V-ATPase抑制劑Bafilomycin A1的作用機(jī)制及在科研中的應(yīng)用

 

V-ATPase（液泡型 H⁺ -ATP 酶）是一種在真核細(xì)胞中廣泛存在的大型蛋白復(fù)合物，對(duì)于細(xì)胞內(nèi)多種生理過程至關(guān)重要。Bafilomycin A1（Baf-A1，AbMole，M4953）能夠與V-ATPase 復(fù)合物結(jié)合后，阻礙質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，使得細(xì)胞內(nèi)酸性細(xì)胞器（如內(nèi)體、溶酶體和小泡等）無法獲得H⁺離子，導(dǎo)致這些細(xì)胞器的pH升高，進(jìn)而抑制了相關(guān)功能。此外，Bafilomycin A1也是一種經(jīng)典的自噬抑制劑，Bafilomycin A1 能夠從多個(gè)環(huán)節(jié)影響細(xì)胞自噬。一方面，它通過抑制 V-ATPase，阻止溶酶體的酸化，從而影響自噬體與溶酶體融合后的底物降解過程。另一方面，Bafilomycin A1 還能抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶Ca-P60A/SERCA，破壞自噬體-溶酶體融合，最終阻礙自噬通量的正常進(jìn)行[1]。綜上，Bafilomycin A1 是一種高效的自噬抑制劑，特別適用于抑制自噬的晚期階段（圖1）。
 

圖 1. Bafilomycin A1的機(jī)理[2]

 

細(xì)胞自噬是細(xì)胞降解自身受損細(xì)胞器和部分蛋白質(zhì)的重要過程，對(duì)于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、應(yīng)對(duì)營養(yǎng)缺乏等代謝應(yīng)激具有關(guān)鍵作用。自噬過程中，首先形成自噬體，隨后自噬體與溶酶體融合形成自溶酶體，在溶酶體蛋白酶的作用下，降解自噬體包裹的物質(zhì)。通過使用 Bafilomycin A1 處理細(xì)胞，可以觀察到自噬體的積累以及自噬流的阻斷[2]，從而幫助科研人員確定自噬過程中的關(guān)鍵步驟和相關(guān)調(diào)控因子。在研究腫瘤細(xì)胞自噬與腫瘤生長的關(guān)系時(shí)，也可借助 Bafilomycin A1 抑制自噬，觀察腫瘤細(xì)胞生長、增殖以及存活情況的改變，為深入理解腫瘤細(xì)胞自噬的作用提供線索[3]。

 

在研究溶酶體相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制時(shí)，通過Bafilomycin A1（BafA1，AbMole，M4953）處理細(xì)胞模擬溶酶體功能障礙，探究疾病相關(guān)蛋白或代謝途徑在溶酶體功能異常情況下的變化，有助于揭示疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，例如氯喹（Chloroquine，AbMole，M9559）和Bafilomycin A1的聯(lián)用可以構(gòu)建溶酶體儲(chǔ)積癥的細(xì)胞模型[4, 5]。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。

 

在抗菌領(lǐng)域，Bafilomycin A1（Baf-A1，AbMole，M4953）主要集中于真菌感染的研究。Bafilomycin A1通過抑制真菌（如 Neurospora crassa、Zea mays）的V-ATPase，導(dǎo)致真菌細(xì)胞內(nèi)代謝物積累與細(xì)胞器損傷[6]。

 

Bafilomycin A1（Baf-A1，AbMole，M4953）還具有廣譜的抗腫瘤活性。研究表明，Bafilomycin A1對(duì)結(jié)腸癌、肺癌、肝癌和B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血�。˙-ALL）等細(xì)胞系均表現(xiàn)出一定的抑制活性[7]。其腫瘤抑制機(jī)制涉及阻斷自噬體與溶酶體的融合、抑制自噬通量、誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和鐵代謝紊亂等[8]。也有文獻(xiàn)表明Bafilomycin A1可通過靶向自噬和MAPK信號(hào)通路引起Casepase依賴性的細(xì)胞死亡[9]。

 

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)人員研究了阿爾茨海默�。ˋlzheimer's disease, AD）中軸突營養(yǎng)不良（axonal dystrophy）的機(jī)制，特別是探討了BDNF（腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子）信號(hào)通路、自噬體-溶酶體融合以及miR-204/BRUCE/STX17軸在其中的作用。結(jié)果表明：抑制miR-204可以通過阻斷BRUCE與STX17的相互作用，增強(qiáng)自噬體-溶酶體融合，改善BDNF核內(nèi)運(yùn)輸，從而減輕AD中的軸突營養(yǎng)不良。AbMole的Bafilomycin A1（Baf-A1，巴弗洛霉素A1，AbMole，M4953）在上述文章中被科研人員使用，它通過抑制V-ATPase的活性來阻斷自噬體與溶酶體的融合。這種抑制作用被用來模擬溶酶體功能障礙，進(jìn)而研究其對(duì)軸突營養(yǎng)不良的影響[10]。
 

圖 2. Autophagosome–lysosome fusion mediates BDNF nuclear transport and axonal dystrophy[10].

 

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[1] Caroline Mauvezin, Thomas P. and Neufeld, Bafilomycin A1 disrupts autophagic flux by inhibiting both V-ATPase-dependent acidification and Ca-P60A/SERCA-dependent autophagosome-lysosome fusion, Autophagy 11(8) (2015) 1437-1438.

[2] C. Mauvezin, T. P. Neufeld, Bafilomycin A1 disrupts autophagic flux by inhibiting both V-ATPase-dependent acidification and Ca-P60A/SERCA-dependent autophagosome-lysosome fusion, Autophagy 11(8) (2015) 1437-8.

[3] N. Yuan, L. Song, S. Zhang, et al., Bafilomycin A1 targets both autophagy and apoptosis pathways in pediatric B-cell acute lymphoblastic leukemia, Haematologica 100(3) (2015) 345-56.

[4] T. Yoshimori, A. Yamamoto, Y. Moriyama, et al., Bafilomycin A1, a specific inhibitor of vacuolar-type H(+)-ATPase, inhibits acidification and protein degradation in lysosomes of cultured cells, The Journal of biological chemistry 266(26) (1991) 17707-12.

[5] A. O. Fedele, C. G. Proud, Chloroquine and bafilomycin A mimic lysosomal storage disorders and impair mTORC1 signalling, Bioscience reports 40(4) (2020).

[6] Aileen Bayot Custodio, John Edward Ico Zapater, Edwin Plata Alcantara, Structural diversity and biological activities of naturally derived bafilomycins from actinomycetes, Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences 14(1) (2025) 33.

[7] Y. C. Wu, W. K. Wu, Y. Li, et al., Inhibition of macroautophagy by bafilomycin A1 lowers proliferation and induces apoptosis in colon cancer cells, Biochemical and biophysical research communications 382(2) (2009) 451-6.

[8] T. Kawaguchi, K. Miyazawa, S. Moriya, et al., Combined treatment with bortezomib plus bafilomycin A1 enhances the cytocidal effect and induces endoplasmic reticulum stress in U266 myeloma cells: crosstalk among proteasome, autophagy-lysosome and ER stress, International journal of oncology 38(3) (2011) 643-54.

[9] Y. Yan, K. Jiang, P. Liu, et al., Bafilomycin A1 induces caspase-independent cell death in hepatocellular carcinoma cells via targeting of autophagy and MAPK pathways, Scientific reports 6 (2016) 37052.

[10] L. Zhang, Y. Fang, X. Zhao, et al., BRUCE silencing leads to axonal dystrophy by repressing autophagosome-lysosome fusion in Alzheimer's disease, Translational psychiatry 11(1) (2021) 421.