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1、2023铜死亡在肿瘤中的研究进展摘要铜离子作为人体正常生长发育必需的微量元素，广泛参与机体各种生理过程。铜代谢异常导致细胞毒性应激而死亡。铜死亡(Cuproptosis)是一种新近提出的调节性细胞死亡方式，与细胞凋亡、铁死亡及自噬等其他细胞死亡途径不同,Cuproptosis与细胞内铜离子的累积和线粒体代谢相关。Cuproptosis在肿瘤的发生、发展和治疗具有一定的作用。同时，铜离子载体对肿瘤细胞的毒性作用也越来越受到关注。本文对CUProPtOSiS的发生机制及其在不同肿瘤中的最新进展进行综述，并介绍铜离子载体在肿瘤治疗方面的研究现状。刖占铜是所有真核生物生长发育不可或缺的微量元素。研究表
2、明，铜作为多种关键代谢酶的辅助因子1,在广泛的生物活动中起重要作用,如能量转换、信号转导、细胞增殖和血管生成等。正常情况下，细胞内的铜浓度保持在较低水平，其吸收、分布、储存和排出受到机体的严密调控，当铜稳态被打破时，细胞会发生一系列代谢障碍，引起多种疾病，如门克斯病2和威尔逊氏病3。多项研究表明，与健康组织相比，包括乳腺癌4、甲状腺癌5、肺癌6和卵巢癌7在内的多种恶性肿瘤组织和血清中含有更高的铜水平，而高水平的铜离子与肿瘤的增殖与转移密切相关。细胞死亡逃逸剧中瘤的重要特征之一。研究发现，细胞凋亡以及其他调节性细胞死亡(regulatedcelldeath,RCD)方式在肿瘤的发生、发展中具有不
3、容忽视的作用8。近年来，针对RCD通路的生化特征及分子机制的深入探索为恶性肿瘤的治疗提供了多种靶点。2022年Tsvetkov等9提出一种铜依赖的新型细胞死亡形式，称为铜死亡(Cuproptosis),因其在肿瘤的发生、发展与治疗等方面具有重要作用而广受关注。本文对CUPrOPtoSiS的发生机制及其在不同肿瘤中的最新进展及铜离子载体在肿瘤治疗方面的研究现状进行综述。01、铜代谢在细胞内，铜离子通过与一系列铜稳态相关蛋白的相互作用发挥功能。Cu2+在血液中通过与血浆蛋白(如铜蓝蛋白、白蛋白等)10结合被运输至细胞表面后，在金属还原酶如人前列腺6-跨膜上皮抗原(humansix-transmem
4、braneepithelialantigenofprostate,STEAP)蛋白的催化下还原为Cu+,随后在铜转运蛋白1(Coppertransporter1,CTR1)或称为溶质载体家族31成员1(solutecarrierfamily31member1,SLC31A1)介导下转运至细胞内11。通过与不同伴侣蛋白结合，Cu+被输送至相应蛋白质靶点发挥作用。位于线粒体膜间的细胞色素C氧化酶铜伴侣蛋白17(cytochromecoxidasecopperchaperone17,C0X17)将Cu+转运至下级携铜蛋白，包括细胞色素C合成氧化酶1/2(synthesisofcytochromeco
5、xidase1/2,SCO12)和C0X11,并进一步递送至细胞色素C氧化酶(cytochromeCoxidase,COX),以激活线粒体呼吸链中酶的活性。超氧化物歧化酶铜伴侣蛋白(copperchaperoneforsuperoxidedismutase,CCS)将Cu+转运至超氧化物歧化酶1(superoxidedismutase1,S0D1)发挥抗氧化应激作用12。抗氧化齐!M(antioxidant-1,AT0X1)-方面将Cu+运输至细胞核，使其与转录因子结合调控目的基因表达，另一方面将Cu+递送到铜转运ATP酶(copper-transportingATPase),参与维持胞内Cu
6、+的正常水平。止匕外,铜储存蛋白如金属硫蛋白1/2(metallothionein1/2,MT1/2)和谷胱甘肽(glutathione,GSH)具有高度的铜亲和力，过量的Cu+与MT或GSH结合，可以使细胞内的Cu+保持在生理水平，从而防止其对细胞造成损伤(图1)。02、CUPrOPtoSiS发生机制Cuproptosis是由Tsvetkov等9首次提出的铜引发、依赖于线粒体呼吸的新型细胞死亡途径。细胞内异常积累的铜离子与三段酸(tricarbOXyliCacidfTCA)循环中脂酰化组分直接结合，这些线粒体脂化蛋白的聚集以及随后出现的铁-硫簇蛋白的丢失透发蛋白质毒性应激进而导致细胞死亡。铜
7、离子载体诱导的细胞死亡具有铜依赖性9。伊利司莫(elesclomol,ES惺一种高效的铜离子载体以ES-CU2+复合物形式将Cu2+携入胞内。在线粒体铁氧还蛋白1(ferredoxin1,FDX1)介导下，Cu2+还原为Cu+并被释放13铜离子载体单独处理或加入铁等其他金属离子不会影响细胞生长，但当加入铜离子后细胞生长受到抑制。铜离子载体诱导的细胞死亡机制不同于已知的细胞死亡途径。Tsvetkov等9发现ES介导的细胞死亡并不影响细胞凋亡标志caspase-3的活性；敲除细胞凋亡关键效应因子或应用泛caspase抑制剂处理细胞时，ES的杀伤毒性保持不变。此外，采用多种已知的细胞死亡抑制剂，如铁
8、死亡抑制剂ferr。Statin-I,均未能消除ES诱导的细胞死亡。铜离子载体诱导的细胞死亡受线粒体呼吸调控。研究表明，依赖线粒体呼吸的细胞对ES的敏感性远高于依赖糖酵解的细胞(近IoOO倍)90电子传递链复合物抑制剂和线粒体丙酮酸摄取抑制剂处理细胞能缓解细胞死亡，而线粒体解偶联剂却无明显影响。此外，ES脉冲处理细胞后，仅TCA循环相关代谢物的失衡呈时间性增加。FDX1和蛋白质脂酰化是Cuproptosis的关健调控因子。通过全基因组CRISPRCas9功能缺失筛选，Tsvetkov等9发现了包括FDX1、LIAS和DLAT在内的7个Cuproptosis相关基因(cuproptosis-re
9、latedgenes,CRGs),见表1。敲除FDX1和LIAS,细胞获得Cuproptosis抵抗,表明FDX1、蛋白质脂酰化与CUProPtoSiS密切相关。在FDXl的调控下，LIAS将脂酰部分连接至DLAT,形成脂酰化DLAT;Cu+与脂酰化DLAT直接结合，导致后者异常寡聚化；同时铁-硫簇蛋白呈FDX1依赖性丧失，以上反应诱发细胞产生蛋白毒性应激进而死亡(图2)。e1困死亡相关基因中文名称英文名称黄文缩写铁!1还堂白IferredoxinIFDXI南晚管移IIipoyltransferase1urn破辛酷合成BlIipokacidsynthaseUAS二R破辛酰胺脱公dihydrol
10、toamidedehydrogenaseDLD二敏/辛联胺4乙断转移ChhydrolipoanudeS-BCetyltranSferaSCDLAT丙酮般脱氢E1亚基CllpyruvatedehydrogenaseElsubunitalpha!PDllAl丙胡酸脱氧前El亚基PpyruvatedehydrogenaseEIMibunitbetaPDHB线粒体03、CUPrC)PtaSiS与肿詹的关系3.1CUProPt。SiS与恶性肿瘤发生、发展的相关性CUProPtoSiS可能参与多种恶性肿瘤的发生、发展。研究发现，与相应的正常组织相比，不同CRGs在多种肿瘤类型中存在差异表达，同一CRGs在
11、不同肿瘤类型中的表达水平也存在差异。CRGs与肿瘤患者的病理分期和预后预测密切相关。Ma等口4发现DLD、PDHAl和PDHBI在癌症基因组图谱(TCGA)数据库几乎所有肿瘤中的表达水平高于其他CRGs,FDX1在肾上腺皮质癌中的表达水平最高。与相应的正常组织相比，淋巴样肿瘤、弥漫性大B细胞淋巴瘤和胸腺瘤中CRGs的转录水平均显著升高。CUPropt。SiS相关风险模型对肾透明细胞癌、肝细胞癌、间皮瘤和胃腺癌患者而言具有良好的预后预测价值。Liu等15-16发现CRGs的差异表达与肾透明细胞癌和甲状腺癌的病理分期之间的相关性最为显著。生存分析表明肾乳头状细胞癌患者的生存风险与CRGs的差异表达
12、相关程度最高。此外，Cuproptosis评分系统与肿瘤免疫微环境密切相关。研究表明，与高Cuproptosis评分组相比，低Cuproptosis评分组肿瘤微环境(tumormicroenvironment,TME)中癌症相关成纤维细胞浸润程度更高14。B细胞、中性粒细胞和肥大细胞的浸润水平因癌症类型而异。3.2CUPrOPtOSiS与肝细胞癌FDX1通过CUPrOPtOSiS在月干细胞感hepatocellularcarcinoma,HCC)中发挥抗肿瘤活性17。研究表明，与正常肝组织相比，FDX1在HCC中表达显著下调，其表达水平降低与患者的不良预后有关口8-19。CRGS预后风险评分显
13、示,高风险组患者的总生存期(overallSUrViVaI,0S)明显降低18oGao等20根据4种与预后相关的CRGs构建Cuproptosis预后模型，并利用3个关键基因(DLAT、CDKN2A和LIPT1)的CUProPtoSiS特征量化预后评分，结果表明CRGS预后风险评分是HCC的独立预后因素，且CRGs评分低者生存率更高，提示CRGs预后评分可能是HCC患者可靠的生物标志物。基于DLAT.CDKN2A和LIPT1在HCC的作用，研究人员利用在线数据库和实验验证进行表达分析发现与正常组织相比，CDKN2AxDLAT和LIPT1在HCC组织中表达显著升高，与临床分期和分级呈正相关。利用
14、ES处理HCC细胞后发现PLC/PRF/5细胞活力降低，DLAT表达水平升高，而降低DLAT表达后，PLC/PRF/5细胞活力得以回复，表明DLAT在HCC进展中发挥重要作用。3.3CUPrOPtOSiS与结直肠癌近年来，CRGs在结直肠癌(colorectalcancer,CRC)中的临床价值受到广泛关注。研究发现，大多数CRGs在CRC组织和正常组织之间有表达差异，基于CRGs的风险评分系统对CRC患者的预后具有良好的预测价值；高危组和低危组的CRC患者在免疫浸润程度上存在显著差异，并且高危组的免疫细胞和间质细胞浸润水平更高，免疫逃逸能力更强，免疫治疗反应更差21-22。同时研究者也积极探
15、索Cuproptosis在CRC进展中的作用。Yang等23发现ES-Cu脉冲处理能显著抑制CRC细胞系HCT116、LoVo和奥沙利箱耐药细胞系HCT116-R的增殖活力，促进细胞凋亡。研究发现，FDX1、SDHB、DLAT和DLST4种CRGs在CRC组织中的雌低于正常组织，并且这些基因的过表达与更好的生存率相关。该研究还发现4-辛酯衣康酸(4-octylItaconate,4-01)能增强ES-Cu诱导的Cuproptosis,而敲降FDX1可显著抑制这种作用。研究表明，4-01可通过靶向甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenas
16、e,GAPDH)抑制有氧糖酵解过程，进而增强CRC对Cuproptosis的敏感性。裸鼠异种移植大肠癌模型显示，与对照组及ES单独处理组相比，ES联合4-01组的裸鼠肿瘤体积明显减小，肿瘤增殖活力更低，表明ES与4-01的联合应用可能在CRC治疗中发挥良好的抗肿瘤效果。3.4CUPrOPtOSiS与肾透明细胞癌研究表明，肾透明细胞癌(clearcellrenalcellcarcinoma,ccRCC)组织中FDX1表达显著降低，与TNM分期、淋巴结转移及不良预后相关24-25oXie等26发现FDXl是CCRCC细胞的肿瘤抑制因子，FDX1的表达与CCRCC的发生、发展呈负相关。miR-21-
17、5p可直接结合FDXl的3,-TR介导其降解，miR-21-5p抑制剂能够抑制ccRCC细胞的生长和侵袭，降低FDX1的表达水平可使这种作用被抑制。该研究还发现miR-21-5pFDX1轴与免疫细胞如CD4+T细胞和巨噬细胞的浸润密切相关，表明该信号轴可能通过介导TME成分驱动ccRCC的进展，提示靶向FDX1可能为ccRCC的治疗提供新思路。3.5Cuproptosis与其他恶性肿瘤通过TCGA和癌症药物敏感性基因组学(GDSC)数据库分析，Peng等27发现CRGs在头颈部鳞状细胞癌(headandnecksquamouscellcarcinomafHNSCC)组织中异常表达；CRGS可作
18、为HNSCC患者的预后生物标志物；CRGs的表达与免疫细胞浸润相关，并且与顺钳和多西他赛的治疗敏感性显著相关，提示免疫/化疗药物与靶向CRGs药物的联合应用有望提高HNSCC患者的治疗疗效。Sha等28发现在三阴性乳腺癌(triple-negativebreastcancer,TNBC)中CRGs的表达变化具有显著异质性。CRGs表达失衡在TNBC进展中具有重要作用。根据中位风险评分将所有患者分为高风险组和低风险组，结果显示低风险组患者的OS更长，预后更佳，表明CRGs是TNBC良好的预后预测因素。通过联合CRGs与胰腺癌生物标志物构建Cuproptosis相关基因指数(cuproptosis
19、-relatedgeneindex,CRGI),Huang等29发现与高CRGI组相比，低CRGI组患者预后更好，并且与其他预后预测因子相比，CRGI的预测效果最佳，提示CRGI是胰腺癌患者的独立预后因素。3.6CUPrOPtOSiS与肿瘤治疗对于依赖线粒体代谢供能的恶性肿瘤30,Cuproptosis可能成为潜在的治疗靶点。研究表明，铜离子载体可通过诱发CUProPtoSiS应用于线粒体代谢活跃的恶曲中瘤30。ES是一种强效的铜离子载体，研究发现恶性肿瘤对ES的敏感性与肿瘤细胞代谢途径密切相关，线粒体代谢活跃程度越高，ES的临床治疗反应越好31LWang等32发现铁死亡诱导剂(ferropt
20、osisinducers,FINs读拉非尼和埃拉斯汀与ES-Cu联合治疗,与单独使用ES-Cu相比，能显著增强肝癌细胞中的DLAT聚集，促进细胞发生Cuproptosis,而沉默LIAS或FDX1可逆转上述结果，说明FINs可以促进ES-Cu诱导的肝癌细胞死亡。该研究发现这种促进作用是通过FINs消耗胞内GSH以及抑制FDX1蛋白降解进而促进线粒体蛋白脂酰化完成。体内研究表明，与单药治疗相比，ES-Cu联合索拉非尼可显著抑制裸鼠体内肝癌的生长，并且肝癌细胞内DLAT聚集更明显，说明索拉非尼在体内促进肝癌细胞发生CUProPtosis。既往研究表明，包括索拉非尼在内的FINs可诱导肝癌细胞发生铁
21、死亡(ferroptosis),抗肿瘤治疗效果显著。因此，联合索拉非尼和ES-Cu,共同靶向ferroptosis和CUPrOPtOSiS,可作为一种潜在的肝癌治疗策略。虽然ES临床应用的安全性已得到证实，但与其相关的临床试验并未取得理想的治疗效果，这可能与ES在血液循环中容易被清除，无法达到杀伤肿瘤细胞的有效药物浓度有关31。近年来，结合ES-Cu的纳米药物正在被广泛研发，其在体内良好的稳定性和靶向性使通过Cuproptosis实现精准的肿瘤杀伤作用成为可能33。未来进一步探索铜离子载体敏感的肿瘤类型及其药物作用机制，对于CUPropt。SiS靶向治疗策略的研发具有重要临床价值。Cuprop
22、tosis参与多种肿瘤的发生、发展，其相关基因有望作为潜在的肿瘤分子诊断标志、预后预测因子和治疗靶标。CUProPtoSiS的重要分子机制已较为明确，但有关CUPrOPtoSiS其他方面的研究仍有待进一步开展,如Cuproptosis在分子或细胞水平的特征性变化等。铜离子载体在线粒体呼吸活跃的肿瘤中具有突出的治疗效果,而某些化疗/靶向药物如顺钳及抗表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)等能够提升肿瘤细胞线粒体代谢水平。因此，化疗/?E向药物与铜离子载体联合应用，通过促进肿瘤细胞CUPropt。SiS有望提高肿瘤治疗疗效。综上所述，Cupeptosis在肿瘤发生、发展中的作用值得深入探究，靶向Cuproptosis的治疗新策略具有广阔的应用前景。引用本文：岳恺，方艳，王旭东铜死亡在肿瘤中的研究进展J中国肿瘤临床2023,50(16):844-849.doi:10.12354j.issn.1000-8179.2023.20230539
