《Journal of Biochemical and Molecular Toxicology》：Vacuolization as a Novel Approach to Cancer Therapy
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液泡执行多种细胞功能，包括储存营养物质和降解废物。在癌细胞中，一些化合物可以诱导液泡形成，通常导致细胞死亡。有趣的是，液泡诱导的死亡通常涉及非凋亡性机制，如肿胀性坏死（oncosis）、类凋亡（paraptosis）和醉饮性坏死（methuosis）。肿胀性坏
液泡执行多种细胞功能，包括储存营养物质和降解废物。在癌细胞中，一些化合物可以诱导液泡形成，通常导致细胞死亡。有趣的是，液泡诱导的死亡通常涉及非凋亡性机制，如肿胀性坏死（oncosis）、类凋亡（paraptosis）和醉饮性坏死（methuosis）。肿胀性坏死的特征是快速细胞肿胀和膜转运蛋白功能受损，影响离子平衡并导致细胞破裂。在类凋亡中，内质网（endoplasmic reticulum, ER）和线粒体（mitochondria）肿胀，细胞内形成大的液泡，通过特定信号通路导致细胞裂解。细胞组分在自噬（autophagy）过程中被回收和降解，但细胞也可以因液泡和自噬体（autophagosomes）而死亡。在自噬中，受损的细胞器和功能失调的蛋白质被包裹在自噬体中，然后被溶酶体/液泡（lysosome/vacuole）内的水解酶消化。相反，醉饮性坏死诱导巨胞饮体（macropinosomes）的形成，这些巨胞饮体获得晚期内体（late endosomes）的特征，但不与溶酶体融合。醉饮性坏死的过程与凋亡（apoptosis）和自噬不同，因为它可能涉及特定的信号通路。这些类型的非凋亡性细胞死亡都是由癌细胞中液泡形成触发的，并且都是癌症治疗的潜在靶点。因此，需要发现和开发诱导液泡化非凋亡性细胞死亡的化合物，因为许多类型的癌细胞对诱导凋亡的治疗产生耐药性。本综述将讨论诱导各种类型细胞（特别是癌细胞）液泡形成的化合物。研究人员的目标是根据化合物在特定类型细胞死亡中诱导液泡的效率，对化合物进行分类和分组。
**1 引言**
液泡存在于动植物细胞中，执行储存水、营养物质以及移除生物降解底物等多种功能。在癌细胞中，液泡化过程（如巨胞饮（macropinocytosis））允许摄取细胞外蛋白质以支持生长。例如，1-磷脂酰肌醇-3-磷酸-5-激酶（PIKfyve）酶的表达诱导宫颈癌HeLa细胞中的液泡化，形成扩大内体（endosomes）。由于癌细胞可以利用液泡化进行生长和增殖，因此开发损害液泡形成的化合物成为兴趣点。尽管诱导或损害液泡化可能具有治疗益处，但也可能产生毒性或不良反应。过度自噬可导致正常细胞有害自消化和死亡，影响快速分裂细胞如毛发、胃肠道和骨髓，导致脱发、胃肠道副作用和血液学毒性。过度液泡化可能激活免疫系统，诱导炎症反应和自身免疫反应，限制临床疗效。液泡积累可能导致胰岛素释放和脂质代谢紊乱，引起高血糖、低血糖和血脂异常。此外，化合物在肝肾中的积累可能导致肝肾毒性。液泡化表型在癌细胞中比正常细胞更显著和细胞毒性，可能由于癌基因驱动的巨胞饮增加、溶酶体扩大和依赖内吞循环进行营养清除。诱导液泡的化合物可以引起对凋亡药物耐药的癌细胞死亡，因此需要开发克服凋亡和非凋亡性死亡耐药的药物。综述所有诱导或损害液泡机制的化合物，可增加理解并识别潜在靶点，用于癌症早期检测或诊断。化合物的结构信息对构效关系（SAR）研究至关重要，有助于优化药效团特征，开发具有改善药代动力学和药效学特性的新型非凋亡性抗癌化合物。
**2 诱导肿胀性坏死的化合物**
肿胀性坏死（oncosis）是一种非凋亡性细胞死亡，特征是快速细胞腺苷三磷酸（ATP）减少和线粒体功能障碍，导致细胞肿胀和破裂。本节讨论了多种化合物诱导肿胀性坏死和液泡形成。青蒿琥酯（artesunate）在50 μM浓度下诱导胰腺癌Panc-1细胞形成大细胞质液泡，表现为细胞质和线粒体肿胀以及质膜破裂，抑制肿瘤生长。Kahalalide F在0.7 μM下诱导前列腺癌PC-3细胞发生非凋亡性改变，包括液泡化、细胞质肿胀、内质网扩张和线粒体损伤。血根碱（sanguinarine）在18.8 μM下诱导慢性髓性白血病K562细胞发生肿胀性坏死，导致弥漫性肿胀和液泡化，不依赖于新生蛋白质合成。Fluopsin C在2 μM下诱导MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞发生肿胀性坏死，液泡形成于内质网和线粒体，降低β-肌动蛋白（β-actin）和α-微管蛋白（α-tubulin）表达，导致质膜起泡。1,8-二羟基-3-乙酰基-6-甲基-9,10蒽醌（DAMA）与辐射联合处理鼻咽癌CNE-1细胞，诱导细胞质液泡、线粒体肿胀和核扩张，增加钙水平和线粒体跨膜电位，降低ATP水平。这些化合物通过不同机制如内质网扩张、质膜破裂和线粒体损伤诱导肿胀性坏死。
**3 诱导类凋亡的天然化合物**
类凋亡（paraptosis）是一种非凋亡性细胞死亡，特征是早期内质网和线粒体肿胀，形成大液泡，导致细胞裂解。本节讨论了多种天然化合物诱导类凋亡。人参皂苷Rh2在25 μM下诱导结直肠癌HCT116细胞死亡，涉及凋亡和类凋亡，且依赖p53蛋白。原人参二醇（protopanaxadiol, PPD）在35 μM下诱导类凋亡和液泡形成，激活NF-κB并增加活性氧（ROS）水平。蛇孢菌素A（ophiobolin A）在1 μM下诱导胶质瘤U373-MG细胞液泡化，部分由于线粒体和内质网肿胀，降低Ca2+激活的K+通道（BKCa）。雷公藤红素（celastrol）在1.2 μM下诱导HeLa细胞液泡化，通过激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）通路中的MEK1。γ-生育三烯酚（γ-tocotrienol）在60 μM下诱导结肠癌细胞发生类凋亡，下调Wnt信号通路蛋白如Wnt-1、β-连环蛋白（β-catenin）和细胞周期蛋白D1（cyclin D1）。δ-生育三烯酚（δ-tocotrienol）在39.2 μM下诱导前列腺癌细胞液泡化，激活c-Jun N末端激酶（JNK）和p38激酶。1-硝基芘（1-nitropyrene, 1-NP）在30 μM下诱导小鼠肝癌Hepa1c1c7细胞类凋亡，增加ERK1/2、p38和JNK磷酸化。Withaferin-A在4 μM下诱导乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞类凋亡，降低ALG-2相互作用蛋白X（Alix）表达并激活内质网应激（ER stress），增加葡萄糖调节蛋白78（GRP78）和C/EBP同源蛋白（CHOP）。黄腐酚（xanthohumol）在5-15 μM下诱导白血病HL-60细胞液泡化，激活p38 MAPK，增加CHOP和免疫球蛋白重链结合蛋白（BiP）水平。8-p-羟基苯甲酰基tovarol在18 μM下诱导HeLa细胞类凋亡，激活未折叠蛋白反应（UPR）中的IRE1通路。衣霉素（tunicamycin）在1.2 μM下诱导甲状腺癌FRO细胞液泡化，通过抑制N-连接糖基化导致错误折叠蛋白积累。6-姜烯酚（6-shogaol）在40 μM下诱导肺癌A549和乳腺癌MDA-MB-231细胞液泡化，通过修饰巯基并需要新生蛋白质合成。Chalcomoracin在6 μM下诱导乳腺癌MDA-MB-231和前列腺癌PC3细胞液泡化，降低Alix表达并诱导线粒体自噬（mitophagy）。金丝桃素（hypericin）在1 μM与光照下诱导卵巢癌OVCAR-5细胞液泡化，单膜结合，不依赖自噬。原花青素F2在6.1–25.9 μM下诱导胶质瘤U-87细胞液泡化，激活p38-MAPK和ERK1/2。15-脱氧-Δ12,14-前列腺素J2（15d-PGJ2）在20 μM下诱导结直肠癌HCT116细胞液泡化，激活SAPK/JNK和p38 MAPK。Manumycin A在5 μM下诱导乳腺癌MDA-MB-231细胞液泡化，增加BiP和CHOP水平，并积累泛素化蛋白。1-去硫酸岩沙海蜇毒素（1-dsYTX）在100 nM下诱导肌母细胞BC3H1液泡化，激活p38 MAPK和JNK。大黄素衍生物在3 μM下诱导肝癌SMMC-7721细胞液泡化，增加GRP78表达。硒代-DL-胱氨酸在100 μM下诱导HeLa细胞液泡化，激活内质网应激蛋白BiP和CHOP。厚朴酚（honokiol）在25 μM下诱导白血病NB4细胞类凋亡，激活mTOR和MAPK通路。
**4 诱导类凋亡的合成化合物和临床药物**
本节讨论合成化合物和临床药物诱导类凋亡。二甲氧基姜黄素（dimethoxycurcumin）在20 μM下诱导乳腺癌MDA-MB-435S细胞液泡化，比姜黄素更有效。B63在20 μM下诱导胃癌SGC-7901细胞液泡化，通过增加ROS和真核起始因子2α（eIF2α）磷酸化。磷铜(I)配合物（[Cu(thp)4][PF6], CP）在0.23 μM下诱导结肠癌LoVo细胞液泡化，抑制蛋白酶体活性并激活PERK和IRE1。苯磷硫胺（benfotiamine）在100 μM下诱导急性髓系白血病细胞液泡化，激活JNK 1/2并抑制ERK1/2。VER155008在50 μM下诱导甲状腺癌8505C细胞液泡化，作为热休克蛋白70（Hsp70）抑制剂，增加BiP和CHOP表达。苯并[a]喹啉衍生物在1 μM下诱导前列腺癌PC3细胞液泡化，通过PERK介导的eIF2α磷酸化和GRP78增加。NIM811在10 μM下诱导胶质母细胞瘤U251细胞液泡化，通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和AKT激活。DETD-35在3 μM下诱导乳腺癌MDA-MB-231细胞液泡化，通过泛素化蛋白积累和ERK/JNK磷酸化。扁柏酚铜配合物（hinokitiol-copper complex）在10 μM下诱导肺癌A549和白血病K562细胞液泡化，通过ATF4依赖的内质网应激。维替泊芬（verteporfin）在0.5 μM与光照下诱导肝癌1c1c7细胞液泡化，依赖自噬相关5（ATG5）蛋白。环孢素A（cyclosporine A）在5 μM下诱导宫颈癌SiHa细胞液泡化，通过eIF2α磷酸化增加和环亲和蛋白B减少。Nutlin-3与硼替佐米（bortezomib）组合在30 μM和5 nM下诱导乳腺癌MDA-MB-435S细胞液泡化，通过p53激活和CHOP增加。环金属化铱III配合物IR2在2 μM下诱导前列腺癌PC3细胞液泡化，抑制类凋亡。
**5 诱导醉饮性坏死的化合物**
醉饮性坏死（methuosis）是一种非凋亡性过程，通过巨胞饮（macropinocytosis）导致细胞死亡，特征是巨胞饮体融合形成液泡但不与溶酶体融合。本节讨论了醉饮性坏死化合物。3-(5-甲氧基-2-甲基-1H-吲哚-3-基)-1-(4-吡啶基)-2-丙烯-1-酮（MOMIPP）在2.5 μM下诱导胶质母细胞瘤U251细胞形成含晚期内体标记LAMP-1和Rab7的液泡，激活JNK 1/2并结合PIKfyve。化合物42（MOMIPP衍生物）在2.5 μM下诱导类似液泡。BAPT-27在30 μM下诱导结直肠癌HCT-116细胞发生“醉饮自噬”（methuophagy），调节mTOR-转录因子EB（TFEB）并抑制PIKfyve。Vacuolin-1在1 μM下诱导U251细胞液泡形成，靶向CapZβ蛋白并过度激活Rab5。化合物45（N-(4-甲基-3-((6-(吡啶-3-基)-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶-4-基)氨基)苯基)-3-(三氟甲基)苯甲酰胺）在2 μM下诱导乳腺癌MDA-MB-231细胞液泡化，靶点待研究。熊果酸衍生物（ursolic acid derivative）在20 μM下诱导宫颈癌HeLa细胞液泡化，靶向Akt、mTOR和ERK。Silmitasertib（CX-4945）作为酪蛋白激酶II（casein kinase II, CK2）抑制剂，在10 μM下诱导胆管癌细胞液泡化。Meridianin C在1 μM下诱导舌癌YD-10B细胞液泡化，通过下调Dickkopf 3（DKK-3）蛋白。二羟基-3-(3-甲基-2-丁烯基)-6-苯乙基苯甲酸酯（DMBP）在10 μM下诱导肺癌A549和胰腺癌Panc-1细胞液泡化，抑制液泡蛋白分选相关蛋白41同源物（VPS41）功能。
**6 通过焦亡诱导液泡化的化合物**
焦亡（pyroptosis）是一种炎症调节性细胞死亡，特征是膜孔形成和细胞肿胀。杨梅素（myricetin）在150 μM下诱导肺癌A549细胞焦亡，伴随细胞膜液泡形成，可能涉及gasdermin家族蛋白。Ardisianone在2-5 μM下诱导白血病HL-60细胞焦亡和浓度依赖性液泡化，涉及caspase-1、caspase-5和gasdermin家族。
**7 通过未分类机制诱导液泡化的化合物**
本节讨论一些机制未明确的化合物。Vicenistatin在300 nM下激活Rab5-前自噬体途径，降低磷脂酰肌醇-3,5-二磷酸（PI(3,5)P2）水平，诱导HeLa细胞液泡化。Orthoxine、pilocarpine、physostigmine和inversine在4000 μM下诱导腹水肿瘤细胞液泡化，靶点未定义。Pheophorbide B在247.2 μM下诱导结肠癌HT-29细胞液泡化，涉及核纤层蛋白B（lamin B）。Abemaciclib作为CDK4/6抑制剂，在10 μM下诱导肺癌A549细胞液泡化，通过溶酶体途径，V-ATPase抑制剂可抑制液泡形成。
**8 额外的液泡和囊泡抑制剂**
本节讨论一些抑制液泡和囊泡形成的化合物。LY294002作为PI3K抑制剂，在3 μM下抑制巨胞饮和巨胞饮体形成。Wortmannin不可逆抑制PI3K催化亚基，在3 μM下抑制吞噬。钌红（ruthenium red）作为钙单向转运蛋白抑制剂，在10 μM下抑制细胞质液泡化和线粒体扩大。Amiloride和HOE-694分别抑制NHE1 Na+/H+反向转运蛋白，从而抑制巨胞饮。
**9 结论**
液泡可由病毒病原体、工业污染物、天然化合物和低分子量化合物诱导形成。液泡化可通过肿胀性坏死（oncosis）、类凋亡（paraptosis）和醉饮性坏死（methuosis）选择性导致癌细胞死亡。本综述提供了自然和合成化合物诱导或损害非凋亡性细胞死亡的全面更新，强调了它们作为新型治疗靶点的潜力。理解凋亡和非凋亡性细胞死亡之间的异同有助于发现克服癌细胞凋亡耐药的分子。未来研究需要利用多组学技术和基因敲除模型阐明化合物诱导或损害液泡形成的机制，解决药代动力学问题和化合物选择性，并开展广泛临床研究以确定该策略在癌症治疗中的潜在应用。
