综述：铜稳态和铜死亡作为炎症性疾病治疗干预的新靶点

本综述系统探讨了铜稳态失衡与铜死亡（cuproptosis）在炎症性疾病中的核心作用。作者详细阐释了铜离子通过线粒体脂酰化蛋白异常聚集、铁硫簇蛋白解离等机制触发的新型程序性细胞死亡方式，及其在炎症性肠病（IBD）、类风湿关节炎（RA）、强直性脊柱炎（AS）等疾病中的病理关联。文章进一步评述了铜螯合剂、铜离子载体（如双硫仑）及纳米靶向递送系统等治疗策略的潜力与挑战，为炎症性疾病的精准治疗提供了新视角。

　　

1. 引言

铜作为生物体必需的过渡金属，在超氧化物歧化酶（SOD）和细胞色素c氧化酶（COX）等关键酶的活性位点中扮演不可或缺的催化角色，参与能量代谢、氧化还原平衡和免疫调节等生理过程。然而，铜离子的双重性质使得其稳态调控对细胞存活至关重要。生理浓度下，铜通过芬顿反应参与信号转导；而过量积累则会引发毒性效应，例如线粒体脂酰化蛋白异常聚集和铁硫簇（Fe-S cluster）蛋白解离，最终触发一种新型的铜依赖性程序性细胞死亡（RCD）——铜死亡（cuproptosis）。

2022年铜死亡概念的提出，标志着金属代谢与细胞死亡交叉研究领域的重大进展。与凋亡、坏死和铁死亡等经典细胞死亡途径不同，铜死亡的核心机制集中于FDX1介导的线粒体脂酰化途径。在此过程中，铜离子直接结合脂酰化的三羧酸循环（TCA）酶，引发一系列蛋白毒性应激反应。

2. 铜稳态在体内的精密调控

铜作为多种关键酶的辅因子，参与超氧化物歧化酶（SOD）、胺氧化酶等铜结合蛋白的生物学过程。其显著的氧化还原活性和蛋白结合能力对维持内稳态至关重要。

2.1. 全身铜稳态调节

铜的吸收主要发生在小肠。膳食中的Cu²⁺首先通过六次跨膜前列腺上皮抗原（STEAP）家族蛋白还原为Cu⁺，随后通过主要铜进口蛋白铜转运蛋白1（CTR1/SLC31A1）进入肠上皮细胞。吸收的Cu⁺通过位于反式高尔基体网络（TGN）中的ATP7A转运至基底膜，最终释放入门静脉循环。约60%的铜在血液中与铜蓝蛋白结合，其余与白蛋白和氨基酸形成复合物，输送至肝脏和其他组织。在肝脏中，铜与金属硫蛋白（MT）1和2结合储存，并通过ATP7B排泄到胆汁和全身循环中。

2.2. 细胞内铜稳态调节

细胞内大部分铜离子被蛋白质隔离，极少部分以自由离子形式存在。Cu⁺和Cu²⁺之间的转换可能导致自由基产生，威胁蛋白质、核酸和脂质的完整性，并破坏Fe-S簇的生物合成。生理条件下，位于TGN中的铜转运ATP酶促进铜插入各种铜依赖酶中。分子伴侣如CCS和COX17参与将铜递送至SOD和线粒体中的COX，后者是电子传递链的关键组成部分。

3. 铜死亡：一种新兴的RCD机制

铜离子稳态失衡会通过活性氧（ROS）积累、蛋白酶体抑制和线粒体功能障碍等途径引发细胞毒性和细胞死亡。这一新发现的调控性细胞死亡形式被命名为“铜死亡”。

3.1. 发现及细胞结构形态特征

铜死亡始于因高细胞内铜水平引起的线粒体应激。临床表现为铜超载的患者出现显著的线粒体功能障碍以及肝酶活性降低。铜死亡的形态特征主要包括毒性线粒体蛋白聚集、嵴坍塌、细胞收缩和膜完整性丧失。与凋亡不同，铜死亡不涉及caspase-3的切割或激活，其形态变化不完全依赖caspase信号通路。

3.2. 铜死亡与炎症相关的关键基因

研究共发现10个基因的敲除会显著改变铜死亡风险，其中7个为正调控基因（FDX1、LIPT1、LIAS、DLAT、DLD、PDHB、PDHA1），3个为负调控基因（MTF1、GLS、CDKN2A）。这些基因在调节铜摄取、外排以及TCA循环相关酶过程中发挥关键作用，并在炎症状态下表现出显著失调。

3.3. 铜死亡的机制

铜死亡的核心机制涉及TCA循环相关的线粒体蛋白毒性应激（通过脂酰化蛋白聚集），而氧化应激则起到放大作用。此外，Fe-S簇蛋白的不稳定和泛素-蛋白酶体系统（UPS）的抑制也参与这一过程。

3.3.1. 靶向酰化TCA循环蛋白

铜离子直接结合脂酰化蛋白（如DLAT），导致其异常寡聚化和Fe-S簇蛋白丢失，进而引发蛋白毒性应激。FDX1作为上游调节因子，将Cu²⁺还原为更具毒性的Cu⁺，进一步加剧这一过程。

3.3.2. Fe-S簇蛋白的不稳定性

Fe-S簇是线粒体中aconitase等酶的关键辅因子，参与TCA循环和DNA代谢。铜离子可 destabilize Fe-S簇蛋白，增加蛋白毒性应激，最终导致细胞死亡。

3.3.3. 氧化应激的激活

过量铜通过芬顿反应催化ROS的过度产生，诱发氧化应激。铜诱导的氧化应激加剧cAMP反应元件结合蛋白的磷酸化，促进Keap1-Nrf2复合物解离，增强Nrf2的核转位，进而上调血红素加氧酶-1（HO-1）等细胞保护基因的转录。

3.3.4. 泛素-蛋白酶体系统（UPS）的抑制

UPS是蛋白质降解的关键途径。Cu²⁺可通过非共价相互作用抑制蛋白酶体功能。双硫仑（DSF）-Cu²⁺复合物破坏蛋白酶体活性，增强泛素与底物的相互作用，导致蛋白毒性应激加剧。

4. 铜超载在各种炎症性疾病中诱导的炎症反应

近期研究越来越多地关注炎症性疾病中的铜死亡。血清铜水平升高与慢性炎症性疾病如IBD、RA、AS、SLE和胰腺炎密切相关。

4.1. 炎症性肠病（IBD）

IBD包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），其特征是肠道黏膜炎症和血清铜离子浓度显著升高。铜超载通过结合TCA循环酶干扰线粒体功能，导致ROS积累。铜死亡相关基因（CRG）的表达失调加剧氧化应激和促炎介质产生，损害肠道屏障完整性，导致黏膜溃疡。

4.2. 类风湿关节炎（RA）

RA以免疫失调和显著炎症反应为特征，导致滑膜炎和软骨破坏。RA患者血清铜水平升高，与炎症标志物正相关。高水平铜通过相互作用TCA循环成分诱导细胞死亡，对成纤维样滑膜细胞（FLS）、效应T细胞和巨噬细胞等细胞亚型产生 implications。

4.3. 强直性脊柱炎（AS）

AS是一种主要影响中轴骨骼的慢性炎症性疾病。铜相关氧化应激在AS发病机制中发挥作用。研究表明，AS患者血浆中总抗氧化状态（TAS）、总氧化状态（TOS）和氧化应激指数（OSI）失衡。CRG如LIPT1、DLD、PDHA1、PDHB、SLC31A1、ATP7A、MTF1和CDKN2A在AS中发挥关键作用。

4.4. 系统性红斑狼疮（SLE）

SLE是一种多方面的自身免疫性疾病，以自身抗体异常产生和免疫复合物沉积为特征。血清铜浓度与C反应蛋白（CRP）水平和SLE疾病活动指数（SLEDAI）呈正相关。铜修饰的儿茶酚胺可能促进ROS生成，诱导DNA损伤和修饰免疫原性 profiles，从而放大SLE相关自身抗体的产生。

5. 调节炎症病理中铜死亡的潜在治疗策略

5.1. 铜螯合剂

铜螯合剂如谷胱甘肽（GSH）、D-青霉胺和四硫钼酸盐（TTM）可通过结合游离铜来减轻铜毒性相关的有害氧化还原反应，帮助恢复铜稳态。TTM以高亲和力螯合铜，迅速抑制铜吸收，并在WD、急性炎症、动脉粥样和肺纤维化等多种疾病模型中显示显著疗效。

5.2. 铜伴侣蛋白的调节

铜伴侣蛋白如ATOX1在哺乳动物细胞铜稳态中不可或缺。其向细胞核的转位由炎症细胞因子或细胞外铜水平升高触发。DCAC50等化合物通过破坏细胞内铜运输及其与ATOX1的结合，选择性抑制癌细胞增殖。

5.3. 铜离子载体的调节

铜离子载体如elesclomol因其对癌细胞的选择性靶向而日益受到关注。创新平台如半乳糖功能化纳米载体（Gal-Cu）作为铜递送的“特洛伊木马”，为炎症性疾病治疗提供了有希望的途径。铜基纳米材料的研究日益增多，例如整合CuS光热疗法与抗动脉粥样硬化化疗的多功能纳米复合材料，可以在炎症部位特异性释放治疗药物。

6. 结论与未来展望

铜死亡作为一种新发现的铜依赖性RCD，通过FDX1介导的线粒体脂酰化途径，在金属代谢与炎症相关病理之间建立了关键联系。在此过程中，铜离子优先与脂酰化特异性TCA循环酶的活性位点相互作用，导致线粒体呼吸链复合物异常寡聚化并破坏Fe-S簇组装，最终导致细胞不可逆的蛋白毒性应激。

当前针对铜稳态的调节策略在减轻炎症损伤方面显示出潜力，但其临床效果常因组织特异性不足和脱靶效应而受限。重要 advancements 包括：应用CRISPR-Cas9技术精确调控铜代谢相关基因；开发半乳糖功能化纳米载体（Gal-Cu@MOF）实现靶向铜递送；以及利用铜基光热疗法通过时空控制铜释放协同抑制炎症通路。

未来研究应聚焦关键领域以推动我们对铜死亡在炎症条件下理解和应用：空间多组学分析以揭示炎症病变中铜死亡的异质性；人工智能增强的高通量筛查部署机器学习模型（如XGBoost）以识别铜伴侣靶向干预的新靶点；优化小分子抑制剂（如DCAC50）靶向ATOX1和CCS等铜伴侣的体内递送；以及针对铜代谢的分子成像探针的临床推进用于无创疾病活动评估。通过利用纳米技术、基因编辑和代谢调节，针对铜死亡通路的靶向干预有望开创炎症性疾病精准治疗的新纪元。