王天城(綜述)， 楊旭龍， 湯依萍， 彭青和， 周安， 吳鵬(審校)

銅是人類肝臟中含量較高的必需過渡金屬，僅次于鐵和鋅，是體內(nèi)多數(shù)氧化酶的輔基。銅離子作為輔助因子傳遞給銅藍(lán)蛋白(ceruloplasmin，CP)、超氧化物歧化酶1(superoxide dismutase 1，SOD1)、金屬硫蛋白(metallothionein，MT)、細(xì)胞色素C氧化酶(cytochrome C oxidase，COX)、凝血因子Ⅴ和Ⅰ等，參與細(xì)胞能量代謝、抗氧化、神經(jīng)遞質(zhì)形成等重要生命活動[1]。體內(nèi)銅的含量需要維持相對穩(wěn)定，銅代謝發(fā)生異常會引發(fā)一系列的機(jī)體功能障礙，引起嚴(yán)重的臨床癥狀。

銅進(jìn)入機(jī)體后，由小腸吸收，轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟內(nèi)代謝，然后通過血液運(yùn)輸至各組織器官。以細(xì)胞利用銅離子為例，還原成一價(jià)的銅離子由銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(copper transporter 1，Ctr1)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(divalent metal transporter 1，DMT1)也可吸收少數(shù)的Cu2+。胞內(nèi)銅通過超氧化物歧化酶銅伴侶蛋白(copper chaperone of superoxide dismutase，CCS)插入SOD1、通過COX17傳遞到線粒體中的COX合成物1/2(synthesis of cytochrome C oxidase 1/2，SCO1/2)后整合至COX中、通過抗氧化蛋白1(anti-oxidant 1，ATOX1)轉(zhuǎn)運(yùn)到反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(trans-Golgi network，TGN)上的銅轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶α肽(ATPase Cu2+transporting alpha polypeptide，ATP7A)和銅轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶β肽(ATPase Cu2+transporting beta polypeptide，ATP7B)。銅代謝結(jié)構(gòu)域包含體1(copper metabolism mouse U2af1-rs1 region 1，COMMD1)參與ATP7B的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，并且是該轉(zhuǎn)運(yùn)體從質(zhì)膜向TGN逆行運(yùn)動所必需的。適配器蛋白復(fù)合體1(adaptor protein complex 1，AP-1)調(diào)節(jié)ATP7A和ATP7B在細(xì)胞中的定位(圖1)。近年來，隨著分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的發(fā)展，銅代謝的基礎(chǔ)與臨床研究取得了一定進(jìn)展。本研究將從銅代謝相關(guān)基因、蛋白結(jié)構(gòu)、生理功能及關(guān)聯(lián)疾病作一綜述。

圖1 銅代謝相關(guān)蛋白模式圖Fig.1 Diagram of copper metabolism related proteins

1 腸道吸收銅代謝相關(guān)蛋白

1.1 Ctr1 Ctr1是一種由SLC31A1基因編碼的對Cu2+具有高親和力的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要定位在細(xì)胞膜上[2]。人類銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(human copper transporter 1，hCtr1)含有190個(gè)氨基酸殘基，其分子結(jié)構(gòu)主要由4個(gè)部分構(gòu)成：(1)1個(gè)暴露在膜外的糖基化N-末端結(jié)構(gòu)；(2)3個(gè)單環(huán)跨膜區(qū)域結(jié)構(gòu)；(3)1個(gè)在第一和第二跨膜結(jié)構(gòu)間起連接作用長度可變的細(xì)胞內(nèi)環(huán)形結(jié)構(gòu)；(4)1個(gè)膜內(nèi)的C-末端結(jié)構(gòu)。Ctr1蛋白暴露在膜外的糖基化N-末端，含有較豐富的蛋氨酸和組氨酸，具有交纏結(jié)構(gòu)，有利于Cu2+的結(jié)合。

人體內(nèi)銅的吸收主要依賴位于腸道細(xì)胞頂膜和大多數(shù)組織中的Ctr1，由于Ctr1只能對Cu+進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，所以Cu2+會先還原成Cu+，這一過程可能是金屬還原酶、維生素C及DCYTB介導(dǎo)的。Cu+在富含蛋氨酸和組氨酸的N-末端?？奎c(diǎn)通過Ctr1寡聚體對稱的通道狀結(jié)構(gòu)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)[3]。Ctr1的N-端富含組氨酸的結(jié)構(gòu)域，對Cu2+有著很高的親合度并且參與Ctr1對銅的攝取。Cu+借助Ctr1蛋白從膜外主動轉(zhuǎn)運(yùn)至膜內(nèi)后，作為輔助因子在細(xì)胞內(nèi)相關(guān)蛋白間遷移。自然選擇進(jìn)化出了一套十分嚴(yán)密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，通過一系列蛋白確保Cu+安全到達(dá)正確的靶點(diǎn)而不產(chǎn)生危害[4]。目前研究發(fā)現(xiàn)，hCtr1蛋白捕獲的Cu+主要傳遞至3個(gè)靶向蛋白:線粒體中的COX、細(xì)胞質(zhì)中的SOD1和TGN。在動物模型研究中發(fā)現(xiàn)，Ctr1蛋白發(fā)生異常會導(dǎo)致胚胎死亡，致病基因?yàn)镾LC31A1，但人類中未見報(bào)道[5]。

1.2 ATP7AATP7A基因定位于Xq21.1，含有23個(gè)外顯子，是編碼1 500個(gè)氨基酸的銅轉(zhuǎn)運(yùn)p型ATP酶。ATP7A的蛋白結(jié)構(gòu)包括3個(gè)部分：N-端6個(gè)金屬結(jié)構(gòu)域(metal-binding domain 1～6，MBD1～MBD6)、8個(gè)跨膜區(qū)域(transmembrane domain 1～8，TMD1～TMD8)以及C-端區(qū)域[6]。TMD1～TMD8組成ATP7A蛋白的銅跨膜運(yùn)輸通道，TMD4和TMD5之間為活化區(qū)域(phosphatase domain，A-domain)，TMD6與TMD7之間存在一個(gè)磷酸化區(qū)域(phosphorylation domain，P-domain)和核苷酸結(jié)合區(qū)域(ATP-binding domain，N-domain)。ATOX1傳遞的Cu+可與MBD1～MBD6結(jié)合，MBD通過其激活啟動泵送[7]。MBD1～MBD4主要與A-domain相互作用，MBD5～MBD6則調(diào)節(jié)酶與銅的親和力，每個(gè)MBD都有1個(gè)由柔性環(huán)連接的緊湊折疊使其行動[8]。ATP7A羧基末端存在保守的2個(gè)亮氨酸殘基，ATP7A在細(xì)胞中的內(nèi)吞和外排作用與之相關(guān)。

ATP7A定位于TGN上，主要功能為調(diào)控Cu2+運(yùn)輸、排泄以及催化ATP分解。除肝臟外的組織中，銅通過ATP7A離開細(xì)胞質(zhì)并穿過基底外側(cè)膜[7]。正常生理情況下，銅會被泵入分泌途徑，ATOX1將銅運(yùn)輸至高爾基體，并通過ATP7A轉(zhuǎn)運(yùn)至TGN，促進(jìn)銅酶的合成[9]。當(dāng)胞內(nèi)銅水平偏高時(shí)，ATP7A會重新定位，從而泵出多余的銅[8]，高爾基體上ATP7A遷徙到細(xì)胞膜上，Cu2+與其N-端的金屬結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后，ATP與ATP激酶完成結(jié)合并生成ADP。此時(shí)Cu2+轉(zhuǎn)移至酶核心，最后通過去磷酸化將多余的銅排出細(xì)胞，當(dāng)胞內(nèi)銅穩(wěn)態(tài)恢復(fù)后ATP7A重返至高爾基體上[9]。

ATP7A基因缺陷導(dǎo)致X連鎖疾?。赫斫蔷C合征(OMIM 304150)、脊髓性肌萎縮遠(yuǎn)端X連鎖3(SMAS3，OMIM 300489)和門克斯病(OMIM 309400)。ATP7A基因近半數(shù)突變位于外顯子4、9、10和15。BAKKAR等[10]研究發(fā)現(xiàn)，ATP7A基因中攜帶p.Met1311Val(M1311V)替代變種，該突變對其作為Ctr1的作用產(chǎn)生負(fù)面影響，并損害運(yùn)動神經(jīng)元功能和形態(tài)。門克斯病是一種由ATP7A基因突變引起的X-連鎖隱性遺傳病，基因突變導(dǎo)致ATP7A功能障礙，進(jìn)而引起體內(nèi)銅分布異常，神經(jīng)組織、肝臟和血液中的銅含量嚴(yán)重缺乏。門克斯病患者的臨床特征可以解釋為缺乏銅依賴酶[8]。該病發(fā)病率為0.000 27%～0.000 33%[11]，到目前為止，已發(fā)現(xiàn)超過270種ATP7A基因突變可以導(dǎo)致該疾病的發(fā)生。FUJISAWA等[12]通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增和外顯子的直接測序明確診斷門克斯病，該研究調(diào)查了日本1975—2013年間的66例患者，共檢測到55種不同的突變，其中20種是新突變，突變位于6個(gè)銅結(jié)合位點(diǎn)、第1～3和第6跨膜區(qū)以及ATP結(jié)合位點(diǎn)周圍。毛雨鴿等[13]研究發(fā)現(xiàn)，銅補(bǔ)充劑作為門克斯病的一線治療藥物，可直接提高腦內(nèi)和血清中的銅含量。側(cè)腦室注射高劑量攜帶有ATP7A基因的重組腺相關(guān)病毒9型(rAAV9-sATP7A)聯(lián)合肌內(nèi)注射銅-組氨酸有望成為新的治療方式，但其安全性和有效性仍有待臨床試驗(yàn)證實(shí)[13]。

1.3 DMT1DMT1基因定位于12號染色體，含有43 999對堿基，包含17個(gè)外顯子，cDNA全長4 142 bp，最初被稱為自然抗性相關(guān)巨噬細(xì)胞蛋白2(natural resistance associated macrophage protein 2，Nramp2)，后因研究證明其可轉(zhuǎn)運(yùn)Fe2+和Cu2+等離子，故又被命名為二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體[14]。DMT1蛋白結(jié)構(gòu)包括12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域、膜內(nèi)的氨基和羧基末端，第4跨膜區(qū)是其重要功能區(qū)域，若發(fā)生突變會嚴(yán)重影響DMT1的正常功能，其mRNA由不同的剪切方式產(chǎn)生+IRE和-IRE兩種類型。

DTM1作為維持胞內(nèi)二價(jià)金屬離子穩(wěn)態(tài)的重要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其基因廣泛表達(dá)于小腸、肝臟、腎臟和肺等組織器官[15]，主要分布在細(xì)胞內(nèi)循環(huán)的內(nèi)吞小泡和細(xì)胞膜上，可以轉(zhuǎn)運(yùn)鐵、銅、錳等多種二價(jià)金屬離子，發(fā)生異常所關(guān)聯(lián)的疾病是小細(xì)胞低色素性貧血并肝鐵過載。

2 肝臟銅代謝相關(guān)蛋白

2.1 ATP7BATP7B基因定位于染色體13q14.3，全長約85 kb，包括21個(gè)外顯子和20個(gè)內(nèi)含子，由1 465個(gè)氨基酸組成[16-17]。主要在肝臟和腎臟中表達(dá)，肺、胎盤和大腦中也有少量表達(dá)。ATP7B是一種跨膜蛋白，主要由3個(gè)部分構(gòu)成：(1)6個(gè)N-端銅離子結(jié)合區(qū)，每個(gè)大約包含30個(gè)氨基酸，每個(gè)ATP7B分子可與6個(gè)Cu2+結(jié)合；(2)8個(gè)不連續(xù)的橫跨膜離子通道，是金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域的標(biāo)記；(3)P型 ATP功能區(qū)，P-domain是P型ATP酶的標(biāo)記、A-domain使ATP酶結(jié)構(gòu)還原、N-domain是ATP的結(jié)合點(diǎn)。其中外顯子2可與細(xì)胞質(zhì)中游離的Cu2+結(jié)合，即位于N-端的MBDs。

ATP7B主要的生物學(xué)功能是在肝細(xì)胞中將胞質(zhì)內(nèi)ATOX1蛋白攜帶的Cu2+轉(zhuǎn)運(yùn)至TGN，并將銅負(fù)載到新合成的CP上，參與CP的合成。在高銅濃度下，ATP7B轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體，將過量的銅運(yùn)輸至囊泡，通過胞吐作用隨膽汁經(jīng)膽小管排泄[15]。在此過程中，ATP水解，為ATP7B磷酸化提供能量，隨后再進(jìn)行脫磷酸化，為銅跨膜供能[17]。就ATP7B而言，不同突變間的致病性存在較大差異。即使是位于同一結(jié)構(gòu)域的臨近突變，也可能存在截然不同的功能特性。ATP7B主要基因突變、功能改變及臨床表型見表1。

表1 ATP7B突變、功能改變及臨床表型Tab.1 ATP7B mutation，functional changes and clinical phenotype

ATP7B發(fā)生突變后可引起肝豆?fàn)詈俗冃?hepatolenticular degeneration，HLD)，又稱Wilson病(wilson’s disease，WD)，是一種常染色體隱性遺傳病。ATP7B突變后無法與Cu2+結(jié)合，導(dǎo)致銅在肝臟、大腦等組織器官中形成系統(tǒng)性沉積，繼而引起各種臨床表現(xiàn)。主要表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的肝硬化、錐體外系癥狀、精神癥狀、腎損害及角膜色素環(huán)(kayser-fleischer ring，K-F環(huán))等，以進(jìn)行性肝病和神經(jīng)精神障礙最常見。WD患者因ATP7B功能異常，導(dǎo)致高爾基體中CP無法承載銅，因此無法適當(dāng)?shù)貙~排泄到膽汁中[18]。《中國肝豆?fàn)詈俗冃栽\治指南2021》[19]簡化了HLD的診斷標(biāo)準(zhǔn)，指出臨床上對于高度懷疑患者篩查ATP7B基因是否發(fā)生p.R778L、p.P992L和p.T935M 3種突變類型的重要性，強(qiáng)調(diào)ATP7B基因篩查對于“可能肝豆?fàn)詈俗冃浴被颊叩闹匾?。目前，WD的治療核心主要是抑制銅的吸收和促進(jìn)銅的排泄。指南強(qiáng)調(diào)出現(xiàn)癥狀前的個(gè)體以及經(jīng)過治療癥狀穩(wěn)定的患者的維持治療，可單用鋅劑或者聯(lián)合應(yīng)用小劑量絡(luò)合劑。指南同時(shí)指出，肝移植術(shù)后患者應(yīng)堅(jiān)持低銅飲食并口服鋅劑，并對D-青霉胺、二巰丙磺酸鈉、二巰丁二酸膠囊及鋅制劑的用量作出了新的規(guī)范要求。ZHOU等[20]通過隨機(jī)對照試驗(yàn)比較WD患者在用金屬質(zhì)子治療期間大腦磁敏感加權(quán)成像變化的方法，認(rèn)為與D-青霉胺相比，使用二巰丙磺酸鈉和二巰丁二酸的治療可更快改善WD患者的神經(jīng)癥狀，減少惡化概率，為臨床用藥提供指導(dǎo)。CAI等[21]通過對WD患者的糞便樣本進(jìn)行16S rRNA測序，并與健康人群進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)WD患者腸道微生物群的多樣性和組成明顯低于健康個(gè)體以及前組宿主免疫和代謝相關(guān)系統(tǒng)通路所涉及的菌群數(shù)量較低的現(xiàn)象，這為未來從腸道微生物菌群著手治療WD提供了新的思路。湯珊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，CRISPR/Cas9介導(dǎo)的ATP7B點(diǎn)突變校正是可行的，有可能應(yīng)用于臨床治療WD。VTX-801是一種攜帶小型功能性ATP7B銅轉(zhuǎn)運(yùn)體基因的腺相關(guān)病毒藥物，其治療機(jī)制在于通過外源性導(dǎo)入銅轉(zhuǎn)運(yùn)體基因來恢復(fù)肝細(xì)胞的銅代謝水平。2021年8月，Vivet Therapeutics公司和輝瑞公司共同宣布VTX-801獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局快速通道資格。目前VTX-801基因療法已在臨床前模型中得到了驗(yàn)證，并已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局和歐盟委員會的孤兒藥資格認(rèn)定[22]，這是WD基因治療藥物的一項(xiàng)重大進(jìn)展。

2.2 COMMD1 人類COMMD1基因定位于染色體2p13-16，全長約235 kb，包括3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子。COMMD1蛋白質(zhì)包含190個(gè)氨基酸，具有代表性的COMMD結(jié)構(gòu)域位于殘基C-端，N-端含有多個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)。該蛋白在多種組織中均有表達(dá)，肝臟中與ATP7B的N-端直接相連。

COMMD1是COMMD蛋白家族中最典型的成員，是一種多功能性因子，參與許多生理過程的調(diào)節(jié)，包括銅穩(wěn)態(tài)、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化應(yīng)激、蛋白質(zhì)運(yùn)輸、NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄、缺氧誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄、DNA損傷反應(yīng)和腫瘤發(fā)生等。COMMD1調(diào)節(jié)ATP7A和ATP7B的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)突變或錯誤折疊的轉(zhuǎn)運(yùn)體泛素化和蛋白酶體降解，突變導(dǎo)致門克斯病和WD，其第164位天冬氨酸的同義突變p.D164D(c.492T>C)是ATP7BH1069Q純合突變患者神經(jīng)和肝臟癥狀早發(fā)的重要因素。COMMD1基因變異已被證明會導(dǎo)致伯靈頓犬發(fā)生銅中毒，其臨床表現(xiàn)與人類WD相似[5]。

3 血液轉(zhuǎn)運(yùn)銅相關(guān)蛋白

3.1 CP CP又稱銅氧化酶，是一種含銅的α2糖蛋白。人體CP基因定位于8號染色體3q24-q25.1，基因長度為45～65 kb，包含19個(gè)外顯子，由1 046個(gè)氨基酸和附著的4個(gè)寡糖-氨基葡萄糖組成，其相對分子質(zhì)量約為132 kD。CP以單一多肽鏈的形式存在于人體中，完整的單一多肽鏈自動裂解后形成3組由結(jié)構(gòu)域A1、A2、B組成的異體同形單元。每單元約有350個(gè)氨基酸殘基，3組單元間氨基酸序列高度同源。血漿中CP可結(jié)合6個(gè)銅原子，一、六區(qū)的交界面上的3個(gè)銅原子形成三核銅簇，對CP的催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有著重要作用，其余3個(gè)銅原子以單核形式存在于二、四、六區(qū)。CP屬于多銅氧化酶家族，具有氧化酶功能，可將Cu+氧化為Cu2+，使其在體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝。XU等[23]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CP水平<20 mg/dL時(shí)，WD的敏感性為99%、特異性為80.9%，CP水平<15 mg/dL時(shí)，WD的敏感性為95%、特異性為95%。此外CP與WD、遺傳性銅藍(lán)蛋白缺乏癥(hereditary aceruloplasminemia，HA)以及阿爾茨海默病(alzheimer disease，AD)等密切相關(guān)。

HA是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，CP是其致病基因，主要臨床表現(xiàn)為血色病、胰島素依賴型糖尿病、視網(wǎng)膜變性、錐體外系癥狀、皮質(zhì)下癡呆等神經(jīng)系統(tǒng)退行性變性癥狀，多數(shù)有輕度貧血[24]。Cu2+結(jié)合結(jié)構(gòu)域發(fā)生突變，會導(dǎo)致銅結(jié)合能力下降；糖基化修飾區(qū)的氨基酸發(fā)生突變，會導(dǎo)致CP滯留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；框移突變及無義突變，會導(dǎo)致CP表達(dá)量下降；氧化酶活性區(qū)域的氨基酸發(fā)生點(diǎn)突變，會導(dǎo)致CP亞鐵氧化酶活性下降[5,24]。CP發(fā)生錯義突變，會致使其與銅的結(jié)合能力缺失，如Q692K、D58H、G969S和G631R等突變。AD是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。鄧青芳等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，AD與CP異常相關(guān)，血液中游離銅水平與AD患者的認(rèn)知能力成負(fù)相關(guān)，并可預(yù)測認(rèn)知能力喪失的速度。AD患者腦脊液中有活性的CP減少，非活性的銅增加，這一病理變化可能對AD的發(fā)生發(fā)展起一定作用。

3.2 乙酰輔酶A轉(zhuǎn)運(yùn)體 乙酰輔酶A轉(zhuǎn)運(yùn)體主要功能是CP乙酰化修飾，其致病基因?yàn)镾LC33A1。發(fā)生異常時(shí)會出現(xiàn)低銅、CP缺乏及銅缺乏等癥狀，與之相關(guān)聯(lián)的疾病是Huppke-Brendl綜合征[5]。該綜合征是一種致死性的常染色體隱性遺傳病，伴有嚴(yán)重的發(fā)育遲緩、聽力喪失以及先天白內(nèi)障，患者的腦MRI表現(xiàn)為明顯的小腦發(fā)育不全和髓鞘形成不良，與門克斯病相似。

4 組織細(xì)胞利用銅相關(guān)蛋白

4.1 AP-1 AP-1定位于染色體7q22.1上的AP1S1基因，相對分子質(zhì)量為100 kD，編碼受體分子上起連接信號蛋白作用的小S亞單位(σ1A亞基)[26]。AP-1定位于TGN和內(nèi)體，與網(wǎng)狀蛋白結(jié)合參與ATP7A、ATP7B從TGN和內(nèi)體向質(zhì)膜運(yùn)輸及網(wǎng)狀蛋白外殼的組裝[27]。

MEDNIK綜合征是由AP1S1基因的7q22.1位點(diǎn)發(fā)生隱性突變引起的一種罕見的常染色體隱性神經(jīng)皮膚遺傳疾病，此時(shí)AP-1介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)銅蛋白異常轉(zhuǎn)運(yùn)，ATP7A和ATP7B有完整的酶活性，但功能發(fā)生障礙，導(dǎo)致銅代謝功能障礙、銅運(yùn)輸不足以及銅依賴酶減少[26]。AP1S1調(diào)節(jié)ATP7A在細(xì)胞內(nèi)正確定位的發(fā)現(xiàn)，首次證明MEDNIK綜合征是一種銅代謝紊亂相關(guān)疾病。結(jié)合門克斯病和WD在銅代謝異常方面的表型特征，MEDNIK綜合征的臨床表現(xiàn)為角化病、魚鱗病、腸病、聽力喪失、智力低下和周圍神經(jīng)病，新生兒從出生到1歲間即可表現(xiàn)出相關(guān)臨床癥狀[26]。MEDNIK綜合征可以將表現(xiàn)出復(fù)雜的神經(jīng)皮膚表型、腸道疾病的臨床評估和家族史調(diào)查作為診斷輔助，建議在魚鱗病和智力殘疾兒童的鑒別診斷中考慮進(jìn)行AP1S1基因分析。

4.2 ATOX1 人體ATOX1基因(human ATX1 homologue，HAH1)定位于染色體5q32-5q33，全長502 bp。編碼的ATOX1是含68個(gè)氨基酸的多肽，經(jīng)加工形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，含2個(gè)α螺旋、2個(gè)β折疊和1個(gè)N-端MXCXXC的結(jié)構(gòu)域，其N-末端的兩個(gè)半胱氨酸殘基負(fù)責(zé)結(jié)合Cu+。

HAH1與ATOX1有著相似的抗氧化活性，均可將Cu+轉(zhuǎn)運(yùn)給具有抗氧化作用的相關(guān)蛋白，但自身卻無抗氧化功能。位于hCtr1 C-端8肽的Cu+被轉(zhuǎn)移給ATOX1[28]，ATOX1與之結(jié)合后，通過利用ATP水解釋放出的能量將銅轉(zhuǎn)運(yùn)至TGN上ATP7A和ATP7B的-NH2末端，參與合成各種銅依賴酶。

ATOX1通過變構(gòu)調(diào)節(jié)MBDs啟動ATP7A/B泵的活性[8]。在體外實(shí)驗(yàn)中，純化的ATOX1銅結(jié)合能力隨著時(shí)間的推移而減弱[29]。GE等[30]發(fā)現(xiàn)，ATOX1與CCS的結(jié)構(gòu)域Ⅰ在體外的磁共振波譜相互作用下促進(jìn)銅的交換。ATOX1代謝紊亂時(shí)，會引起系統(tǒng)性銅缺乏，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致胚胎死亡或哺乳期夭折[1]。

4.3 CCSCCS基因定位于染色體11q13.2，由274個(gè)氨基酸殘基組成[30]。CCS蛋白含有249個(gè)氨基酸，相對分子質(zhì)量約29 kD。CCS單體有3個(gè)不同作用的結(jié)構(gòu)域：(1)結(jié)構(gòu)域Ⅰ位于N-端，由88個(gè)氨基酸組成，N-端含一個(gè)MXCXXC金屬結(jié)構(gòu)域(銅結(jié)合位點(diǎn))，類似于ATOX1；(2)結(jié)構(gòu)域Ⅱ位于中間，與SOD1高度同源但無SOD活性；(3)結(jié)構(gòu)域Ⅲ位于C-端，是由40個(gè)氨基酸殘基組成的一段無規(guī)則卷曲的多肽鏈，C-末端含有分子內(nèi)S-S橋形成所需的銅催化CXC位點(diǎn)[8,31]。

CCS是存在于細(xì)胞質(zhì)中SOD1的銅伴侶分子，能將Cu+專一性地插入SOD1的銅結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)形成二硫鍵介導(dǎo)激活SOD1，Cu2+位于SOD1的活性中心，通過得失電子實(shí)現(xiàn)SOD1的歧化作用[32]。SOD1活性在蛋白水平上受銅調(diào)控，而SOD3活性在基因水平上受銅調(diào)控[8]。細(xì)胞正常增殖發(fā)育必須依賴SOD1的抗氧化作用，因此通過抑制CCS的表達(dá)實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。CCS的缺乏會導(dǎo)致SOD1發(fā)生缺陷、活性下降，甚至是CCS缺乏癥[5]。HATORI等[29]指出，銅缺乏時(shí)CCS上調(diào)與ATOX1交換、分配銅，供SOD1成熟。

4.4 COX17COX17功能基因定位于3號染色體，假基因定位于17號染色體。COX17編碼的酸性蛋白定位在胞質(zhì)與線粒體內(nèi)膜之間，含有69個(gè)氨基酸殘基，相對分子質(zhì)量為8.2 kD。COX17的C-端含有線粒體結(jié)合位點(diǎn)，可將由Ctr1轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)的Cu+轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體，通過線粒體膜上的SCO1/2將Cu+組裝到位于呼吸鏈末端傳遞電子的COX中。COX17以未折疊的形式進(jìn)入線粒體膜間隙，從線粒體腔接受銅，并向COX11輸送銅。Cu2+是COX的活性中心，通過參與呼吸鏈電子的傳遞產(chǎn)生能量[26]。COX17代謝紊亂會使COX活性下降[5]，缺失可導(dǎo)致呼吸鏈缺陷，嚴(yán)重可導(dǎo)致胚胎死亡[1]。

5 總結(jié)與展望

銅作為機(jī)體必須的微量元素，在人體正常生命活動中發(fā)揮著重要作用，但同時(shí)具有一定毒性，超載或缺乏都會引起相關(guān)疾病。研究生理狀態(tài)下銅代謝的相關(guān)基因、蛋白表達(dá)、生理功能，有助于了解臨床上與之關(guān)聯(lián)的疾病，為臨床治療提供方向。目前與銅代謝相關(guān)蛋白相關(guān)的問題主要集中于以下兩點(diǎn)：一是可能存在尚未被發(fā)現(xiàn)的銅代謝相關(guān)蛋白；二是關(guān)于已發(fā)現(xiàn)的相關(guān)蛋白的研究仍有新突破可能，如CP在AD發(fā)生發(fā)展過程中的作用機(jī)制，胚胎期Ctr1發(fā)生異常所導(dǎo)致的疾病等。銅代謝的研究與發(fā)展前景十分廣闊，一方面利用一些新技術(shù)、新手段，如Duolink?PLA?技術(shù)、lcp結(jié)晶和微晶電子衍射(Microed)可能會發(fā)現(xiàn)新的基因突變位點(diǎn)，為臨床治療提供新的靶點(diǎn)。另一方面針對已發(fā)現(xiàn)的銅代謝相關(guān)蛋白的研究，主要分兩個(gè)層次，一是因基因突變引起的銅代謝疾病可采取基因治療，但受限于倫理；二是非基因突變引起的銅代謝疾病存在突破可能。今后可進(jìn)一步研究兩者關(guān)系，將銅代謝的基礎(chǔ)研究與關(guān)聯(lián)疾病的臨床實(shí)踐相結(jié)合，探討致病機(jī)制，采取針對性治療手段，以提高臨床療效。