Nature | 靶向线粒体VDAC2：破解实体瘤免疫治疗抵抗的"死亡密钥"

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-03-20 16:40

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实验数据显示，正常肿瘤细胞在IFNγ刺激下仅10%发生死亡，而VDAC2缺陷的肿瘤细胞死亡率飙升至60%。通过单细胞RNA测序（Single-cell RNA Sequencing）和ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using Sequencing）技术，研究人员发现VDAC2缺失导致BAK蛋白过度活化，触发线粒体DNA（mtDNA）泄漏至细胞质。这些逃逸的mtDNA如同"警报信号"，激活了cGAS-STING通路（cyclic GMP-AMP Synthase-Stimulator of Interferon Genes pathway），引发强烈的I型干扰素反应（Type I Interferon Response）。

干扰素γ：免疫系统的"死亡信号"放大器

IFNγ不仅是免疫系统的"通讯兵"，更是肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的"改造大师"。在VDAC2缺陷的肿瘤中，IFNγ展现出双重威力：一方面通过上调促凋亡蛋白BIM、BID和BAK的表达，直接推动肿瘤细胞死亡；另一方面激活STING信号，招募更多CD8+T细胞浸润肿瘤。

研究人员设计了一个共培养实验：将VDAC2缺陷细胞与正常细胞混合后，仅用IFNγ处理即可特异性清除前者。这种选择性杀伤在人类结肠癌细胞系LoVo中同样成立——当VDAC2被敲除后，IFNγ诱导的细胞死亡率从15%跃升至55%。更有趣的是，阻断IFNγ信号会完全消除VDAC2缺失的治疗效果，证明这是不可或缺的核心机制。

线粒体DNA泄漏引发的"炎症风暴"

线粒体不仅是细胞的"能量工厂"，更是先天免疫的"哨兵"。当VDAC2缺失导致线粒体膜完整性破坏，mtDNA如同脱缰野马涌入细胞质。通过荧光共聚焦显微镜观察，研究人员捕捉到惊人的画面：在IFNγ刺激下，VDAC2缺陷细胞的线粒体DNA定位信号减弱了3倍，而胞质mtDNA含量增加了5倍。

这些游离的mtDNA被cGAS蛋白识别，触发级联反应——磷酸化的STING蛋白招募TBK1激酶，进而激活IRF3转录因子。这种"炎症风暴"产生大量趋化因子（如CCL5）和I型干扰素，将"冷肿瘤"（Immune-cold Tumor）转化为"热肿瘤"（Immune-hot Tumor）。单细胞测序数据显示，VDAC2缺陷肿瘤中的CD8+T细胞数量增加2.5倍，且具有更强的克隆扩增能力和效应分子（如颗粒酶B）表达。

BAK蛋白：细胞死亡的终极执行者

为了破解VDAC2的作用机制，研究团队进行了全基因组遗传互作筛选（Genetic Interaction Screen）。在2万多个基因中，BAK脱颖而出——当其与VDAC2共同敲除时，IFNγ诱导的细胞死亡被完全抑制。进一步的结构生物学实验揭示，VDAC2通过其172位丙氨酸（Alanine 172）与BAK蛋白特异性结合，像"锁"一样限制BAK的寡聚化（Oligomerization）。

当VDAC2缺失时，IFNγ诱导的BAK激活失去控制。通过化学交联（Chemical Cross-linking）技术，研究人员观察到BAK二聚体和三聚体形成速度加快4倍。这种过度活化导致线粒体通透性转换孔（Mitochondrial Permeability Transition Pore）持续开放，细胞色素C（Cytochrome C）大量释放，激活下游的Caspase级联反应。值得注意的是，BAK的"死亡执行"功能具有高度选择性——其同源蛋白BAX的缺失并不影响治疗效果。

双管齐下：既杀死肿瘤又改造微环境

VDAC2靶向治疗的独特之处在于"双管齐下"效应：既直接杀伤肿瘤细胞，又重塑免疫微环境。在黑色素瘤患者数据库中，VDAC2高表达与CD8+T细胞浸润呈显著负相关（相关系数r=-0.32，P<0.001）。而在VDAC2缺陷的肿瘤中，免疫抑制性的调节性T细胞（Regulatory T cells, Treg）比例下降40%，CD8+/Treg比值提升3倍。