Sappanchalcone通过调控PIEZO1通道诱导氧化应激驱动的DNA损伤和内质网应激抑制非小细胞肺癌

《iScience》：Sappanchalcone suppresses NSCLC by oxidative stress-driven DNA damage and ER stress activation through PIEZO1 modulation

　　本研究针对非小细胞肺癌治疗需求，发现天然化合物Sappanchalcone可通过调控机械敏感性离子通道PIEZO1，诱导钙离子失衡、ROS积累和DNA损伤，激活内质网应激通路IRE1α/PERK，最终导致G2/M期阻滞和细胞凋亡。该研究揭示了PIEZO1-钙信号-内质网应激-细胞周期轴的新型抗癌机制，为靶向离子通道的NSCLC治疗提供了新策略。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，其中非小细胞肺癌（NSCLC）占比高达85%。尽管靶向治疗和免疫治疗取得了显著进展，但NSCLC患者的五年生存率仍然不理想，亟需开发新型治疗策略。天然产物因其化学多样性和多靶点特性，已成为抗癌药物发现的重要来源。其中，查尔酮类化合物显示出广泛的生物活性，包括抗炎、抗氧化和抗癌作用。然而，查尔酮化合物如何通过调控离子通道影响细胞周期进程的具体机制尚不明确。

澳门科技大学的研究团队在《iScience》上发表的最新研究，通过高通量筛选1880种天然化合物，发现源自苏木的Sappanchalcone（SC）能够显著抑制NSCLC细胞增殖。该研究首次揭示了SC通过调控机械敏感性离子通道PIEZO1，引发钙信号紊乱、氧化应激和內质网应激，最终导致G2/M期阻滞的完整信号通路。

研究采用的主要技术方法包括：高通量钙信号筛选（FLIPR-Tetra系统）、细胞活力测定（SRB法）、流式细胞术分析细胞周期和凋亡、转录组测序分析、蛋白质免疫印迹、实时荧光定量PCR、活细胞荧光显微成像，并使用基因敲除细胞系（HEK293T-PIEZO1 KO）验证靶点特异性。

Sappanchalcone筛选与结构活性关系

研究人员首先通过高通量筛选发现三种查尔酮类化合物（Butein、Licochalcone A和Licochalcone B）能诱导强烈的钙信号响应并抑制细胞增殖。进一步对19种结构类似物的筛选显示，Sappanchalcone（SC）在钙动员和细胞毒性方面表现最为突出。

SC剂量依赖性地升高胞内钙浓度，并抑制thapsigargin（TG）诱导的钙动员，表明其能干扰钙稳态。

Sappanchalcone通过G2/M期阻滞抑制细胞增殖

SC对三种NSCLC细胞系（H1975、H1299、A549）均表现出强效的抗增殖活性，IC₅₀值在0.78-2.2μM之间。细胞周期分析显示SC处理24小时后可引起剂量依赖性的G2/M期阻滞，同时诱导细胞凋亡。

分子通路分析：细胞周期、活性氧、内质网应激和钙信号

转录组分析表明，SC处理后差异表达基因显著富集于细胞周期调控、氧化应激反应和内质网应激通路。SC上调DNA损伤标志物γ-H2AX、细胞周期抑制蛋白P21和GADD45α的表达，同时抑制CDK1/Cyclin B复合物的活性。

Sappanchalcone诱导线粒体活性氧积累

通过核定位的硫氧还蛋白荧光传感器（Nuc-TrxRFP）和流式细胞术证实，SC处理可剂量依赖性地增加细胞内活性氧（ROS）水平，这可能是引发DNA损伤和G2/M期阻滞的起始事件。

Sappanchalcone通过IRE1α和PERK通路激活内质网应激

Western blot结果显示SC处理上调内质网分子伴侣GRP78，并激活IRE1α和PERK磷酸化，而对ATF6通路无显著影响。IRE1α抑制剂4μ8C和PERK抑制剂GSK2606414均可逆转SC的效应，证实这两条通路在SC作用中的重要性。

钙信号阻断减弱Sappanchalcone诱导的效应

钙通道抑制剂ruthenium red（RR）可显著缓解SC引起的细胞毒性和G2/M期阻滞。转录组分析显示RR处理能逆转SC引起的细胞周期、氧化应激/内质网应激和离子通道相关基因的表达改变。

PIEZO1在Sappanchalcone诱导反应中的重要性

SC处理下调PIEZO1通道蛋白表达，而PIEZO1抑制剂Dooku1和RR均可抑制SC诱导的钙响应。在PIEZO1敲除细胞中，SC诱导的DNA损伤反应显著减弱，证明PIEZO1在SC作用机制中的核心地位。

该研究首次阐明了SC通过PIEZO1-钙信号-内质网应激-细胞周期轴抑制NSCLC的多靶点作用机制。SC作为Michael加成受体，可能通过修饰蛋白质中的巯基/硒硫基，破坏氧化还原平衡和內质网稳态。值得注意的是，SC在诱导DNA损伤和细胞周期阻滞的同时，特异性下调PIEZO1表达，这可能是通道过度激活后的反馈调节机制。

研究局限性包括缺乏高度特异性的PIEZO1抑制剂，以及未进行SC与PIEZO1的直接结合实验。此外，该机制主要基于体外实验验证，需要在动物模型中进一步确认。

这项研究不仅揭示了SC作为一种天然化合物的抗癌潜力，更重要的是发现了PIEZO1离子通道在调控肺癌细胞周期进程中的新功能，为开发靶向离子通道-氧化应激交叉对话的创新治疗策略提供了理论依据。鉴于离子通道在肿瘤微环境机械信号转导中的重要作用，该研究为理解机械生物学在癌症治疗中的应用开辟了新视角。