Kazan medical journalKazan medical journalКазанский медицинский журнал0368-48142587-9359Eco-Vector69824410.17816/KMJ698244EEUFWSReviewsОбзорыReview ArticleRole of Diaphorase in Intracellular Activation of Prodrugs in Targeted Chemotherapy of CancersРоль диафоразы во внутриклеточной активации пролекарств таргетной химиотерапии онкологических заболеванийhttps://orcid.org/0009-0003-1296-18614245-8787FedorovV. N.ФедоровВладимир Николаевич
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Head, Scientific Department of the Institute of Pharmacy; Head, Pharmacological Research Department, M.V. Dorogov Center for Pharmaceutical Technology Transfer

д-р мед. наук, профессор, начальник, научный отдел института фармации; начальник, отдел фармакологических исследований Центра трансфера фармацевтических технологий им. М.В. Дорогова

fedorov.vladimir@hotmail.comhttps://orcid.org/0009-0009-6739-61544873-5508VdovichenkoVladimir P.ВдовиченкоВладимир Петрович
Belarus

MD, Cand. Sci. (Medicine), Assistant Professor, Depart. of Pharmacology

канд. мед. наук, доцент, каф. фармакологии

vmariposa60@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0003-0913-25712897-2520KorsakovMichael K.КорсаковМихаил Константинович
Russian Federation

Dr. Sci. (Chemistry), Assistant Professor, Head, Depart. of Biochemistry; director, M.V. Dorogov Pharmaceutical Technology Transfer Center

д-р хим. наук, доцент, заведующий, каф. биологической химии; директор, Центр трансфера фармацевтических технологий им. М.В. Дорогова

mkkors@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7931-17113994-4146RomanychevaAnna A.РоманычеваАнна Александровна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biology), research associate, Scientific Department of the Institute of Pharmacy; research associate, M.V. Dorogov Pharmaceutical Technology Transfer Center

канд. биол. наук, научный сотрудник, научный отдел института фармации; научный сотрудник, Центр трансфера фармацевтических технологий им. М.В. Дорогова

kai-ren@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0003-5743-69482266-1112KorovinaAlena V.КоровинаАлена Вадимовна
Russian Federation

junior research associate, Scientific Department of the Institute of Pharmacy; research engineer, M.V. Dorogov Pharmaceutical Technology Transfer Center

младший научный сотрудник, научный отдел института фармации; инженер-исследователь, Центр трансфера фармацевтических технологий им. М.В. Дорогова

a.korovina@yspu.orghttps://orcid.org/0000-0002-0297-81634974-9170ArshinovAndrej V.АршиновАндрей Владимирович
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Head, Depart. of Propaedeutics of Internal Diseases

д-р мед. наук, профессор, заведующий, каф. пропедевтики внутренних болезней

a_arshinov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3176-27169047-1399SuleimanovSalavat S.СулеймановСалават Шейхович
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, directo

д-р мед. наук, профессор, директор по развитию

suleymanov-sh@mail.ruYaroslavl State Medical UniversityЯрославский государственный медицинский университетYaroslavl State Pedagogical University named after K.D. UshinskyЯрославский государственный педагогический университет им. К.Д. УшинскогоGrodno State Medical UniversityГродненский государственный медицинский университетSaiko Russian-Japanese Medical CenterРоссийско-японский медицинский центр «Саико»2304202610730912202515012026Copyright ©; 2026, Eco-VectorCopyright ©; 2026, Эко-Вектор2026Eco-VectorЭко-Векторhttps://eco-vector.com/for_authors.php#07https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/698244

Diaphorase (NQO1, NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1) is an important biomarker of the presence and progression of cancer and also plays a key role in the activation of prodrugs used in targeted chemotherapy of tumors. This work aimed to compare data from long-term studies of the role of diaphorase in the intracellular activation of prodrugs used in targeted chemotherapy of oncologic diseases. The review includes data from relevant publications describing the biochemical functions of diaphorase, its role in oncology, and possibilities for increasing the effectiveness of antitumor therapy through induction of this enzyme. Articles published from 2000 to 2025 and indexed in the databases PubMed, ScienceDirect, and eLIBRARY.RU were analyzed. The study used methods of internet analysis, content analysis, and historical and descriptive-analytical approaches. Diaphorase accelerates the two-electron reduction of quinones to hydroquinones, preventing the formation of free radicals whereas simultaneously providing bioreductive activation of a number of cytotoxic drugs. Overexpression of diaphorase in malignant cells makes it possible to use this enzyme as a biocatalytic mechanism for selective delivery and activation of prodrugs, thereby increasing therapeutic effectiveness. The review examines modern enzyme–prodrug strategies, including ADEPT (Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy), GDEPT (Gene-Directed Enzyme Prodrug Therapy), and PMT (Prodrug Monotherapy), as well as prospects for induction of diaphorase by compounds of the 1,2-dithiole-3-thione class and phytochemical agents. The relationship between NQO1 activity, mitochondrial dysfunction of tumor cells, and initiation of apoptosis is emphasized. Overall, diaphorase is considered a promising molecular target for the development of new bioreductive and mitochondria-targeted antitumor drugs.

Диафораза (NQO1, НАД(Ф)Н-хиноноксидоредуктаза 1) является важным биомаркёром наличия и прогрессирования злокачественных новообразований, а также играет ключевую роль в активации пролекарств, применяемых в таргетной химиотерапии опухолей. Цель обзора — сравнение данных многолетних исследований, посвящённых роли диафоразы во внутриклеточной активации пролекарств таргетной химиотерапии онкологических заболеваний. В обзор включены данные релевантных публикаций, описывающих биохимические функции диафоразы, её роль в онкологии, а также возможности повышения эффективности противоопухолевой терапии путём индукции данного фермента. Проанализированы статьи, опубликованные в период 2000–2025 гг. и представленные в базах данных PubMed, ScienceDirect, eLibrary.Ru. В исследовании использованы методы интернет-анализа, контент-анализа, исторический и описательно-аналитический методы. Диафораза ускоряет двухэлектронное восстановление хинонов до гидрохинонов, предотвращая образование свободных радикалов и одновременно обеспечивая биоредуктивную активацию ряда цитотоксических препаратов. Сверхэкспрессия диафоразы в злокачественных клетках позволяет использовать её в качестве биокаталитического механизма для селективной доставки и активации пролекарств, что способствует повышению терапевтической эффективности. В обзоре рассмотрены современные стратегии «фермент — пролекарство», включая ADEPT (Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy), GDEPT (Gene-Directed Enzyme Prodrug Therapy), PMT (Prodrug Monotherapy), а также перспективы индукции диафоразы соединениями класса 1,2-дитиол-3-тионов и фитохимическими агентами. Подчёркивается взаимосвязь активности NQO1 с митохондриальной дисфункцией опухолевых клеток и инициацией апоптоза. В целом диафораза рассматривается как перспективная молекулярная мишень для разработки новых биоредуктивных и митохондриально-таргетных противоопухолевых препаратов.

diaphorase (NQO1)prodrugstargeted chemotherapymitochondriaapoptosisbioreductive drugsmitocansreviewдиафораза (NQO1)пролекарстватаргетная химиотерапиямитохондрииапоптозбиоредуктивные препаратымитоканыобзорГосударственное задание на осуществление научных исследований и разработок Ярославского государственного медицинского университета на 2025 год по теме: «Разработка новых лекарственных препаратов для таргетной химиотерапии онкологических заболеваний на основе конденсированных производных бензимидазола с узловым атомом азота».This work was prepared as a part of the state assignment for research and development of Yaroslavl State Medical University for 2025 on the Development of New Drugs for Targeted Chemotherapy of Oncological Diseases Based on Condensed Benzimidazole Derivatives With a Nodal Nitrogen Atom.Статья подготовлена в рамках государственного задания на осуществление научных исследований и разработок Ярославского государственного медицинского университета на 2025 год по теме: «Разработка новых лекарственных препаратов для таргетной химиотерапии онкологических заболеваний на основе конденсированных производных бензимидазола с узловым атомом азота».Wu Z, Xia F, Lin R. Global burden of cancer and associated risk factors in 204 countries and territories, 1980-2021: a systematic analysis for the GBD 2021. J Hematol Oncol. 2024;17(1):119. doi: 10.1186/s13045-024-01640-8 EDN: YUPSVAWu W, Zhang R. Cancer trends and risk factors in China over the past 30 years (1990–2019). J Cancer. 2023;14(10):1935–1945. doi: 10.7150/jca.83162 EDN: DYDVDOBray F, Laversanne M. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: Cancer J Clin. 2024;74:229–263. doi: 10.3322/caac.21834 EDN: FRJDQHGu YF, Lin FP, Epstein RJ. How aging of the global population is changing oncology. Ecancermedicalscience. 2021;15:ed119. doi: 10.3332/ecancer.2021.ed119 EDN: QGAEUTSamet JM, Chiu WA, Cogliano V, et al. The IARC Monographs: Updated Procedures for Modern and Transparent Evidence Synthesis in Cancer Hazard Identification. J Natl Cancer Inst. 2020;112(1):30–37. doi: 10.1093/jnci/djz169 EDN: KSACXEPushparaja. International Agency for Research on Cancer classification of carcinogens. Radiation Protection and Environment. 2018;41(2):104105. doi: 10.4103/rpe.RPE_59_18Rezende LFM, Murata E, Giannichi B, et al. Cancer cases and deaths attributable to lifestyle risk factors in Chile. BMC Cancer. 2020;20(1):693. doi: 10.1186/s12885-020-07187-4 EDN: NUDEZPSoerjomataram I, Shield K, Marant-Micallef C, et al. Cancers related to lifestyle and environmental factors in France in 2015. Eur J Cancer. 2018;105:103–113. doi: 10.1016/j.ejca.2018.09.009Marino P, Mininni M, Deiana G, et al. Healthy Lifestyle and Cancer Risk: Modifiable Risk Factors to Prevent Cancer. Nutrients. 2024;16(6):800. doi: 10.3390/nu16060800 EDN: WFJWHOSmith CEP, Prasad V. Targeted Cancer Therapies. Am Fam Physician. 2021;103(3):155–163.Katzung B. Katzung's Basic and Clinical Pharmacology, 16th Edition. OH: Mc Graw Hill; 2024. ISBN: 978-1-260-46330-9Mishra AB, Nishank SS. Therapeutic targeting approach on epithelial-mesenchymal plasticity to combat cancer metastasis. Med Oncol. 2023;40(7):190. doi: 10.1007/s12032-023-02049-y EDN: WHFFENChen SH, Yu JH, Lin YC, et al. Application of an Integrated Single-Cell and Three-Dimensional Spheroid Culture Platform for Investigating Drug Resistance Heterogeneity and Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) in Lung Cancer Subclones. Int J Mol Sci. 2025;26(4):1766. doi: 10.3390/ijms26041766 EDN: LCJHLRGiang I, Boland EL, Poon GM. Prodrug applications for targeted cancer therapy. AAPS J. 2014;16(5):899–913. doi: 10.1208/s12248-014-9638-z EDN: QUTXHXXu B, Sun Y, Singh SV. Mechanism of resistance to mitomycin C in a human bladder cancer cell line. Zhonghua Zhong Liu Za Zhi. 1995;17(5):343–346.Xu BH, Gupta V, Singh SV. Mechanism of differential sensitivity of human bladder cancer cells to mitomycin C and its analogue. Br J Cancer. 1994;69(2):242–246. doi: 10.1038/bjc.1994.46Tietze LF, Schmuck K. Prodrugs for targeted tumor therapies: recent developments in ADEPT, GDEPT and PMT. Curr Pharm Des. 2011;17(32):3527–3547. doi: 10.2174/138161211798194459Connors TA, Knox RJ. Prodrugs in cancer chemotherapy. Stem Cells. 1995;13(5):501–511. doi: 10.1002/stem.5530130507 EDN: XXMALNBoth GW. Recent progress in gene-directed enzyme prodrug therapy: an emerging cancer treatment. Curr Opin Mol Ther. 2009;11(4):421–432.Beyer RE, Segura-Aguilar JE, Ernster L. The anticancer enzyme DT diaphorase is induced selectively in liver during ascites hepatoma growth. Anticancer Res. 1988;8(2):233–238.Mikami K, Shirakusa T, Tsuruo T. DT-diaphorase. Gan To Kagaku Ryoho. 1997;24(11):1606–1610.Seow HA, Penketh PG, Baumann RP, Sartorelli AC. Bioactivation and resistance to mitomycin C. Methods Enzymol. 2004;382:221–233. doi: 10.1016/S0076-6879(04)82012-3Spanswick VJ, Cummings J, Smyth JF. Enzymology of mitomycin C metabolic activation in tumour tissue. Characterization of a novel mitochondrial reductase. Biochem Pharmacol. 1996;51(12):1623–1630. doi: 10.1016/0006-2952(96)00104-9 EDN: AKPMDTVarentsov VE, Rumyantseva TA, Myasishcheva TS. Distribution of NADPH-diaphorase positive structures of the rat olfactory bulb during ontogenesis. Pavlov Russian Medical and Biological Bulletin. 2018;26(1):5–20. doi: 10.23888/PAVLOVJ20182615-20 EDN: YVOYYZTimm S, Wittmi M, Gamlien S, et al. Mitochondrial Dihydrolipoyl Dehydrogenase Activity Shapes Photosynthesis and Photorespiration of Arabidopsis thaliana. Plant Cell. 2015;27(7):1968–1984. doi: 10.1105/tpc.15.00105 EDN: SSLIJLTossetta G, Fantone S, Goteri G, et al. The Role of NQO1 in Ovarian Cancer. Int J Mol Sci. 2023;24(9):7839. doi: 10.3390/ijms24097839 EDN: IPGIPVKhan AEMA, Arutla V, Srivenugopal KS. Human NQO1 as a Selective Target for Anticancer Therapeutics and Tumor Imaging. Cells. 2024;13(15):1272. doi: 10.3390/cells13151272 EDN: SPJWBOHu TY, Jin X, Qi ZT, et al. Design, synthesis, and anti-cancer evaluation of NQO1-responsive prodrug of gemcitabine. Eur J Med Chem. 2025;300:118146. doi: 10.1016/j.ejmech.2025.118146 EDN: ZQUDGDRoss D, Kepa JK, Winski SL, et al. NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 (NQO1): chemoprotection, bioactivation, gene regulation and genetic polymorphisms. Chem Biol Interact. 2000;129(1–2):77–97. doi: 10.1016/s0009-2797(00)00199-xArmstrong JS. Mitochondrial medicine: pharmacological targeting of mitochondria in disease. Br J Pharmacol. 2007;151(8):1154–1165. doi: 10.1038/sj.bjp.0707288 EDN: LYMJUDHeller A, Brockhoff G, Goepferich A. Targeting drugs to mitochondria. Eur J Pharm Biopharm. 2012;82(1):1–18. doi: 10.1016/j.ejpb.2012.05.014 EDN: RKWHEJZong WX, Rabbinate JD, White E. Mitochondria and Cancer. Mol Cell. 2016;61(5):667–676. doi: 10.1016/j.molcel.2016.02.011 EDN: WPLWDLNguyen C, Pandey S. Exploiting Mitochondrial Vulnerabilities to Trigger Apoptosis Selectively in Cancer Cells. Cancers. 2019;29;11(7):916. doi: 10.3390/cancers11070916 EDN: WEWHOWYang Y, An Y, Ren M, et al. The mechanisms of action of mitochondrial targeting agents in cancer: inhibiting oxidative phosphorylation and inducing apoptosis. Front Pharmacol. 2023;14:1243613. doi: 10.3389/fphar.2023.1243613 EDN: OBANPMHamilton C, Fox JP, Longley DB. Therapeutics Targeting the Core Apoptotic Machinery. Cancers. 2022;14(6):1441. doi: 10.3390/cancers14061441 EDN: FZZJJEKaur I, Behl T, Sachdeva M, et al. Exploring the Mitochondrial Apoptotic Cell Death Landscape and Associated Components Serving as Molecular Targets, Primarily for Synthetic and Natural Drugs Targeting Oncology Therapeutics. Curr Mol Pharmacol. 2021;14(6):1066–1082. doi: 10.2174/1874467214666210120145537 EDN: RRNCHCRalph SJ, Low P, Dong L, et al. Mitocans: mitochondrial targeted anti-cancer drugs as improved therapies and related patent documents. Recent Pat Anticancer Drug Discov. 2006;1(3):327–346. doi: 10.2174/157489206778776952 EDN: RMZLOPGrasso D, Zampieri L, Capeloa T. Mitochondria in cancer. Cell Stress. 2020;4(6):114–146. doi: 10.15698/cst2020.06.221 EDN: BWQLNEBegleiter A, Leith MK, Curphey TJ, Doherty GP. Induction of DT-diaphorase in cancer chemoprevention and chemotherapy. Oncol Res. 1997;9(6-7):371–382.Chetial P, Borgohain M. Role of Nutraceuticals in Treatment and Prevention of Cancer. Eur Chem Bull. 2023;12:1125–1149. doi: 10.31838/ecb/2023.12.sa1.102Sachdeva V, Roy A, Bharadvaja N. Current Prospects of Nutraceuticals: A Review. Curr Pharm Biotechnol. 2020;21(10):884–896. doi: 10.2174/1389201021666200130113441 EDN: XIKVLQMartinovic LS, Persuric Z, Pavelic K. Nutraceuticals and Metastasis Development. Molecules. 2020;25(9):2222. doi: 10.3390/molecules25092222 EDN: KRIBAFPrasad S, Gupta SC, Tyagi AK. Reactive oxygen species (ROS) and cancer: Role of antioxidative nutraceuticals. Cancer Lett. 2017;387:95–105. doi: 10.1016/j.canlet.2016.03.042 EDN: QCIJYPMaiuolo J, Gliozzi M, Carresi C, et al. Nutraceuticals and Cancer: Potential for Natural Polyphenols. Nutrients. 2021;13(11):3834. doi: 10.3390/nu13113834 EDN: XVNVPFBegleiterabc A, Leith M, Doherty G. Factors influencing the induction of DT-diaphorase activity by 1,2-dithiole-3-thione in human tumor cell lines. Biochem Pharmacol. 2001;61(8):955–964. doi: 10.1016/S0006-2952(01)00537-8 EDN: AMJQTDTakakuwa O, Oguri T, Ozasa H, et al. C609T polymorphism of NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 as a predictive biomarker for response to amrubicin. J Thorac Oncol. 2011;6(11):1826-32. doi: 10.1097/JTO.0b013e318229137dDanson S, Ward TH, Butler J, Ranson M. DT-diaphorase: a target for new anticancer drugs. Cancer Treat Rev. 2004;30(5):437–449. doi: 10.1016/j.ctrv.2004.01.002Yan D, Xu X, Ren C, et al. DT-diaphorase triggered theranostic nanoparticles induce the self-burst of reactive oxygen species for tumor diagnosis and treatment. Acta Biomater. 2021;125:267-279. doi: 10.1016/j.actbio.2021.02.033 EDN: EPBRRPLiu P, Xu J, Yan D, et al. A DT-diaphorase responsive theranostic prodrug for diagnosis, drug release monitoring and therapy. Chem Commun (Camb). 2015;51(46):9567–9570. doi: 10.1039/C5CC02149AOh ET, Park HJ. Implications of NQO1 in cancer therapy. BMB Rep. 2015;48(11):609–617. doi: 10.5483/bmbrep.2015.48.11.190