞中線粒體以糖酵解為主要代謝方式，同時伴隨癌細胞凋亡階段的喪失［15］。腫瘤的轉移包括以下幾個步驟：腫瘤的局部脫離，浸潤，進入血液循環，浸潤，最終在繼發部位定植，在以上所有階段中，線粒體的代謝都經過調整以適應腫瘤細胞的轉移［16］。Chang等［17］發現定位于線粒體的ROS原癌基因1（c-ros oncogene 1，ROS1）受體酪氨酸激酶的增加是OSCC發生侵襲和轉移的原因。高度侵襲性的OSCC中ROS1癌基因上調誘導了線粒體片段化，ROS1活性的增強促進線粒體形態改變，并在提高癌細胞呼吸水平的同時減少線粒體生物發生，以此來增強OSCC的侵襲性。

3.3 線粒體與腫瘤細胞凋亡

線粒體自噬是細胞自噬機構靶向吞噬線粒體調節線粒體動態平衡，幫助細胞在炎癥條件下得以生存的細胞過程，在維系線粒體穩態和細胞存活中發揮重要作用，因此癌細胞的線粒體自噬已成為潛在的抗癌靶點。

目前，介導線粒體自噬的經典通路包括：PINK1-Parkin通路和受體介導通路。越來越多的證據表明，抑制Parkin相關的線粒體自噬會增加癌細胞的死亡［18］。最近，He等［19］已經發現丹參酮IIA（一種潛在的抗腫瘤藥）可以抑制腺苷單磷酸激活的蛋白激酶通路并滅活Parkin，從而降低線粒體自噬的活性并促進結直腸癌（colorectalcancer，CRC）細胞的凋亡。

然而，與此相矛盾的是線粒體自噬的激活也可能會加強藥物對癌細胞的毒性［20］，例如氧化鋅納米顆粒通過增加ROS的水平并降低線粒體膜電位來激活PINK1/Parkin介導的線粒體自噬，從而誘導舌癌CAL27細胞的凋亡［21］。

靶向線粒體自噬誘導的癌細胞凋亡是由線粒體自噬的過度激活或抑制導致線粒體自噬功能失衡所決定的，與線粒體自噬水平的上調或下降行為無關。

因此在未來的靶向線粒體相關功能治療癌癥的研究中應明確，調節線粒體自噬如何與其他線粒體功能如線粒體分裂融合或其他與自噬相關的細胞器如內質網相互作用，以及是否能夠通過靶向線粒體內質網偶聯從根源阻斷癌細胞線粒體自噬的發生。

4 靶向線粒體與OSCC治療

4.1 靶向線粒體治療OSCC

線粒體被認為是檢測先天性死亡信號的主要細胞器，研究表明，癌細胞中的線粒體與正常細胞之間存在許多差異［22］，該特點在研究癌細胞的凋亡中具有重要參考價值，并且可以為OSCC的新型療法確定獨特的靶點。

近年來，利用新型藥物的治療方式已在OSCC的治療中取得了巨大進步。Kok等［23］證明降冰素?。╟antharidin的去甲基化類似物）可通過線粒體介導的途徑誘導人口腔癌細胞的細胞凋亡。Su等［24］發現鄰苯二酚可顯著降低OSCC細胞活力，增加線粒體膜電位去極化，釋放細胞色素C和AIF，降低Bcl-2的表達，從而誘導OSCC細胞凋亡。De等［25］發現了百里酚能夠降低線粒體的膜電位，促進OSCC細胞凋亡。Li等［26］在Co-SLD的抗腫瘤活性研究中，觀察到線粒體膜電位降低、ROS積累以及ATP耗竭，并將其歸因于Co-SLD通過引發線粒體功能障礙來增強其對OSCC細胞的殺傷力。

此外，隨著定向藥物遞送系統納米技術的發展，目前許多學者將目光轉向納米粒子靶向治療領域。Jahanbani等［27］將OSCC細胞暴露于超順磁性氧化鐵納米粒子（SPIONs）中，認為SPIONs的暴露導致線粒體腫脹，ROS和細胞色素C的產生，最終導致細胞死亡。研究者發現氧化鋅納米顆粒ZnO-NPs通過線粒體氧化損傷和人GSCC中的p70S6K信號傳導途徑誘導細胞凋亡，為一種有希望治療牙齦癌的新型抗腫瘤藥物ZnO-NPs提供實驗基礎［28］。納米顆粒具有優異的生物活性，降低了針對口腔癌全身治療的毒性，在靶向線粒體的藥物遞送系統上顯示出越來越高的應用前景。然而，當前大多數的研究仍集中于體外或動物研究，臨床應用中合理控制藥物釋放及如何減少副作用仍具挑戰。因此亟需臨床醫師指導適當的臨床試驗設計，同時進一步研究以使納米技術的概念在多學科環境中走向實際應用。

4.2 線粒體與順鉑耐藥性OSCC

順鉑作為治療OSCC的一線化療藥物，化療初期對80%以上的OSCC細胞敏感，但隨治療的推進，有約70%的OSCC細胞產生耐藥性［29］。順鉑通過多種途徑進入線粒體并形成mtDNA-鉑化合物干擾mtDNA修復機制，進而誘導癌細胞凋亡。然而，癌細胞對順鉑的耐藥性最終會因癌細胞為抵抗環境毒素而發生，從而降低了該藥的臨床有效性。因此對順鉑的內在或獲得性耐藥仍然是影響OSCC治療效果的主要障礙。

由于癌細胞依賴糖酵解而不是氧化磷酸化來產生能量，癌細胞中mtDNA的含量通常較低，除直接破壞mtDNA的結構外，順鉑還誘導細胞內ROS的形成，從而引起氧化應激和進一步的DNA損傷。具有較低mtDNA含量的細胞對ROS誘導的細胞毒性較不敏感，因此耐藥性癌細胞具有從線粒體功能障礙中獲利并逃避死亡的能力。Aminuddin等［30］推測H103順鉑敏感性降低可能是由于多種遺傳機制共同導致的，其中線粒體DNA的改變起到關鍵的驅動作用，OSCC得以破壞順鉑反應并避免癌細胞凋亡。此外，線粒體動力學和自噬與癌細胞的化學抗性密切相關［31］。在順鉑耐藥的OSCC細胞中觀察到線粒體分裂和自噬增加，線粒體碎片和凋亡細胞明顯減少。線粒體被認為是順鉑的重要靶點，并且順鉑的耐藥性可能通過線粒體功能的改變或mtDNA的突變而產生。雖然尚未發現通過靶向線粒體治療順鉑耐藥性OSCC的有效方法，但mtDNA和線粒體功能的改變可作為治療順鉑耐藥性OSCC的標志及靶點。