莫能菌素及其类似物在类器官模型中对乳腺癌干细胞的活性研究

三阴性乳腺癌(TNBC)作为乳腺癌中侵袭性最强的亚型，预后较差，其肿瘤微环境中存在的癌干细胞(CSCs)是导致耐药、复发和转移的关键因素。癌干细胞以 CD44⁺/CD24⁻/low 为标志物，具有自我更新和无限增殖能力，可通过上皮 - 间质转化(EMT)促进转移。莫能菌素(MON)作为一种离子载体抗生素，已被证实能选择性杀伤癌干细胞，但天然莫能菌素的效力有限，因此合成其类似物以提高活性成为研究热点。本研究通过构建乳腺癌类器官模型，筛选具有高效抗乳腺癌干细胞活性的莫能菌素类似物，探究其作用机制，为 TNBC 治疗提供新策略。

来自阿肯色大学等机构的 团队在《bioRxiv》(预印本，2025)发表了题为Monensin and Its Analogs Exhibit Activity Against Breast Cancer Stem-like Cells in an Organoid Model的研究。

核心内容如下：

化合物合成与筛选：合成 37 种莫能菌素类似物，通过 mini-ring 细胞活力实验筛选出化合物 12 等，其对 MDA-MB-231 细胞的半抑制浓度(IC₅₀)最低(122 nM)，且选择性指数(SI)最高(3.8)，优于母药莫能菌素(IC₅₀ 650 nM，SI 0.3)，对非癌细胞(MCF10A)毒性更低。

关键作用机制：

诱导 DNA 片段化：莫能菌素及化合物 12 在乳腺癌类器官中可引起亚 G1 期细胞比例升高，表明其通过凋亡途径杀伤细胞，且化合物 12 在更低浓度下即可达到与莫能菌素相当的效果;

抑制迁移与干细胞特性：化合物 6 和 12 显著减少 MDA-MB-231 细胞迁移(48 小时迁移率分别为 33% 和 58%)，下调干细胞标志物 SOX2 表达(化合物 12 使 SOX2 降低 89%)，并减少 CD44⁺/CD24⁻/low 干细胞比例(莫能菌素降低 11%，化合物 12 降低 6%);

调控基质相关通路：蛋白质组学显示，莫能菌素和化合物 12 显著上调 TIMP2(基质金属蛋白酶抑制剂 2)，该蛋白可抑制肿瘤侵袭和转移，且在 MDA-MB-468 乳腺癌细胞和 SK-MEL-5 黑色素细胞中验证了这一结果;

抑制脑转移模型增殖：在模拟乳腺癌脑转移的 HOSTBO 模型中，莫能菌素和化合物 12 降低增殖标志物 Ki-67 表达，化合物 12 还显著下调 SOX2。

实验结果

图 1：莫能菌素类似物的合成路线

内容：(A)展示 C26 位酯类(1-6)、C26 位氨基甲酸酯类(7-14)等单修饰类似物的合成条件，如使用酰氯与莫能菌素钠在吡啶中反应生成酯类;(B)展示 C25-C26 环碳酸酯与 C1 位酯 / 酰胺双修饰类似物(26-37)的合成，如通过三光气(BTC)与醇 / 胺反应引入碳酸酯或酰胺基团。

图 2：mini-ring 细胞活力实验流程

内容：示意图显示将 MDA-MB-231 细胞混悬于 Matrigel 与培养基混合液中，在 96 孔板边缘形成环形结构(mini-ring)，培养 48 小时后加入化合物，每 24 小时换液，72 小时后用 dispase 释放细胞并通过 MTT 法检测活力，该模型可更好模拟肿瘤微环境。

图 3：乳腺癌类器官中的细胞周期分析

内容：(A)类器官构建流程：MDA-MB-231 细胞经 4 天培养形成类器官，切割后处理;(B)流式细胞术 cytograms 显示各化合物处理后亚 G1 期细胞比例;(C)定量分析表明，72 小时处理后所有化合物均增加亚 G1 期细胞，莫能菌素和化合物 12 在 24 小时即诱导 DNA 片段化。

图 4：细胞迁移实验结果

内容：划痕实验显示，与对照组(DMSO)相比，莫能菌素、化合物 6 和 12 在 27 小时后显著抑制迁移，48 小时化合物 6 效果最显著(迁移率 33%)，且所用浓度低于莫能菌素(化合物 12 为 65 nM，莫能菌素为 325 nM)。

图 5：干细胞标志物表达与集落形成

内容：(A)qRT-PCR 显示化合物 12 使 SOX2 mRNA 降低 89%;(B)流式分析显示莫能菌素和化合物 12 减少 CD44⁺/CD24⁻/low 细胞比例;(C-D)集落形成实验表明，两者处理 72 小时后集落数显著减少(化合物 12 使集落数降至对照组的 36%)。

图 6：蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学分析

内容：(A-D)通路富集显示，莫能菌素和化合物 12 共同上调未折叠蛋白反应、ECM 组织等通路，下调 TCA 循环和细胞周期通路;(E-H)磷酸化分析显示两者影响膜运输和 RHO GTPase 循环;(I-J)韦恩图显示 130 个蛋白被共同上调，195 个蛋白被共同下调;(K-L)火山图突出 TIMP2 在两者处理后显著上调(莫能菌素组上调 6 倍，化合物 12 组上调 4 倍)。

图 7：TIMP2 表达的验证

内容：(A-B)免疫印迹显示 MDA-MB-231 细胞中，莫能菌素和化合物 12 使 TIMP2 蛋白分别增加约 10 倍和 15 倍;(C-F)在 MDA-MB-468 和 SK-MEL-5 细胞中也观察到 TIMP2 上调，证实其跨细胞系一致性。

图 8：HOSTBO 模型中的治疗效果

内容：(A-B)免疫荧光显示，莫能菌素和化合物 12 处理后，RFP 标记的 MDA-MB-231 细胞中 Ki-67 表达降低;(C-D)化合物 12 使 SOX2 表达显著减少;(E-H)两者对 cleaved-caspase-3 和 cleaved-PARP 影响不显著，提示可能通过非凋亡途径抑制增殖。

全文总结

本研究通过合成 37 种莫能菌素类似物，筛选出化合物 12 等高效抗三阴性乳腺癌候选物，其通过诱导 DNA 片段化、抑制细胞迁移、下调干细胞标志物(SOX2、CD44⁺/CD24⁻/low)、上调 TIMP2 等机制发挥作用。在类器官和脑转移模型中，这些化合物展现出优于母药的选择性和活性，尤其化合物 12 在低浓度下即可抑制肿瘤干细胞特性和转移潜力。该研究为 TNBC 的抗转移治疗提供了新的化合物线索，局限性在于未进行体内动物实验验证，未来需结合临床样本评估其转化价值。