岳愷 方艷 綜述 王旭東 審校

銅是所有真核生物生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的微量元素。研究表明，銅作為多種關(guān)鍵代謝酶的輔助因子[1]，在廣泛的生物活動(dòng)中起重要作用，如能量轉(zhuǎn)換、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞增殖和血管生成等。正常情況下，細(xì)胞內(nèi)的銅濃度保持在較低水平，其吸收、分布、儲(chǔ)存和排出受到機(jī)體的嚴(yán)密調(diào)控，當(dāng)銅穩(wěn)態(tài)被打破時(shí)，細(xì)胞會(huì)發(fā)生一系列代謝障礙，引起多種疾病，如門克斯病[2]和威爾遜氏病[3]。多項(xiàng)研究表明，與健康組織相比，包括乳腺癌[4]、甲狀腺癌[5]、肺癌[6]和卵巢癌[7]在內(nèi)的多種惡性腫瘤組織和血清中含有更高的銅水平，而高水平的銅離子與腫瘤的增殖與轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

細(xì)胞死亡逃逸是腫瘤的重要特征之一。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞凋亡以及其他調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡（regulated cell death，RCD）方式在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有不容忽視的作用[8]。近年來(lái)，針對(duì)RCD 通路的生化特征及分子機(jī)制的深入探索為惡性腫瘤的治療提供了多種靶點(diǎn)。2022 年Tsvetkov 等[9]提出一種銅依賴的新型細(xì)胞死亡形式，稱為銅死亡（cuproptosis），因其在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與治療等方面具有重要作用而廣受關(guān)注。本文對(duì)cuproptosis 的發(fā)生機(jī)制及其在不同腫瘤中的最新進(jìn)展及銅離子載體在腫瘤治療方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 銅代謝

在細(xì)胞內(nèi)，銅離子通過(guò)與一系列銅穩(wěn)態(tài)相關(guān)蛋白的相互作用發(fā)揮功能。Cu2+在血液中通過(guò)與血漿蛋白（如銅藍(lán)蛋白、白蛋白等）[10]結(jié)合被運(yùn)輸至細(xì)胞表面后，在金屬還原酶如人前列腺6-跨膜上皮抗原（human sixtransmembrane epithelial antigen of prostate，STEAP）蛋白的催化下還原為Cu+，隨后在銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（copper transporter 1，CTR1）［或稱為溶質(zhì)載體家族31 成員1（solute carrier family 31 member 1，SLC31A1）］介導(dǎo)下轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)[11]。通過(guò)與不同伴侶蛋白結(jié)合，Cu+被輸送至相應(yīng)蛋白質(zhì)靶點(diǎn)發(fā)揮作用。位于線粒體膜間的細(xì)胞色素C 氧化酶銅伴侶蛋白17（cytochrome c oxidase copper chaperone 17，COX17）將Cu+轉(zhuǎn)運(yùn)至下級(jí)攜銅蛋白，包括細(xì)胞色素C 合成氧化酶1/2（synthesis of cytochrome c oxidase 1/2，SCO1/2）和COX11，并進(jìn)一步遞送至細(xì)胞色素C 氧化酶（cytochrome c oxidase，COX），以激活線粒體呼吸鏈中酶的活性。超氧化物歧化酶銅伴侶蛋白（copper chaperone for superoxide dismutase，CCS）將Cu+轉(zhuǎn)運(yùn)至超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[12]?？寡趸瘎?1（antioxidant-1，ATOX1）一方面將Cu+運(yùn)輸至細(xì)胞核，使其與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合調(diào)控目的基因表達(dá)，另一方面將Cu+遞送到銅轉(zhuǎn)運(yùn)ATP 酶（copper-transporting ATPase），參與維持胞內(nèi)Cu+的正常水平。此外，銅儲(chǔ)存蛋白如金屬硫蛋白1/2（metallothionein 1/2，MT1/2）和谷胱甘肽（glutathione，GSH）具有高度的銅親和力，過(guò)量的Cu+與MT 或GSH 結(jié)合，可以使細(xì)胞內(nèi)的Cu+保持在生理水平，從而防止其對(duì)細(xì)胞造成損傷（圖1）。

圖1 細(xì)胞水平銅代謝

2 cuproptosis 發(fā)生機(jī)制

cuproptosis 是由Tsvetkov 等[9]首次提出的銅引發(fā)、依賴于線粒體呼吸的新型細(xì)胞死亡途徑。細(xì)胞內(nèi)異常積累的銅離子與三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)中脂?；M分直接結(jié)合，這些線粒體脂化蛋白的聚集以及隨后出現(xiàn)的鐵-硫簇蛋白的丟失誘發(fā)蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

銅離子載體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡具有銅依賴性[9]。伊利司莫（elesclomol，ES）是一種高效的銅離子載體，以ES-Cu2+復(fù)合物形式將Cu2+攜入胞內(nèi)。在線粒體鐵氧還蛋白1（ferredoxin 1，F(xiàn)DX1）介導(dǎo)下，Cu2+還原為Cu+并被釋放[13]。銅離子載體單獨(dú)處理或加入鐵等其他金屬離子不會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)，但當(dāng)加入銅離子后細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制。

銅離子載體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡機(jī)制不同于已知的細(xì)胞死亡途徑。Tsvetkov 等[9]發(fā)現(xiàn)ES 介導(dǎo)的細(xì)胞死亡并不影響細(xì)胞凋亡標(biāo)志caspase-3 的活性；敲除細(xì)胞凋亡關(guān)鍵效應(yīng)因子或應(yīng)用泛caspase 抑制劑處理細(xì)胞時(shí)，ES 的殺傷毒性保持不變。此外，采用多種已知的細(xì)胞死亡抑制劑，如鐵死亡抑制劑ferrostatin-1，均未能消除ES 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

銅離子載體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡受線粒體呼吸調(diào)控。研究表明，依賴線粒體呼吸的細(xì)胞對(duì)ES 的敏感性遠(yuǎn)高于依賴糖酵解的細(xì)胞（近1000 倍）[9]。電子傳遞鏈復(fù)合物抑制劑和線粒體丙酮酸攝取抑制劑處理細(xì)胞能緩解細(xì)胞死亡，而線粒體解偶聯(lián)劑卻無(wú)明顯影響。此外，ES 脈沖處理細(xì)胞后，僅TCA 循環(huán)相關(guān)代謝物的失衡呈時(shí)間性增加。

FDX1 和蛋白質(zhì)脂酰化是cuproptosis 的關(guān)鍵調(diào)控因子。通過(guò)全基因組CRISPR/Cas9 功能缺失篩選，Tsvetkov 等[9]發(fā)現(xiàn)了包括FDX1、LIAS 和DLAT 在內(nèi)的7 個(gè)cuproptosis 相關(guān)基因（cuproptosis-related genes，CRGs），見(jiàn)表1。敲除FDX1 和LIAS，細(xì)胞獲得cuproptosis 抵抗，表明FDX1、蛋白質(zhì)脂?；ccuproptosis 密切相關(guān)。在FDX1 的調(diào)控下，LIAS 將脂酰部分連接至DLAT，形成脂酰化DLAT；Cu+與脂酰化DLAT 直接結(jié)合，導(dǎo)致后者異常寡聚化；同時(shí)鐵-硫簇蛋白呈FDX1 依賴性喪失，以上反應(yīng)誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生蛋白毒性應(yīng)激進(jìn)而死亡（圖2）。

表1 銅死亡相關(guān)基因

圖2 銅死亡分子機(jī)制

3 cuproptosis 與腫瘤的關(guān)系

3.1 cuproptosis 與惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)性

cuproptosis 可能參與多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，與相應(yīng)的正常組織相比，不同CRGs 在多種腫瘤類型中存在差異表達(dá)，同一CRGs 在不同腫瘤類型中的表達(dá)水平也存在差異。CRGs 與腫瘤患者的病理分期和預(yù)后預(yù)測(cè)密切相關(guān)。Ma 等[14]發(fā)現(xiàn)DLD、PDHA1 和PDHB1 在癌癥基因組圖譜（TCGA）數(shù)據(jù)庫(kù)幾乎所有腫瘤中的表達(dá)水平高于其他CRGs，F(xiàn)DX1 在腎上腺皮質(zhì)癌中的表達(dá)水平最高。與相應(yīng)的正常組織相比，淋巴樣腫瘤、彌漫性大B 細(xì)胞淋巴瘤和胸腺瘤中CRGs 的轉(zhuǎn)錄水平均顯著升高。cuproptosis 相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)模型對(duì)腎透明細(xì)胞癌、肝細(xì)胞癌、間皮瘤和胃腺癌患者而言具有良好的預(yù)后預(yù)測(cè)價(jià)值。Liu等[15-16]發(fā)現(xiàn)CRGs 的差異表達(dá)與腎透明細(xì)胞癌和甲狀腺癌的病理分期之間的相關(guān)性最為顯著。生存分析表明腎乳頭狀細(xì)胞癌患者的生存風(fēng)險(xiǎn)與CRGs 的差異表達(dá)相關(guān)程度最高。此外，cuproptosis 評(píng)分系統(tǒng)與腫瘤免疫微環(huán)境密切相關(guān)。研究表明，與高cuproptosis 評(píng)分組相比，低cuproptosis 評(píng)分組腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）中癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞浸潤(rùn)程度更高[14]。B 細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞的浸潤(rùn)水平因癌癥類型而異。

3.2 cuproptosis 與肝細(xì)胞癌

FDX1 通過(guò)cuproptosis 在肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）中發(fā)揮抗腫瘤活性[17]。研究表明，與正常肝組織相比，F(xiàn)DX1 在HCC 中表達(dá)顯著下調(diào)，其表達(dá)水平降低與患者的不良預(yù)后有關(guān)[18-19]。CRGs預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分顯示，高風(fēng)險(xiǎn)組患者的總生存期（overall survival，OS）明顯降低[18]。Gao 等[20]根據(jù)4 種與預(yù)后相關(guān)的CRGs 構(gòu)建cuproptosis 預(yù)后模型，并利用3個(gè)關(guān)鍵基因（DLAT、CDKN2A 和LIPT1）的cuproptosis 特征量化預(yù)后評(píng)分，結(jié)果表明CRGs 預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分是HCC 的獨(dú)立預(yù)后因素，且CRGs 評(píng)分低者生存率更高，提示CRGs 預(yù)后評(píng)分可能是HCC 患者可靠的生物標(biāo)志物?；贒LAT、CDKN2A 和LIPT1在HCC 的作用，研究人員利用在線數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)與正常組織相比，CDKN2A、DLAT 和LIPT1 在HCC 組織中表達(dá)顯著升高，與臨床分期和分級(jí)呈正相關(guān)。利用ES 處理HCC 細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)PLC/PRF/5 細(xì)胞活力降低，DLAT 表達(dá)水平升高，而降低DLAT 表達(dá)后，PLC/PRF/5 細(xì)胞活力得以回復(fù)，表明DLAT 在HCC 進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

3.3 cuproptosis 與結(jié)直腸癌

近年來(lái)，CRGs 在結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）中的臨床價(jià)值受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)CRGs 在CRC 組織和正常組織之間有表達(dá)差異，基于CRGs 的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)CRC 患者的預(yù)后具有良好的預(yù)測(cè)價(jià)值；高危組和低危組的CRC 患者在免疫浸潤(rùn)程度上存在顯著差異，并且高危組的免疫細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞浸潤(rùn)水平更高，免疫逃逸能力更強(qiáng)，免疫治療反應(yīng)更差[21-22]。

同時(shí)，研究者也積極探索cuproptosis 在CRC 進(jìn)展中的作用。Yang 等[23]發(fā)現(xiàn)ES-Cu 脈沖處理能顯著抑制CRC 細(xì)胞系HCT116、LoVo 和奧沙利鉑耐藥細(xì)胞系HCT116-R 的增殖活力，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DX1、SDHB、DLAT 和DLST 4 種CRGs 在CRC 組織中的表達(dá)低于正常組織，并且這些基因的過(guò)表達(dá)與更好的生存率相關(guān)。該研究還發(fā)現(xiàn)4-辛酯衣康酸（4-octyl itaconate，4-OI）能增強(qiáng)ES-Cu 誘導(dǎo)的cuproptosis，而敲降FDX1 可顯著抑制這種作用。研究表明，4-OI 可通過(guò)靶向甘油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）抑制有氧糖酵解過(guò)程，進(jìn)而增強(qiáng)CRC 對(duì)cuproptosis 的敏感性。裸鼠異種移植大腸癌模型顯示，與對(duì)照組及ES 單獨(dú)處理組相比，ES 聯(lián)合4-OI 組的裸鼠腫瘤體積明顯減小，腫瘤增殖活力更低，表明ES 與4-OI 的聯(lián)合應(yīng)用可能在CRC 治療中發(fā)揮良好的抗腫瘤效果。

3.4 cuproptosis 與腎透明細(xì)胞癌

研究表明，腎透明細(xì)胞癌（clear cell renal cell carcinoma，ccRCC）組織中FDX1 表達(dá)顯著降低，與TNM 分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及不良預(yù)后相關(guān)[24-25]。Xie 等[26]發(fā)現(xiàn)FDX1 是ccRCC 細(xì)胞的腫瘤抑制因子，F(xiàn)DX1 的表達(dá)與ccRCC 的發(fā)生、發(fā)展呈負(fù)相關(guān)。miR-21-5p 可直接結(jié)合FDX1 的3'-UTR 介導(dǎo)其降解，miR-21-5p 抑制劑能夠抑制ccRCC 細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲，降低FDX1 的表達(dá)水平可使這種作用被抑制。該研究還發(fā)現(xiàn)miR-21-5p/FDX1 軸與免疫細(xì)胞如CD4+T 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)密切相關(guān)，表明該信號(hào)軸可能通過(guò)介導(dǎo)TME 成分驅(qū)動(dòng)ccRCC 的進(jìn)展，提示靶向FDX1 可能為ccRCC 的治療提供新思路。

3.5 cuproptosis 與其他惡性腫瘤

通過(guò)TCGA 和癌癥藥物敏感性基因組學(xué)（GDSC）數(shù)據(jù)庫(kù)分析，Peng 等[27]發(fā)現(xiàn)CRGs 在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）組織中異常表達(dá)；CRGs 可作為HNSCC 患者的預(yù)后生物標(biāo)志物；CRGs 的表達(dá)與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)相關(guān)，并且與順鉑和多西他賽的治療敏感性顯著相關(guān)，提示免疫/化療藥物與靶向CRGs 藥物的聯(lián)合應(yīng)用有望提高HNSCC 患者的治療療效。

Sha 等[28]發(fā)現(xiàn)在三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）中CRGs 的表達(dá)變化具有顯著異質(zhì)性。CRGs 表達(dá)失衡在TNBC 進(jìn)展中具有重要作用。根據(jù)中位風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分將所有患者分為高風(fēng)險(xiǎn)組和低風(fēng)險(xiǎn)組，結(jié)果顯示低風(fēng)險(xiǎn)組患者的OS 更長(zhǎng)，預(yù)后更佳，表明CRGs 是TNBC 良好的預(yù)后預(yù)測(cè)因素。

通過(guò)聯(lián)合CRGs 與胰腺癌生物標(biāo)志物構(gòu)建cuproptosis 相關(guān)基因指數(shù)（cuproptosis-related gene index，CRGI），Huang 等[29]發(fā)現(xiàn)與高CRGI 組相比，低CRGI 組患者預(yù)后更好，并且與其他預(yù)后預(yù)測(cè)因子相比，CRGI 的預(yù)測(cè)效果最佳，提示CRGI 是胰腺癌患者的獨(dú)立預(yù)后因素。

3.6 cuproptosis 與腫瘤治療

對(duì)于依賴線粒體代謝供能的惡性腫瘤[30]，cuproptosis 可能成為潛在的治療靶點(diǎn)。研究表明，銅離子載體可通過(guò)誘發(fā)cuproptosis 應(yīng)用于線粒體代謝活躍的惡性腫瘤[30]。ES 是一種強(qiáng)效的銅離子載體，研究發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤對(duì)ES 的敏感性與腫瘤細(xì)胞代謝途徑密切相關(guān)，線粒體代謝活躍程度越高，ES 的臨床治療反應(yīng)越好[31]。Wang 等[32]發(fā)現(xiàn)鐵死亡誘導(dǎo)劑（ferroptosis inducers，F(xiàn)INs）索拉非尼和埃拉斯汀與ES-Cu 聯(lián)合治療，與單獨(dú)使用ES-Cu 相比，能顯著增強(qiáng)肝癌細(xì)胞中的DLAT 聚集，促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生cuproptosis，而沉默LIAS或FDX1 可逆轉(zhuǎn)上述結(jié)果，說(shuō)明FINs 可以促進(jìn)ESCu 誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞死亡。該研究發(fā)現(xiàn)這種促進(jìn)作用是通過(guò)FINs 消耗胞內(nèi)GSH 以及抑制FDX1 蛋白降解進(jìn)而促進(jìn)線粒體蛋白脂?；瓿?。體內(nèi)研究表明，與單藥治療相比，ES-Cu 聯(lián)合索拉非尼可顯著抑制裸鼠體內(nèi)肝癌的生長(zhǎng)，并且肝癌細(xì)胞內(nèi)DLAT 聚集更明顯，說(shuō)明索拉非尼在體內(nèi)促進(jìn)肝癌細(xì)胞發(fā)生cuproptosis。既往研究表明，包括索拉非尼在內(nèi)的FINs 可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡（ferroptosis），抗腫瘤治療效果顯著。因此，聯(lián)合索拉非尼和ES-Cu，共同靶向ferroptosis 和cuproptosis，可作為一種潛在的肝癌治療策略。雖然ES 臨床應(yīng)用的安全性已得到證實(shí)，但與其相關(guān)的臨床試驗(yàn)并未取得理想的治療效果，這可能與ES 在血液循環(huán)中容易被清除，無(wú)法達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的有效藥物濃度有關(guān)[31]。近年來(lái)，結(jié)合ES-Cu 的納米藥物正在被廣泛研發(fā)，其在體內(nèi)良好的穩(wěn)定性和靶向性使通過(guò)cuproptosis 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的腫瘤殺傷作用成為可能[33]。未來(lái)進(jìn)一步探索銅離子載體敏感的腫瘤類型及其藥物作用機(jī)制，對(duì)于cuproptosis 靶向治療策略的研發(fā)具有重要臨床價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

cuproptosis 參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，其相關(guān)基因有望作為潛在的腫瘤分子診斷標(biāo)志、預(yù)后預(yù)測(cè)因子和治療靶標(biāo)。cuproptosis 的重要分子機(jī)制已較為明確，但有關(guān)cuproptosis 其他方面的研究仍有待進(jìn)一步開(kāi)展，如cuproptosis 在分子或細(xì)胞水平的特征性變化等。銅離子載體在線粒體呼吸活躍的腫瘤中具有突出的治療效果，而某些化療/靶向藥物如順鉑及抗表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）等能夠提升腫瘤細(xì)胞線粒體代謝水平。因此，化療/靶向藥物與銅離子載體聯(lián)合應(yīng)用，通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞cuproptosis 有望提高腫瘤治療療效。綜上所述，cuproptosis 在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用值得深入探究，靶向cuproptosis 的治療新策略具有廣闊的應(yīng)用前景。

本文無(wú)影響其科學(xué)性與可信度的經(jīng)濟(jì)利益沖突。