简单总结：慢性髓系白血病（CML）是一种以能量管理失调、氧化还原平衡受损和程序性细胞死亡抵抗为特征的血液癌症。线粒体作为细胞能量产生、存活和凋亡的核心调节器，在其中发挥关键作用。在CML中，线粒体功能障碍促进疾病进展并导致治疗耐药。本综述强调了线粒体生物学改变在CML发病机制中的作用，并探讨了靶向线粒体功能的潜在治疗策略，以提高疗效并克服耐药性。
摘要：背景：线粒体是多功能细胞器，通过调节能量代谢、活性氧（ROS）生成、离子稳态和凋亡信号，在维持细胞稳态中发挥核心作用。线粒体分裂、融合和胞内运输等动态过程使细胞能够适应代谢和环境应激。越来越多的证据表明，这些过程的失调是癌症的标志，导致代谢重编程、氧化还原失衡、逃避凋亡和疾病进展。本叙述性综述旨在讨论线粒体改变在慢性髓系白血病（CML）病理生理学中的作用及其潜在的治疗意义。方法：本叙述性综述纳入了2010年至2025年间发表的原著研究文章。对所选研究进行了批判性讨论，并将其分为三个主要主题领域：线粒体对氧化还原稳态的调节、代谢重编程和细胞死亡途径的控制。综合证据以阐明线粒体功能障碍对CML起始、进展和治疗耐药的贡献。结果：综述的研究强调了线粒体异常在BCR-ABL1驱动的白血病发生中的关键作用。线粒体代谢和ROS信号的改变支持持续的增殖信号，促进基因组不稳定性，并促进凋亡抵抗。此外，线粒体适应有助于对酪氨酸激酶抑制剂（TKI）的耐药性，并对白血病干细胞的持续存在和存活至关重要。结论：线粒体是CML病理生物学的核心调节器。靶向线粒体代谢、氧化还原稳态和凋亡信号通路的治疗策略代表了克服TKI耐药的有前景的方法，并可能改善CML患者的临床结局。
- 引言
慢性髓系白血病（CML）是一种克隆性造血干细胞恶性肿瘤，其特征是粒细胞系不受控制的增殖，如果不治疗，会进展为急性白血病。它是一种相对罕见的疾病，诊断中位年龄约为65岁，男性居多。临床表现通常是非特异性的，包括疲劳、厌食和体重减轻，尽管多达40%的患者在诊断时无症状。在这种情况下，CML通常通过显示白细胞增多的常规实验室检测偶然发现。脾肿大是最常见的体格检查结果，约一半的患者在初次就诊时出现。CML的发病机制主要由染色体易位t(9;22)(q34;q11)驱动，该易位导致形成缩短的22号染色体，即费城染色体。该易位将9号染色体上的ABL1基因与22号染色体上的BCR基因并置，导致形成BCR-ABL1融合基因。由此产生的嵌合基因编码一种具有组成性活性酪氨酸激酶活性的融合蛋白。ABL1基因的断裂点通常发生在外显子1a、1b和2之间的300-kb内含子区域。相反，BCR基因的断裂点可发生在多个位点，产生至少三种不同的融合转录本，编码不同分子量和酪氨酸激酶活性的蛋白：p190（来自BCR外显子e1-e2之间的断裂点，常见于急性淋巴细胞白血病）；p210（来自外显子b1-b5之间的断裂点，是CML中最常见的转录本）；p230（涉及外显子e19-e20之间的断裂点，通常见于部分慢性中性粒细胞白血病病例）。BCR-ABL1融合蛋白异常定位于细胞质，在那里它经历多个酪氨酸残基的自磷酸化，变得组成性活性。某些BCR结构域的结构变化进一步促进了与多种信号蛋白的相互作用，激活多个下游通路。总的来说，这些改变通过几个关键机制赋予BCR-ABL1融合蛋白强大的白血病生成能力：粘附受损、有丝分裂信号激活、基因组不稳定性、凋亡抑制以及造血干细胞稳态破坏。最初，费城染色体阳性的造血干细胞保留部分分化能力，产生慢性期特征性的粒细胞增生。然而，随着时间的推移，额外的遗传损伤积累，逐渐损害分化并驱动向加速期或急变期的转化。疾病进展最一致的指标包括出现额外细胞遗传学异常和原始细胞计数增加。在急变期中最常见的额外细胞遗传学异常被Mitelman等人称为“主要途径”，包括8号染色体三体、费城染色体重复、17号染色体等臂染色体和19号染色体三体。这些异常与不良预后相关，无论是在诊断时出现还是在治疗过程中获得。其他与不良结局相关的细胞遗传学改变包括涉及3q26.2和11q23的重排，以及7号染色体单体或7q缺失。在CML研究IV中，Helman等人分析了1510例接受伊马替尼治疗的患者的结果。根据预后影响，额外细胞遗传学异常被分为高风险（+8、+Ph、i(17q)、+17、+19、+21、3q26.2、11q23、-7/7q-或复杂核型）或低风险（所有其他异常）。
1.1. CML干细胞
CML的特征是恶性细胞的层级结构，其中一小部分白血病干细胞占据顶层。这些白血病干细胞具有与正常造血干细胞相似的基本特性，例如自我更新、分化为多种血细胞谱系以及维持大部分休眠或静止状态的能力。然而，白血病干细胞独特地由主要受BCR-ABL融合蛋白驱动的致癌重编程定义，以及额外的遗传、表观遗传和转录修饰，这些修饰促进其存活并使其能够抵抗标准治疗。这些改变涉及与干细胞维持和存活相关的基因表达增强、DNA损伤修复机制改善，以及由PRC2、组蛋白去乙酰化酶和DNA甲基转移酶等因子介导的表观遗传重塑。这些分子改变促使白血病干细胞增殖，使其能够逃避凋亡，并适应环境和治疗应激。值得注意的是，尽管TKI有效抑制BCR-ABL激酶活性，但白血病干细胞激活替代信号和代谢通路——包括PI3K/AKT、JAK/STAT和缺氧诱导因子-1α——促进干细胞持续存在和治疗耐药，导致微小残留病和最终复发。
1.2. CML治疗选择
在西方国家，新诊断的慢性期CML患者的预期寿命现在接近年龄匹配的对照组，这主要归功于TKI的使用。鉴于伊马替尼的成功，几种TKI已被开发并批准用于一线治疗。治疗选择取决于疗效、安全性、成本，以及越来越重要的生活质量和长期毒性。一个主要的治疗目标是实现无治疗缓解。IRIS试验首次证明伊马替尼在新诊断的慢性期CML中优于干扰素-α加阿糖胞苷。在中位随访19个月时，伊马替尼的完全细胞遗传学反应率为74%，而干扰素-α为9%。伊马替尼的主要分子反应也更常见。为了克服耐药，开发了第二代TKI，如达沙替尼、尼洛替尼和博舒替尼。达沙替尼的效力比伊马替尼高350倍，在DASISION试验中显示出更高的12个月完全细胞遗传学反应率（77% vs. 66%）和更快的分子反应。在ENESTnd试验中，尼洛替尼（300 mg和400 mg，每日两次）在12个月时达到更高的主要分子反应率（44% vs. 22%），并在24个月时达到更高的完全细胞遗传学反应率（87-85% vs. 77%），与伊马替尼相比。根据欧洲白血病网指南，伊马替尼、达沙替尼和尼洛替尼都是一线治疗推荐选项。治疗选择应考虑患者年龄、合并症以及实现无治疗缓解的可能性。第二代TKI更频繁地实现深度分子反应，使其成为年轻患者的首选。TKI不耐受是治疗转换的最常见原因。毒性反应差异很大，可能影响生活质量。血液学不良事件通常轻微且短暂，而非血液学不良事件——如达沙替尼引起的胸腔积液或尼洛替尼引起的胰腺炎——可能更严重。在耐药情况下，突变检测对于指导选择最合适的TKI至关重要。相反，因不耐受而转换治疗则由医生判断、患者偏好和治疗反应深度指导。欧洲白血病网指南未指定在不耐受后应选择哪种第二代TKI；然而，临床数据支持使用达沙替尼、尼洛替尼和博舒替尼。普纳替尼在此情况下也显示出疗效。在TKI失败的情况下，建议进行疾病再分期和突变分析，使用Sanger测序或下一代测序。特定突变指导TKI选择：尼洛替尼用于V299L、F317L；达沙替尼/博舒替尼用于Y253H、E255K/V、F359C/V；普纳替尼或阿西米尼用于T315I。在未检测到突变的情况下，治疗选择应基于合并症、毒性特征和成本考虑。在治疗失败后，通常不鼓励在第二代TKI之间切换；相反，应考虑第三代TKI（普纳替尼或阿西米尼）或符合条件的患者进行异基因干细胞移植。普纳替尼治疗应从45 mg/天开始，用于T315I突变或晚期疾病患者，其他患者以较低剂量开始。严格管理心血管风险至关重要。预防性阿司匹林或抗凝治疗的益处仍不确定。阿西米尼是一种靶向BCR-ABL1十四酰位点的变构抑制剂，在ASCEMBL试验中，与博舒替尼相比，6个月时的主要分子反应率更高（25.5% vs. 13.2%），且≥3级不良事件更少。它被批准用于至少两种既往TKI治疗失败的患者，剂量为40 mg每日两次，而对于携带T315I突变的患者，剂量为200 mg每日两次。在最近的一项III期试验中，阿西米尼在12个月时达到了比伊马替尼更高的主要分子反应率（69.3% vs. 40.2%），并且数值上高于第二代TKI（66% vs. 57.8%）。与普纳替尼的直接比较仍然有限。现有分析表明，普纳替尼具有更高的主要分子反应率，而阿西米尼可能带来更好的无失败生存期，尤其是在没有T315I突变的患者中。
- 慢性髓系白血病中的线粒体失调
线粒体通常被称为细胞的“能量工厂”，因其在能量产生中的核心作用，但它们还执行多种额外功能，包括活性氧（ROS）的生成、离子稳态的调节以及生物合成和凋亡途径的控制。线粒体持续经历动态过程，如分裂（碎裂）、融合（合并）和胞内运输。这些多样化的功能使线粒体成为关键的细胞传感器，能够适应环境条件，并支持生长、存活和恶性转化。线粒体动力学失调有助于代谢重编程、细胞周期进程以及细胞死亡途径的调节——这些机制在多种恶性肿瘤的发病机制中被认为越来越关键，包括实体瘤和血液系统恶性肿瘤。在此，我们分析了线粒体异常对CML病理生物学的贡献及其作为潜在治疗干预靶点的相关性。所综述的论文主要分为三个关键领域：氧化还原稳态、代谢重编程和细胞死亡途径的调节。
2.1. 线粒体对氧化应激和DNA损伤的调节
在氧化磷酸化过程中，线粒体是细胞内ROS的主要来源，主要由电子传递链复合物I和III的电子泄漏产生。在癌细胞中，升高的代谢活性和线粒体重塑通常导致基础ROS水平升高。在中等浓度下，ROS作为第二信使激活促肿瘤信号通路，而升高的ROS水平可能导致细胞毒性。ROS依赖性氧化应激在CML中的影响在图1中进行了图形化总结。
2.1.1. 线粒体ROS作为BCR-ABL白血病发生中的信号介质
在CML中，ROS发挥高度依赖于环境的功能，特别是在调节白血病干细胞行为和治疗反应性方面。使用小鼠模型和患者来源的CML细胞的临床前研究表明，几种治疗策略会增加来自线粒体或细胞质来源的ROS产生，导致细胞毒性应激。这种效应在联合方案中尤其明显；例如，同时抑制HIF-1和TKI会增加ROS水平，破坏代谢休眠，并驱使静止的白血病干细胞进入细胞周期，从而降低其长期再生能力。在这些情况下，ROS主要作为代谢和信号介质发挥作用。机制上，CML中的ROS稳态由NADPH氧化酶等酶源精细调节。NOX2过度激活导致过度的ROS产生和线粒体应激；然而，NOX2的基因沉默通过补偿性NOX4活性矛盾地增加线粒体ROS，导致氧化还原失衡。致癌性BCR-ABL信号通过抑制硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）进一步重塑氧化还原控制，TXNIP是一种调节氧化应激和代谢的肿瘤抑制因子。TXNIP下调增加ROS产生并支持白血病细胞存活，而恢复TXNIP表达促进氧化应激依赖性细胞死亡并在体内减缓疾病进展。ROS产生与治疗反应密切相关。伊马替尼敏感的CML细胞在治疗后积累更高的ROS水平并显示增加的DNA损伤，而耐药细胞表现出增强的抗氧化能力，包括升高的谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽，这些共同保护免受氧化损伤并促进耐药性。在伊马替尼暴露后存活的持续性CML细胞显示增加的线粒体质量和持续的线粒体ROS产生，与慢性氧化应激状态一致，这部分以STAT3依赖性方式发生。线粒体质量控制（即维持线粒体完整性和功能的协调机制，包括抗氧化防御系统、线粒体自噬和线粒体生物发生）的额外扰动也破坏了氧化还原平衡。抑制自噬会损害线粒体自噬，导致功能失调的线粒体积累和ROS产生增加，从而促进白血病细胞分化和改变细胞命运决定。同样，药理学抑制二氢乳清酸脱氢酶（DHODH），一种参与嘧啶生物合成的线粒体酶，会增加ROS水平，破坏线粒体膜电位，并诱导CML细胞毒性。
2.1.2. ROS依赖性DNA损伤和检查点调节
当ROS超过细胞缓冲能力时，氧化损伤会在大分子中积累。为了应对这种威胁，恶性细胞经常增强抗氧化防御，包括线粒体锰超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白系统。这种氧化还原平衡的严格调节对于白血病干细胞的维持至关重要。在这种情况下，造血microRNA-142（miR-142）成为氧化应激反应和线粒体代谢的关键调节因子。在原代CML细胞中，miR-142缺乏通过激活抗氧化转录因子NRF2（一个直接的miR-142靶标）来增强线粒体氧化磷酸化，同时维持低细胞内ROS水平。NRF2驱动的抗氧化基因表达维持氧化还原稳态，限制氧化性DNA损伤，并促进白血病干细胞存活，从而促进疾病向急变期进展。同样，SIRT1（一种参与应激适应和代谢调节的NAD+依赖性去乙酰化酶）的缺失会破坏干细胞静止期并增加对应激的敏感性，而不直接诱导DNA损伤，突出了代谢激活对氧化还原脆弱性的贡献。ROS的直接遗传毒性效应已使用几种药理学模型得到证实。紫杉二酮，一种氧化还原活性的二萜类天然产物，在BCR-ABL阳性细胞中诱导强烈的ROS升高，导致DNA片段化，而抗氧化剂处理可逆转这种效应，从而建立了ROS与遗传毒性之间的因果关系。同样，安吖啶，一种用作抗癌剂的合成DNA嵌入性拓扑异构酶II抑制剂，通过SIDT2/NOX4/ERK/HuR轴介导的NOX4依赖性ROS产生促进氧化性DNA损伤，独立于线粒体ROS扩增。电离辐射进一步支持了氧化应激与DNA损伤之间的联系。低剂量辐射诱导适度的细胞凋亡，但引发时间依赖性的线粒体功能障碍和DNA损伤，与持续的氧化应激一致。同样，紫外线照射在伊马替尼耐药的BCR-ABL1阳性细胞中触发更强的氧化性DNA损伤和凋亡信号，与敏感细胞相比，反映了改变的氧化还原适应性。携带叶酸受体3（FOLR3）单核苷酸多态性（SNP）的白血病干细胞中持续的氧化应激也与增强的克隆形成能力、复制性衰老和增加的炎症信号有关，表明慢性ROS升高的长期生物学后果。代谢扰动可能进一步将氧化应激与基因组不稳定性结合起来。AMD1（多胺合成中的限速酶）的缺失会降低多胺水平，增加线粒体ROS，并促进白血病干细胞分化，这些效应可通过亚精胺补充逆转。CML中性粒细胞中升高的ROS通过S-谷胱甘肽化破坏NF-κB信号，并改变iNOS表达等炎症通路。慢性炎症加剧氧化应激，促进DNA突变和链断裂，建立基因组损伤和疾病持续存在的正反馈循环。尽管存在DNA损伤，致癌性BCR-ABL信号可以通过干扰p53的翻译后修饰和活性来减弱它，从而覆盖典型的DNA损伤检查点。相反，药理学破坏14-3-3蛋白相互作用（将BCR-ABL保留在细胞质中）可恢复c-Abl活性并重新激活DNA损伤下游的凋亡，使伊马替尼敏感和耐药的CML细胞都对细胞死亡敏感。微环境相互作用的扰动进一步影响线粒体氧化还原稳态。破坏CXCR4依赖性基质保护间接改变线粒体功能并使CML细胞对应激诱导的死亡敏感。此外，氧化应激可能超出白血病细胞扩展到微环境，因为达沙替尼增加细胞内和线粒体ROS，并诱导氧化性DNA损伤，如8-oxo-dG，在内皮细胞中，导致血管损伤。
2.1.3. 氧化还原脆弱性的药理学利用
广泛具有抗肿瘤活性的天然和合成化合物进一步突出了ROS对白血病细胞毒性的贡献。天然产物和天然衍生化合物在实体瘤和血液系统恶性肿瘤中通过互补机制表现出广泛的抗肿瘤活性，包括抑制组蛋白去乙酰化酶、调节蛋白酶体活性以及抑制关键的存活和表观遗传途径。其中，甘草甜素A（GLA），一种从甘草中分离出的生物活性二萜类化合物，可调节白血病细胞中的线粒体功能和氧化还原平衡。化学蛋白质组学分析揭示，GLA共价结合电压依赖性阴离子通道1（VDAC1），从而诱导与氧化应激增加和线粒体损伤相关的线粒体依赖性凋亡。同时，代谢和应激诱导剂，如二甲双胍和高三尖杉酯碱（HHT），通过内质网应激、抑制线粒体氧化磷酸化或复合物I活性以及随之而来的氧化还原失衡，间接将氧化应激与白血病干细胞中的DNA损伤和凋亡信号联系起来。几种额外的药物——包括CR-LAAO（一种来自蛇毒的氧化酶）、TMQ0153（一种合成的四氢苯并咪唑衍生物）、伊维菌素（一种抗寄生虫药物）以及绿原酸和没食子酸（天然多酚）——促进CML细胞中细胞内ROS积累和氧化应激。这种氧化还原失衡诱导线粒体功能障碍和氧化性DNA损伤，最终激活调节性细胞死亡途径。ROS介导的细胞毒性经常被NADPH氧化酶活性和线粒体呼吸抑制放大，特别是在与TKI联合使用时。ROS的功能相关性通过抗氧化剂在大多数实验系统中部分或完全逆转细胞毒性效应的能力得到强调。CML中常用的治疗药物可能独立于或与ROS生成平行地诱导DNA损伤。例如，合成维甲酸ST1926和TKI HS-543及HS-438通过DNA片段化和激活内在凋亡途径促进伊马替尼敏感和耐药的CML细胞（包括携带T315I突变的细胞）的凋亡性细胞死亡。伊马替尼还抑制拓扑异构酶I/II，有助于不依赖ROS的DNA损伤。值得注意的是，耐药并不总是与DNA损伤诱导缺陷相关，因为某些白血病克隆尽管存在持续的遗传毒性应激，但仍保留完整的DNA损伤修复信号。此外，几种结构多样的化合物可以通过同时激活应激反应性和线粒体依赖性途径发挥治疗活性。HSP90抑制剂SNX-2112通过抑制Akt/NF-κB信号和破坏线粒体完整性在多药耐药CML细胞中诱导凋亡。类似地，天然黄酮类化合物黄芩素和丹参酮IIA分别通过ERK和JNK介导的应激信号触发生长停滞和凋亡。YM155，一种小分子survivin抑制剂，促进自噬依赖性抗凋亡蛋白下调并增加细胞内氧化应激，而α-没药醇，一种天然倍半萜醇，诱导线粒体功能障碍和ROS积累，共同增强CML模型中氧化应激驱动的细胞毒性。最后，基于纳米颗粒系统共包封姜黄素和紫杉醇的新兴药物递送平台通过提高肿瘤选择性、实现控制药物释放和最小化脱靶氧化应激，从而改善治疗疗效和安全性，有望减轻氧化性DNA损伤。
2.2. 线粒体代谢重编程
癌细胞中的线粒体经历广泛的代谢重编程，以满足不受控制的增殖的合成代谢和生物能量需求。尽管Warburg效应传统上描述了对有氧糖酵解的优先依赖，但现在已明确许多肿瘤保留活跃的线粒体氧化磷酸化，特别是癌症干细胞样细胞群。这种代谢适应性使癌细胞能够灵活地利用多种营养来源，从而维持三羧酸循环通量和ATP产生。CML中代谢重编程影响的图形化概述在图2中提供。
2.2.1. BCR-ABL介导的氧化磷酸化依赖性和对TKI的敏感性
在CML中，线粒体代谢受致癌信号强烈塑造。BCR-ABL1融合激酶增强线粒体生物发生和氧消耗，特别是在白血病干细胞中，这些细胞表现出对糖酵解依赖性的降低和对氧化磷酸化存活和自我更新的依赖性增加。与正常造血干细胞相比，白血病干细胞表现出升高的氧化磷酸化活性、增加的三羧酸循环通量和增强的葡萄糖氧化，突显了其独特的代谢表型。值得注意的是，白血病干细胞区室内存在显著的代谢异质性：虽然一些耐药群体维持着高氧化磷酸化活性，但其他群体表现出呼吸抑制、三羧酸循环功能受损和线粒体输出减少，但仍依赖于糖酵解酶，如丙酮酸激酶M2。在某些情况下，TKI治疗后的存活也可能依赖于向谷氨酰胺驱动的氧化磷酸化的代谢转变，同时抑制糖酵解和谷氨酰胺代谢会诱导灾难性的能量崩溃和协同抗白血病效应。影响代谢酶（包括异柠檬酸脱氢酶、延胡索酸水合酶或琥珀酸脱氢酶）的遗传改变导致2-羟基戊二酸、延胡索酸和琥珀酸等致癌代谢物的积累。这些代谢物抑制α-酮戊二酸依赖性双加氧酶，驱动表观遗传重塑和假缺氧信号，从而促进恶性转化和代谢失调。类似地，启动子高甲基化介导的线粒体ATP合酶β亚基（ATP5B）下调损害了氧化磷酸化并促进了与药物敏感性降低相关的代谢适应。此外，FOLR3中的一个功能性单核苷酸多态性改变了叶酸代谢，增强了线粒体活性，并增加了克隆形成潜力，这与对TKI的反应性降低相关。
2.2.2. TKI压力下的适应性代谢重连
尽管TKI有效抑制线粒体代谢——影响氧化磷酸化、电子传递链、谷氨酰胺分解和三羧酸循环——但CML细胞保留了显著的代谢适应能力。在持续的治疗压力下，白血病细胞逐步恢复线粒体功能并重塑底物利用，这一过程部分由HIF-1驱动，后者促进代谢重编程并支持持续存在。与这一概念一致，靶向HIF-1信号可逆转氧化磷酸化抑制并重新激活线粒体代谢，揭示出可被治疗性利用的潜在脆弱性。在这种情况下，使用UK-5099、MSDC-0160或选择性抑制剂7ACC2等化合物抑制线粒体丙酮酸载体复合物，会破坏丙酮酸进入线粒体，解偶联糖酵解与线粒体氧化，并破坏线粒体代谢。这些干预措施加剧了代谢应激并增加了TKI处理细胞的脆弱性。对伊马替尼耐药细胞的代谢谱分析进一步支持了广泛的代谢重塑的存在，特别是影响能量和脂质代谢。这些变化促使人们鉴定出有助于这种线粒体可塑性的转录后调节因子。其中，miR-203a-5p——一种靶向ABL1的表观遗传沉默的肿瘤抑制miRNA——在伊马替尼耐药的CML细胞中持续下调。miR-203a-5p的丢失与线粒体活性恢复和底物利用改变有关，而其重新表达可部分正常化代谢特征。除了底物利用，miRNA介导的调节还扩展到线粒体结构动力学。对来自慢性期和急变期CML患者的CD34+CD38-白血病干细胞的比较表达分析揭示，miR-142的丢失通过抑制关键代谢和线粒体靶标（包括脂肪酸氧化必需的CPT1A和融合介质MFN1）促进线粒体融合并增强呼吸功能。恢复miR-142可逆转这些效应并增加对治疗的敏感性，强调了miRNA控制的线粒体动力学在白血病干细胞适应性中的重要性。几种药物，如二甲双胍、HHT、紫杉二酮和吡维铵，可能利用这些异常通过调节线粒体代谢发挥抗白血病活性。特别是HHT——一种临床用于血液系统恶性肿瘤的植物源生物碱——损害了线粒体复合物I活性和氧化磷酸化，将其置于CML中具有治疗相关性的更广泛的线粒体靶向药物类别中。除了直接调节代谢酶和底物通量，CML中的线粒体生物能量学可受钙稳态的影响，钙稳态是三羧酸循环酶活性和氧化磷酸化的关键调节因子。洛美利嗪，一种临床批准的电压门控钙通道阻滞剂，可减少白血病干细胞中细胞质和线粒体钙的可用性，从而限制三羧酸循环脱氢酶的激活，抑制氧化磷酸化，并增强对伊马替尼的敏感性。这些发现强调了钙依赖性线粒体调节是TKI处理的CML中一个可治疗性利用的脆弱性。CML中的线粒体代谢受相互连接的信号通路紧密调节，这些通路协调线粒体生物发生、氧化还原平衡和能量感应。SIRT1-PGC-1α轴，线粒体生物发生和氧化代谢的关键调节因子，促进氧化磷酸化并有助于TKI耐药。抑制SIRT1或其下游效应器PGC-1α选择性地降低线粒体呼吸能力而不显著影响糖酵解，强调了该通路在维持线粒体韧性中的作用。额外的调节因子通过协调糖酵解与氧化代谢来微调线粒体输出。激酶ULK1，除了其自噬起始作用外，还调节线粒体功能和氧化还原平衡，而TXNIP作为代谢检查点，将葡萄糖可用性与线粒体能量产生联系起来。这些通路共同微调糖酵解和氧化磷酸化之间的平衡，在治疗压力下加强代谢适应性。
2.2.3. 线粒体重塑和炎症通路
直接药理学破坏线粒体完整性——通过靶向VDAC1、呼吸复合物I或线粒体膜电位——代表了在白血病细胞中触发生物能量崩溃和细胞死亡的有效策略。包括SNX-2112、没食子酸、化合物7b和奥美昔芬在内的化合物通过互补机制汇聚在线粒体功能障碍上，包括蛋白质稳态受损、膜电位丧失以及电子传递链复合物紊乱，最终导致ATP耗竭和代谢崩溃。炎症信号可以通过抑制呼吸活动、消耗ATP和增加氧化失衡进一步加剧线粒体功能障碍。相反，某些代谢干预显示环境依赖性保护作用；例如，抑制糖酵解可以重新平衡细胞能量代谢，恢复线粒体呼吸，并减少过度的ROS积累。其他药物，如YM155和伊维菌素，直接定位到线粒体，通过损害氧化磷酸化、抑制细胞保护性自噬并促进氧化应激，从而在CML模型中限制代谢韧性并增强对TKI的敏感性。
2.3. 线粒体细胞死亡途径
2.3.1. 经典内源性凋亡
线粒体是内源性凋亡途径的核心效应器，并作为异质性应激信号的整合枢纽。在细胞损伤后——如生长因子剥夺、致癌应激或遗传毒性损伤——促凋亡BCL-2家族成员（如BAX和BAK）发生构象激活并在线粒体外膜上寡聚化。该过程诱导线粒体外膜通透化，使细胞色素c释放到胞质中，随后凋亡体组装、caspase-9激活，以及下游效应caspase的参与，最终导致程序性细胞死亡。在CML中，这种线粒体检查点经常因抗凋亡蛋白（BCL-2、BCL-XL、MCL-1）的过度表达而受到抑制，这些蛋白隔离BH3-only激活剂并维持线粒体完整性，从而维持白血病细胞存活和治疗耐药。值得注意的是，经典线粒体凋亡并非在所有情况下都被一致激活，而是在特定的双重应激条件下变得突出，例如当糖酵解和氧化磷酸化同时被抑制时（如伊马替尼加L-天冬酰胺酶或STAT3抑制剂）。CML中细胞死亡机制改变的图形化概述见图3。
2.3.2. 线粒体凋亡的药理学诱导
许多治疗策略利用线粒体途径在CML中诱导凋亡。如前所述，许多策略可能汇聚于ROS积累，这会影响线粒体完整性、降低膜电位，并触发细胞色素c释放及随后的caspase激活——这是内源性凋亡的标志。基于辐射的方法确实支持以线粒体为中心的细胞毒性。低剂量和高剂量辐射均能降低线粒体膜电位，调节caspase-3激活，并使BAX/BCL-XL比率向凋亡方向转变。类似地，伊马替尼和尼洛替尼等TKI主要通过BCL-XL下调增加促凋亡的BAX/BCL-XL比率，从而促进线粒体外膜通透化。此外，在与MDM2抑制剂Nutlin-3联合使用时，伊马替尼能诱导BAX激活，促进线粒体外膜通透化及随后的caspase级联反应。治疗干预可以直接通过损害膜完整性，或间接通过改变BCL-2家族平衡来参与线粒体凋亡。其他化合物也已通过线粒体介导的机制显示出抗白血病活性。这些包括双氢青蒿素（DHA）（一种安全有效的青蒿素衍生物，在CML细胞中从mRNA水平显著抑制BCR-ABL融合基因表达）；组蛋白去乙酰化酶抑制剂辛二酰苯胺异羟肟酸（SAHA）与新型多靶点酪氨酸激酶抑制剂S116836的联合；氯硝柳胺（一种FDA批准的驱虫药，对表达T315I BCR-ABL的CML细胞有效）；SNS-032（一种细胞周期蛋白依赖性激酶7（CDK7）和CDK9抑制剂，目前处于I期临床试验）；以及吡维铵（另一种FDA批准的驱虫药，选择性靶向BP-CML CD34+祖细胞）。这些药物通过促进线粒体膜不稳定、调节BCL-2家族蛋白相互作用和/或诱导凋亡诱导因子（AIF）和细胞色素c等凋亡因子的释放来发挥其作用。此外，包括GLA、二甲双胍、HHT、TMQ0153和洛美利嗪在内的药物，通过不同的机制进一步诱导线粒体功能障碍，包括复合物I抑制、ATP耗竭和/或ROS积累，最终导致凋亡性细胞死亡。使用CXCR4拮抗剂BKT140破坏基质保护可促进膜去极化和细胞色素c释放，伊马替尼可增强这种效应。氯喹则通过NOXA依赖性MCL-1耗竭和ERK抑制激活内源性凋亡，有利于促凋亡的BCL-2信号。致癌性BCR-ABL可能通过阻止p53转位到细胞质和线粒体来主动抑制线粒体凋亡，从而阻断Bax激活及其插入线粒体外膜。然而，几种策略——包括有机钯化合物7b、神经酰胺与达沙替尼联合、丹参酮IIA以及双药纳米颗粒——可以克服这种效应并恢复线粒体凋亡信号。即使在耐药情况下，线粒体凋亡也可以被重新激活。紫外线照射会增加氧化应激和DNA损伤，增强伊马替尼耐药细胞的线粒体去极化和凋亡。BH3模拟物ABT-737通过膜去极化、caspase-3激活和HtrA2/Omi介导的XIAP降解，特别是与TKI联合使用时，能降低凋亡阈值。应激适应的亚群，如FOLR3 SNP+白血病干细胞，显示出与衰老样表型相关的线粒体过度激活和氧化应激特征，这可能有助于无治疗缓解。多种小分子尽管靶点不同，但都能诱导线粒体功能障碍和凋亡。这些包括没食子酸、HS-438、ST1926、MPT0B169和α-没药醇，它们都能促进CML细胞的膜去极化、细胞色素c释放和caspase激活。同样，BIIB021和奥美昔芬通过重塑BCL-2家族蛋白平衡（上调Bak/Bad，下调Mcl-1）增强凋亡，导致caspase-9/-3激活和PARP切割，强调线粒体功能障碍是关键的执行节点。其他证据将线粒体ROS与内皮毒性联系起来，并联系到即使在耐药情况下也能诱导凋亡。小分子survivin抑制剂YM155通过下调survivin和MCL1损害线粒体完整性，从而促进凋亡，而GATA4上调则增强促凋亡BCL-2家族成员的表达，将平衡转向程序性细胞死亡。
2.3.3. 代谢应激诱导的凋亡
最近的发现进一步强调了线粒体功能和代谢重编程在CML干细胞存活和清除中的关键作用，特别是在TKI压力下。抑制HIF-1可恢复原本静止的白血病干细胞的线粒体代谢，增加其对TKI介导的清除的脆弱性。这种组合方法破坏了白血病干细胞的静止状态，显著降低了其长期再生能力，并导致功能耗竭。除了HIF-1依赖性途径，额外的线粒体调节因子通过线粒体控制关键性地塑造白血病干细胞命运。miR-142的缺失导致关键线粒体GTP酶MFN1上调，促进线粒体融合，通过防止线粒体碎片化和随后的凋亡来支持白血病干细胞存活，而其恢复则逆转了这种表型。同样，SIRT1在白血病干细胞维持中起着关键作用。SIRT1的基因消融不仅损害白血病进展，而且显著减少白血病干细胞的自我更新；在与TKI联合使用时，SIRT1缺失通过诱导线粒体应激增强凋亡性细胞死亡。氧化还原稳态和线粒体质量控制进一步调节死亡敏感性。NOX2/NOX4平衡的改变破坏了线粒体膜电位并诱导细胞内钙超载，从而激活细胞死亡程序。TXNIP作为硫氧还蛋白抗氧化系统的负调节因子，对线粒体完整性产生深远影响。TXNIP过表达导致线粒体肿胀、膜去极化和对凋亡的敏感性增加，这在伊马替尼耐药的CML细胞中尤为明显。线粒体结构的破坏也与治疗诱导的杀伤有关。抑制DHODH诱导线粒体形态的显著改变，伴随线粒体膜电位丧失，最终导致凋亡，而尿苷补充可挽救这种凋亡，这加强了线粒体途径在DHODH依赖性致死中的中心地位。在这个框架中，一些药物主要通过上游程序发挥作用（例如，二甲双胍通过内质网应激），而另一些药物则更直接地作用于线粒体（例如，GLA和TMQ0153），促进ROS依赖性线粒体损伤，最终导致程序性细胞死亡。重要的是，线粒体特征也与耐药表型密切相关。显示线粒体膜电位降低的细胞通常对TKI和其他药物反应较差。相反，将TKI与破坏线粒体功能的化合物（如ATP合酶抑制剂寡霉素A、包括驱虫药氯硝柳胺在内的杀虫剂，或ERK信号通路抑制剂）联合使用，会显著增强凋亡性细胞死亡。最后，自噬受损——部分由核心自噬相关基因ATG7的缺失介导，该基因对线粒体质量控制至关重要——导致ROS积累，并与TKI协同促进白血病祖细胞死亡，强调了氧化还原缓冲和自噬通量在维持线粒体完整性和导致治疗耐药中的作用。
2.3.4. 非凋亡性细胞死亡的诱导
除了凋亡，线粒体还参与其他形式的调节性细胞死亡，如铁死亡，这是一种由致死性脂质过氧化驱动的铁依赖性过程。铁死亡受线粒体脂质代谢和氧化还原平衡的影响，并由关键调节因子控制，包括酰基辅酶A合成酶长链家族成员4（ACSL4），它促进多不饱和脂肪酸掺入膜磷脂，以及GPX4，它通过解毒脂质过氧化物来抑制铁死亡。线粒体ROS和三羧酸循环活性可以进一步增强脂质过氧化和铁死亡易感性。除了细胞自主杀伤，线粒体损伤还可以塑造CML细胞死亡的免疫原性。TMQ0153诱导的坏死性凋亡促进损伤相关分子模式的释放，从而增加免疫原性输出。合成的甲基化吲哚醌MAC681通过快速消耗NAD+、消散膜电位和引起线粒体钙超载来触发线粒体细胞死亡。这些事件导致ATP崩溃、线粒体肿胀和AIF释放，最终导致caspase非依赖性坏死性凋亡细胞死亡，这种死亡在TKI耐药克隆中仍然有效。
- 结论与未来方向
得益于BCR-ABL1-TKI的开发和广泛应用，CML已从一种致命的血液系统恶性肿瘤演变为一种在很大程度上可控的慢性疾病。尽管取得了显著的临床成功，但CML在生物学上仍然复杂且在治疗上具有挑战性，特别是由于白血病干细胞的持续存在，这可能导致一部分患者出现耐药性。在此，我们总结了新兴证据，表明线粒体作为CML病理生物学的中心调节器，整合氧化还原信号、代谢可塑性和细胞死亡控制，以维持白血病细胞在致癌和治疗应激下的存活。越来越多的证据表明，CML中的线粒体功能障碍不仅仅是转化的一种后果，而是由BCR-ABL1信号驱动，并通过表观遗传、转录和代谢适应得到加强的一个主动调节过程。特别是白血病干细胞，表现出独特的线粒体表型，其特点是对氧化磷酸化的依赖性增加、抗氧化防御增强以及线粒体动力学改变。这些特征使白血病干细胞能够维持静止状态、逃避凋亡并在长期TKI暴露下存活，从而构成微小残留病和复发的储存库。在CML中，氧化应激是一把双刃剑。在受控水平上，ROS作为信号中间体，促进增殖、代谢适应和干细胞维持。然而，当ROS超过缓冲能力时，它们会诱导线粒体功能障碍、DNA损伤以及凋亡或非凋亡性细胞死亡途径的激活。因此，ROS产生与抗氧化能力之间的精细平衡代表了一个关键的脆弱性。重要的是，耐药的CML细胞通常表现出增强的氧化还原缓冲能力，这突显了选择性破坏氧化还原稳态同时保护正常造血细胞的治疗策略的潜力。代谢重编程进一步增强了CML中线粒体的韧性。白血病细胞，特别是白血病干细胞，并非严格遵循Warburg范式，而是保留了代谢灵活性，能够根据环境线索和药物压力在糖酵解、谷氨酰胺分解、脂肪酸氧化和氧化磷酸化之间动态切换。这种可塑性限制了单一药物代谢干预的持久性，但同时为能够瓦解代偿途径的合理联合策略创造了机会。HIF-1信号、SIRT1-PGC-1α介导的线粒体生物发生、钙依赖性代谢调节以及miRNA控制的线粒体动力学的新兴作用强调，线粒体代谢紧密嵌入更广泛的信号网络之中。线粒体也是CML中多种调节性细胞死亡形式的汇聚点，包括内源性凋亡、坏死性凋亡和铁死亡。尽管经典的线粒体凋亡常因BCR-ABL介导的p53信号抑制和抗凋亡BCL-2家族蛋白的过度表达而受到抑制，但大量研究表明，在特定的应激条件下或通过联合治疗，线粒体死亡途径可以重新激活。值得注意的是，线粒体靶向药物即使在TKI耐药的情况下也能诱导细胞死亡，并且在某些情况下，独立于经典的caspase激活，从而绕过关键的耐药机制。从转化医学的角度来看，这些发现强烈支持从仅靶向BCR-ABL激酶活性的策略转向利用线粒体脆弱性的方法。将TKI与干扰线粒体代谢、氧化还原平衡、钙稳态或线粒体质量的药物联合使用，有望消除持续存在的白血病干细胞，并提高持久无治疗缓解率。本综述中讨论的针对CML中氧化应激、线粒体代谢和细胞死亡途径的最相关药物列表，见表1。值得注意的是，鉴于线粒体在正常造血干细胞和非恶性组织中的重要作用，这些化合物的治疗选择性和潜在毒性在临床转化前需要仔细评估。展望未来，研究应侧重于（i）定义预测反应、耐药性和适合无治疗缓解的线粒体生物标志物；（ii）在单细胞水平解析白血病干细胞区室内的代谢异质性；以及（iii）将线粒体靶向治疗整合到合理的、生物标志物指导的联合方案中。药物递送系统的进步，包括线粒体靶向化合物和基于纳米颗粒的制剂，可能进一步提高治疗精度。总之，线粒体在CML生物学中占据着核心且以前被低估的作用，将致癌信号、代谢适应、氧化还原控制和细胞死亡抵抗联系起来。因此，靶向线粒体功能代表了一种引人注目的、生物学上合理的策略，以克服残留病灶、预防复发，并最终更接近治愈这种恶性肿瘤。
作者贡献：概念化和监督，N.A.；方法学、调查、初稿撰写，F.C., I.V., A.B., L.G., M.M., R.C. 和 M.E.G.C.；审阅和编辑，N.A., M.G. 和 M.E.G.C.。所有作者均已阅读并同意出版的稿件版本。
资金：N.A. 获得了意大利癌症研究协会的资助（IG24449）以及PRIN PNRR的支持（编码：P2022THN5N；CUP：F53D23012310001）。N.A. 和 M.E.G.C. 感谢PNRR CN00000041“开发基于RNA技术的基因治疗和药物”项目。
数据可用性声明：本研究未创建或分析新数据。数据共享不适用于本文。
利益冲突：作者声明无利益冲突。
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