氯喹Chloroquine的作用機(jī)理及在自噬、腫瘤、病毒等免疫研究中的應(yīng)用

 

胞內(nèi)體主要參與細(xì)胞內(nèi)吞物質(zhì)的運(yùn)輸，它通過V-ATP 酶主動(dòng)泵入質(zhì)子（H+）維持酸性環(huán)境（早期胞內(nèi)體 pH≈6.0，晚期≈5.0）。溶酶體則是一種含多種酸性水解酶（如蛋白酶、核酸酶等）的細(xì)胞器，它依賴強(qiáng)酸性環(huán)境（pH≈4.5–5.0）發(fā)揮降解功能（如降解病原體、衰老細(xì)胞器）。Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）巧妙的分子結(jié)構(gòu)使得它在胞外環(huán)境中呈脂溶性狀態(tài)，可自由穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。一旦Chloroquine進(jìn)入胞內(nèi)體或者溶酶體中，酸性環(huán)境中會(huì)使其質(zhì)子化（形成陽離子），此時(shí)無法跨膜擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，導(dǎo)致在上述酸性細(xì)胞器內(nèi)的被動(dòng)積累。Chloroquine（氯喹）的積累會(huì)不斷地結(jié)合質(zhì)子（H+），抑制胞內(nèi)體/溶酶體的酸性環(huán)境。

 

Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）還是一種經(jīng)典的自噬抑制劑，在自噬的晚期階段，自噬小體與溶酶體形成自噬體，以實(shí)現(xiàn)受損細(xì)胞器、蛋白、核酸等生物大分子的降解。如前所述，Chloroquine可以抑制溶酶體的pH，進(jìn)而抑制自噬體的降解能力。另外一方面，Chloroquine還能插入脂質(zhì)雙層，改變膜流動(dòng)性，進(jìn)而影響自噬小體和溶酶體的融合（圖1）。
 

圖 1. Chloroquine and hydroxychloroquine in autophagy-related mechanisms[1]

 

作為一款經(jīng)典的晚期自噬抑制劑，Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）可使 LC3-II（自噬標(biāo)志物）無法被溶酶體降解，表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi) LC3-II 蛋白水平升高。通過Chloroquine抑制自噬降解，可以觀察其對(duì)細(xì)胞存活、凋亡、代謝等的影響，判斷某一表型或者細(xì)胞行為是否依賴細(xì)胞自噬。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。

 

Chloroquine被發(fā)現(xiàn)能夠抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）可誘導(dǎo)野生型膠質(zhì)瘤細(xì)胞caspase-3 的激活和細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)。相較于單一使用，Chloroquine更多被用于和其它抑制劑的聯(lián)用，以增加腫瘤細(xì)胞對(duì)相關(guān)抑制劑的敏感性，產(chǎn)生“1+1＞2”的效果。例如，在急性髓系白血病（AML）細(xì)胞系MV-4-11和THP-1的研究中，Chloroquine與阿糖胞苷（Cytarabine，Ara-C）、柔紅霉素（daunorubicin）和伊達(dá)比星（idarubicin）聯(lián)合使用，顯著增強(qiáng)了這些抑制劑的抗腫瘤效果，Chloroquine發(fā)揮上述功能的機(jī)理主要是通過抑制自噬，降低了細(xì)胞的“解毒”能力。

 

Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）在體外實(shí)驗(yàn)中顯示出對(duì)多種病毒的抑制作用，包括HIV、SARS-CoV、MERS-CoV和Ebola virus[2]。Chloroquine能夠改變細(xì)胞內(nèi)pH值，從而干擾病毒的復(fù)制過程。此外，它還可能通過抑制病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞、阻斷病毒與宿主細(xì)胞受體的結(jié)合以及抑制病毒的組裝和釋放來發(fā)揮作用[3]。

 

近些年，Chloroquine（氯喹，AbMole，M9559）也是自身免疫性疾病研究領(lǐng)域的明星分子。Chloroquine及其衍生物羥氯喹（Hydroxychloroquine，M11408）被廣泛用于研究系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）等自身免疫性疾病。Chloroquine的機(jī)制包括抑制抗原呈遞細(xì)胞的功能，減少炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，以及調(diào)節(jié)T細(xì)胞和B細(xì)胞的活化。這些作用有助于減輕自身免疫性疾病的炎癥反應(yīng)[4]。
 

圖 2.Chloroquine抑制自身免疫疾病的原理[4]

 

四川大學(xué)、中山大學(xué)附屬第八醫(yī)院的科研人員在上述文章中，發(fā)現(xiàn)了一種新的lncRNA，即lnc-HZ12，它在早期胚胎丟失組中存在異常高表達(dá)的現(xiàn)象。Lnc-HZ12 抑制 BBC3 伴侶介導(dǎo)的自噬 （CMA） 降解，促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡。在探究lnc-HZ12對(duì)BBC 3的調(diào)控機(jī)制實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用來自AbMole的MG132（AbMole，M1902）、Chloroquine（CQ，AbMole，M9559）、Ammonium chloride（AbMole，M9929）處理lnc-HZ12過表達(dá)或沉默的Swan 71細(xì)胞，最終成功證明了lnc-HZ12通過自噬-溶酶體途徑降解BBC3蛋白。

圖 3. Lnc-HZ12 suppressed CMA degradation of BBC3[5].

 

中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所、南京師范大學(xué)的實(shí)驗(yàn)人員在上述論文中探索了 PRKD3（Protein Kinase D3）在 TNBC（三陰性乳腺癌）中對(duì) CLU（一種應(yīng)激激活的分子伴侶）的調(diào)控作用及其在腫瘤生長中的作用機(jī)制。在實(shí)驗(yàn)中，科研人員使用了AbMole提供的蛋白酶體抑制劑 MG132（AbMole，M1902）和溶酶體抑制劑 Chloroquine（CQ，AbMole，M9559）處理 TNBC 細(xì)胞，發(fā)現(xiàn) CQ 能夠顯著恢復(fù) PRKD3 缺失導(dǎo)致的 CLU 降解，而 MG132 無此效果，表明 PRKD3 通過抑制 CLU 的溶酶體降解來穩(wěn)定 CLU 蛋白[6]。
 

圖 4. PRKD3 inhibits degradation of CLU via inhibiting lysosomal pathway not proteasomal pathway[6]

 

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[1] P.M.P. Ferreira, R.W.R.d. Sousa, J.R.d.O. Ferreira, G.C.G. Militão, D.P. Bezerra, Chloroquine and hydroxychloroquine in antitumor therapies based on autophagy-related mechanisms, Pharmacological Research 168 (2021) 105582.

[2] L. Mo, P. Zheng, [Chloroquine phosphate: therapeutic drug for COVID-19], Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao 40(4) (2020) 586-594.

[3] M. Wang, R. Cao, L. Zhang, X. Yang, J. Liu, M. Xu, Z. Shi, Z. Hu, W. Zhong, G. Xiao, Remdesivir and chloroquine effectively inhibit the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) in vitro, Cell Res 30(3) (2020) 269-271.

[4] M. Al-Hamadani, M. Darweesh, S. Mohammadi, A. Al-Harrasi, Chloroquine and hydroxychloroquine: Immunomodulatory effects in autoimmune diseases, World J Biol Chem 16(2) (2025) 107042.

[5] J. Zhao, Z. Xu, J. Xie, T. Liang, R. Wang, W. Chen, C. Mi, P. Tian, J. Guo, H. Zhang, The novel lnc-HZ12 suppresses autophagy degradation of BBC3 by preventing its interactions with HSPA8 to induce trophoblast cell apoptosis, Autophagy 20(10) (2024) 2255-2274.

[6] Y. Liu, Y. Zhou, X. Ma, L. Chen, Inhibition Lysosomal Degradation of Clusterin by Protein Kinase D3 Promotes Triple-Negative Breast Cancer Tumor Growth, Adv Sci (Weinh) 8(4) (2021) 2003205.