? Loratadine , Imipramine?--Lysosomes as Oxidative Targets for Cancer Therapy

 

리소좀은 세포 내 항상성을 유지하기 위해 필수 영양소의 분해 및 재활용을 위한 가수분해효소를 함유하는 막 결합 소포입니다. 

암세포는 증식, 대사 및 스트레스 환경에 적응하기 위해 리소좀 기능을 증가시켰습니다. 

이것은 암세포를 리소좀 막 투과성(LMP)에 취약하게 만들었습니다. 

Bcl-2 계열 구성원인 p53, 스핑고신, 암에서 종종 변경되는 산화 스트레스과 같은 LMP를 매개하는 많은 요인이 있습니다. 

리소좀 파괴 시 활성 산소 종(ROS) 수준이 증가하여 지질 과산화, 미토콘드리아 기능 장애, 자가포식 및 반응성 철을 유발합니다. 

 

카텝신은 방출되어 또한 거대 분자와 세포 구조의 분해를 일으킵니다. 

이것은 궁극적으로 다양한 유형의 세포 사멸(아폽토시스, 자가증 또는 페로프토시스)을 통해 암세포를 죽입니다. 

이 리뷰에서 우리는 리소좀이 세포 사멸을 유도하는 데 기여하는 바, 이것이 암에서 ROS에 의해 조절되는 방식, 리소좀트로픽 제제가 암 치료에 활용되는 방법을 탐구할 것입니다.

1. 소개

리소좀은 산성 환경 내에서 최소 60개의 가수분해효소를 함유하는 막으로 둘러싸인 소포입니다. 

프로테아제의 카텝신 계열을 포함하는 이러한 가수분해효소는 세포 거대분자의 분해, 재활용 및 폐기를 담당합니다[ 1 ]. 

리소좀은 종종 세포의 쓰레기 처리라고 불리지만, 우리의 지식과 이해가 증가함에 따라 다른 세포 기능에서 리소좀의 역할이 확장됩니다[ 2 ]. 

리소좀 분해 경로는 자가포식(autophagy), 세포내이입(endocytosis), 식세포작용(phagocytosis)과 같은 다양한 세포 기능을 조절하여 세포 항상성을 유지합니다[ 1 ]. 

또한, 이 경로는 세포 신호, 대사 및 단백질 응집체 및 손상된 세포 소기관의 분해를 직간접적으로 조절합니다[ 3– 5 ]. 분해 경로가 조절되지 않으면 암과 같은 질병이 진행될 수 있습니다. 

이것은 리소좀을 암 치료의 잠재적 표적으로 만듭니다.

2. 리소좀 생물학

리소좀은 세포 내에서 가장 산성인 소포입니다. 

이 산성 pH는 리소좀의 루멘으로 H + 이온 을 펌핑하기 위해 ATP를 ADP로 가수분해하는 양성자 펌프의 작용에 의해 유지됩니다 [ 6 ]. 

리소좀 막은 지질 이중층과 막 단백질로 구성됩니다. 

가장 풍부한 리소좀 막 단백질은 리소좀 관련 막 단백질 1 및 2(LAMP-1 및 LAMP-2)입니다. 

이 단백질의 내부 루멘은 고도로 글리코실화되어 있으며 소화 효소로부터 리소좀 막을 보호합니다 . 

이 효소는 DNA, RNA, 당, 지질 및 단백질을 소화할 수 있습니다. 

이러한 효소 중에는 다양한 카텝신 프로테아제 계열이 있습니다. 

 

리소좀 생합성은 마스터 레귤레이터 전사 인자 EB(TFEB) 및 소안구증 관련 전사 인자(MITF)에 의해 제어됩니다. 

이 단백질은 세포질에서 신호를 받고 핵으로 이동하여 유전자의 리소좀 생합성 네트워크의 전사를 유도합니다[ 5 , 10 , 11 ]. 

TFEB 및 MITF는 세포질에서 mTOR에 의해 인산화되고 14-3-3 단백질에 결합하여 거기에 유지됩니다.

스트레스 조건에서 mTOR 경로가 억제되면 리소좀 생합성이 활성화될 수 있습니다.

3. 암의 리소좀

암에서는 리소좀 기능도 변경됩니다. 

많은 암세포는 분해 증가로 항상성을 유지하기 위해 리소좀의 수를 증가시키고 거대 분자를 재활용하여 세포 증식을 유지하고 미세 환경의 스트레스 조건에서 생존합니다 

 

모든 포유동물 세포 유형에서 리소좀의 도처에 있는 특성에도 불구하고 암세포는 리소좀 생합성을 증가시키는 것으로 나타났습니다[ 14, 17 ]

리소좀에 영향을 미치는 생물학적 과정 중 하나는 스핑고지질 대사입니다. 

변경된 스핑고지질 대사는 많은 암에서 발견되었습니다[ 20 – 22 ]. 

다양한 암 세포 유형은 스핑고신 키나제(SK)를 과발현하고 [ 23 – 25 ] 산성 스핑고미엘리나제(ASM)를 하향 조절합니다[ 19 ]. 

이러한 변화는 암세포의 리소좀 막 구조와 기능에 영향을 미칩니다.

 

리소좀은 또한 세포 내에서 약염기 화학요법 약물을 격리함으로써 암의 약물 내성에 중요한 역할을 합니다. 

이것은 리소좀 생합성을 증가시켜 세포의 리소좀 구획을 확장시킵니다[ 15 ]. 

확장된 구획은 상당한 농도의 화학요법 약물이 리소좀에 저장되도록 하고 이러한 약물이 세포 표적에 도달하는 것을 차단합니다. 

또한, 리소좀은 암세포로부터 약물의 세포외 배출을 위한 메커니즘을 제공합니다[ 15 ]. 

이러한 메커니즘은 암세포를 약물 내성으로 만들어 리소좀을 암 치료의 표적으로 강조합니다.

 

4. 리소좀 막 투과성(그림 1 )

그림 1 

리소좀 막 투과성(LMP)의 조절. 

리소좀 막 투과성(LMP)을 조절하는 많은 요인이 있습니다. 

여기에는 스핑고신, 카텝신 및 ROS의 증가된 수준이 포함됩니다. 

caspase, Bax 및 p53의 활성화와 staurosporine 또는 lysosomotropic 에이전트로의 치료도 LMP로 이어집니다. 

이로 인해 리소좀에서 ROS, 카텝신 및 반응성 철이 방출됩니다.

 

 

리소좀 막 투과화(LMP)는 많은 암 모델에서 효과적인 치료 전략인 것으로 나타났습니다[ 26 ]. 

LMP는 리소좀의 약간 또는 완전한 투과성을 포함합니다. 

이러한 투과는 지질 과산화 및 리소좀 내용물의 부분적 또는 완전한 방출을 유발할 수 있습니다. 

세포 사멸은 활성 산소종(ROS) 및/또는 리소좀 카텝신에 의해 매개될 수 있습니다[ 3 , 4 , 26 ]. 

또한, 스핑고지질은 LMP에 기여할 수 있습니다[ 27 ]. 

스핑고신은 세포에 첨가될 때 LMP를 유도하는 것으로 나타났습니다[ 27 ]. 

 

TNFα, 방사선 및 DNA 손상 약물 치료에서 p53은 인산화되어 리소좀으로 이동하여 LMP를 유도합니다. 

다양한 세포 성분은 콜레스테롤[ 28 ], 열 충격 단백질의 리소좀 국소화[ 29 ], 지질 과산화 제거제와 같은 투과성으로부터 리소좀을 보호할 수 있습니다 . 

토코페롤은 지질 과산화의 내인성 억제제입니다. 

토코페롤 중에는 비타민 E로 알려진 α-토코페롤이 있습니다.

 

암세포는 다양한 메커니즘에 의해 LMP에 민감합니다.

암세포는 스핑고신의 양을 증가시키고 리소좀을 LMP에 민감하게 만드는 스핑고지질 대사를 변경했습니다 마지막으로, 많은 암세포가 대사를 변경하여 ROS를 증가시켜 LMP로 이어지는 리소좀의 불안정화를 초래합니다[ 3 , 23 ]. 

따라서 암세포는 리소좀 매개 세포 사멸에 민감할 수 있습니다.

5. 리소좀 매개 세포 사멸(LCD)

세포의 자살 가방으로 발견된 이후 리소좀은 암의 치료 표적으로 탐구되었습니다. 

이 경로에 대한 이러한 수많은 변경으로 인해 LMP는 다양한 암 세포 유형을 죽이는 효과적인 방법입니다. 

여기에는 유방암 [ 19 , 30 , 33 ], 난소암 [ 19 ], 자궁경부암 [ 19 ], 결장암 [ 18 , 34 , 35 ], 전립선암 [ 19 ], 폐암 [ 35 – 37 ], 골암이 포함됩니다 . [ 19 ], 피부암 [ 35 ] 및 AML [ 14 ]]. 

암세포는 증가된 ROS와 지질 과산화를 통해 리소좀 매개 세포 사멸에 취약하여 미토콘드리아 기능 장애 및 원형질막 투과화를 유발합니다[ 38 ]. 

또한 카텝신의 방출은 단백질의 절단 및 분해를 일으켜 세포 사멸을 초래합니다[ 3 ]. 

리소좀 매개 세포 사멸과 다른 형태의 세포 사멸의 관계는 아래에서 논의될 것입니다.

6. 리소좀과 세포자멸사

아폽토시스는 미토콘드리아 기능 장애 및 카스파제라고 하는 시스테인 프로테아제의 활성화를 포함하는 프로그램 세포 사멸의 한 형태입니다. 

그것은 DNA 응축과 막 수포를 유발하고 결국 주변 세포에 의해 식균되는 세포 사멸체의 형성으로 이어집니다. 

미토콘드리아 기능 장애는 Bcl-2 계열 구성원 Bax가 Bak 및 Bid와 같은 다른 BH3 전용 Bcl-2 계열 구성원과 상호 작용하여 공극을 형성하여 시토크롬 c가 방출되고 막이 손실되도록 하는 미토콘드리아로의 전위에 의해 유발됩니다.

발생할 가능성. 이것은 ROS의 증가와 caspase 9 및 caspase 3의 활성화로 이어져 세포 사멸을 초래합니다

 

리소좀은 미토콘드리아 기능의 업스트림과 카스파제 활성화 후에 세포자멸사를 조절하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 

산화 스트레스 후, 낮은 농도의 과산화수소는 미토콘드리아 기능 장애 및 카스파제 활성화 전에 LMP를 유발하는 것으로 나타났습니다[ 40 ]. 

카텝신 D 활성화를 차단하면 미토콘드리아 시토크롬 c의 방출과 카스파제 활성화도 방지됩니다[ 41 ]. 

더욱이, 자외선은 미토콘드리아에서 시토크롬 c를 방출하기 전에 산화 스트레스 조건에서 LMP를 유도합니다[ 42]. 

Bax는 미토콘드리아 기능과 무관하게 LMP에 기여하는 리소좀에서 BIM 및 BID와 같은 다른 BH3 전용 Bcl-2 계열 구성원과 상호 작용합니다. 

BID는 또한 미토콘드리아로의 전위가 Bax 및 Bak과 상호작용하도록 하는 카텝신의 표적입니다[ 42 ]. 

미토콘드리아 조절과 유사하게 항세포자멸사 Bcl-2 계열 구성원은 LMP를 예방할 수 있습니다[ 26 ]. 

이것은 리소좀 파괴가 미토콘드리아 기능 장애로 이어질 수 있음을 시사합니다.

 

리소좀 파괴는 미토콘드리아 기능 장애 후에도 발생할 수 있습니다. 

막 전위의 손실에 따라 ROS 생성이 증가합니다. 

ROS는 파열로 이어지는 지질 과산화를 통해 리소좀 막을 불안정화합니다[ 14 , 27 ]. 

사멸 수용체에 의한 카스파제 8의 활성화 또는 카스파제 9의 활성화는 LMP와 관련이 있습니다

전반적인 리소좀은 세포 사멸을 시작하거나 실행하는 역할을 할 수 있습니다.

7. 리소좀과 자가포식

리소좀은 자가포식소체와 융합하여 자가용해소체를 형성하여 세포외 또는 세포내 물질을 분해합니다

자가포식은 발달 중 암세포가 사멸되지 않도록 보호하고 유도가 질병의 추가 진행으로 제한되는 스트레스에 대한 암세포 적응에서 중요한 역할을 합니다. [ 45]. 

리소좀은

(i) 리소좀 복원,

(ii) 리소파지 및

(iii) 자가 리소좀 분해의

세 가지 주요 영역에서 자가포식 조절 기능을 합니다. 

 

정상적인 조건에서 리소좀 생합성은 항상성을 유지하기 위한 생합성 및 세포내이입 경로를 통해 발생합니다. 

스트레스 조건에서 리소좀의 수는 재활용을 위해 거대분자를 분해하거나 손상된 소기관을 제거하는 역할로 인해 감소했습니다. 

리소좀 수준은 자가포식 리소좀 재형성(ALR)이라는 과정을 통해 회복됩니다[ 46 ]. 

이 과정은 라파마이신 및 카텝신 억제제와 같은 자가포식 억제제로 예방할 수 있습니다. [ 46]. 

 

autophagy가 리소좀을 조절하는 두 번째 방법은 LMP를 통해 리소좀 자체가 손상되는 경우입니다. 손상된 리소좀은 자가포식소체에 의해 삼켜져 기능적 리소좀과 융합하여 세포에서 제거됩니다[ 47 ]. 

그런 다음 리소좀의 수준은 리소좀 생합성에 의해 회복됩니다. 

 

마지막으로, 리소좀과 자가포식소체의 융합은 필수 아미노산과 영양소를 세포에 제공하고 손상된 소기관을 분해합니다[ 48 ]. 

이 과정을 확인하지 않고 방치하면 세포 내 구조의 파괴가 세포 붕괴와 자가증(autosis)이라고 하는 세포 사멸 형태로 이어질 것입니다[ 49 ]. 이것은 기능적 리소좀에 달려 있습니다.

8. 리소좀과 페롭토시스

Ferroptotic 세포 사멸은 apoptosis 및 autophagy와 구별되는 일종의 세포 사멸입니다 [ 50 , 51 ]. 

철 의존적 ROS 축적이 특징입니다. 

페리틴, 트랜스페린 및 시스테인 항포터 수용체와 같은 철 조절을 담당하는 여러 단백질이 페로프토시스 조절과 관련이 있습니다[ 52 , 53 ]. 

철의 주요 저장 장소 중 하나는 리소좀입니다. 

과산화수소가 있는 상태에서 유리 철은 펜톤 반응을 일으켜 반응성 철을 생성하고 ROS를 증가시킵니다

리소좀 교란물질인 시라메신은 리소좀 pH의 급격한 상승을 유도한 후 부분적으로 스핑고미엘리나제(ASM)를 억제하여 리소좀 누출을 매개합니다. [ 19]. 

이러한 리소좀 막의 불안정화는 반응성 철을 증가시키고 ROS를 증가시켜 세포 사멸을 유발합니다[ 30 ]. 

증가된 활성 철 및 ROS를 통해 ferroptosis를 조절하는 리소좀의 역할은 향후 조사가 필요합니다.

9. 리소소모트로픽 제제

LMP는 집합적으로 리소소모트로픽 제제라고 하는 수많은 다른 자극에 의해 유도될 수 있습니다. 

리소좀트로픽 제제는 리소좀에 축적되는 약염기 친유성 또는 양이온성 양친매성 약물입니다. 

이것은 리소좀 막을 가로질러 확산을 통해 발생하며, 여기서 작용제는 양성자가 되어 리소좀에 갇히게 됩니다[ 26 ]. 

이것은 LMP로 이어지는 리소좀 막에 손상을 일으킵니다. 

리소소모트로픽 제제에는 금속 나노입자[ 55 ], 키나제 억제제 ML-9[ 56 ] 및 다양한 유형의 의약품이 포함됩니다. 

 

약제학적 리소소모트로픽 제제에는

항우울제인 시라메신, 노르트립틸린, 데시프라민, 이미프라민 및 클로미프라민이 포함됩니다[ 19]. 

이들은 유방암, 결장암 및 CLL 세포에서 효과를 보였습니다. 

항말라리아제 메플로퀸과 클로로퀸은 유방암, 림프종 및 백혈병 세포에 효과가 있는 것으로 나타났습니다

클로로퀸은 림프종에서 부분적인 활성만 보고된 임상 시험에서 조사되었습니다. 그러나 이러한 흔적에서 클로로퀸이 LMP를 통해 작용한다는 증거는 없습니다. 

항알레르기 약물인 terfenadine과 loratadine은 유방암과 폐암 세포에서 세포 사멸을 유도하는 데 효과적이었습니다. 

스틸베노이드 항산화제 프테로스틸벤[ 35 , 60 ]과

항정신병약인 클로르프로마진, 티오리 다진 , 아리피프라졸[ 19 ] 의 치료]는

유방 및 백혈병 세포에서 효능을 보였다. 

이러한 제제의 사용은 표 1에 요약되어 있습니다. 

이러한 제제 중 다수는 FDA 승인을 받았거나 임상 시험에서 광범위하게 연구되었지만 클로로퀸을 제외하고 암 환자에서는 그렇지 않습니다[ 61 ]. 

 

1 번 테이블 

암 치료제로서의 리소소모트로픽 제제의 사용.

 

10. 결론

리소좀은 세포에서 역동적인 역할을 하고 암에서 변경됩니다. 

암 세포에서 LMP의 개시는 암에 대해 선택적인 다양한 세포 사멸 메커니즘에 관여하는 새로운 메커니즘입니다. 

LMP는 증가된 ROS, 지질 과산화 및 카텝신의 활성화를 통해 리소소모트로픽 제제에 의해 유도됩니다. 

**********************************************************************

LMP 유도제

흥미롭게도 pH 조절을 통해 Prietal Cell의 H+/K+-ATPase를 표적으로 하는 위염 및 십이지장 궤양 치료제인 오메프라졸은 리소좀 지질 대사를 변화시켜 세포 사멸을 유발함으로써 췌장암 세포에서 효과를 나타냈습니다.

로라타딘 및 에바스틴과 같은 항히스타민제는 리소좀 막 불안정화를 통해 암세포를 죽이는 데 유사한 효능을 나타내며, 역학적 증거는 화학요법과 함께 전달될 때 암 사망률을 감소시키는 효과를 나타 냅니다

 

 

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2020.605361/full

 

Repurposing Cationic Amphiphilic Drugs and Derivatives to Engage Lysosomal Cell Death in Cancer Treatment