综述：铜死亡与铜相关抗肿瘤治疗的研究进展

这篇综述聚焦铜死亡及铜相关抗肿瘤治疗。文中阐述了铜代谢过程、铜死亡机制，介绍以铜离子载体和螯合剂为代表的治疗策略，还探讨铜基纳米材料的应用。研究表明，铜与肿瘤关系密切，为肿瘤治疗提供新思路。

　　

一、细胞死亡与铜的作用概述

细胞死亡分为意外细胞死亡（ACD）和程序性细胞死亡（RCD）。RCD 包括凋亡（Apoptosis）、自噬（Autophagy）等多种形式，每种都有独特的细胞形态变化。铜是生物必需微量元素，参与多种生理过程。细胞通过主动平衡机制维持铜浓度稳定，铜代谢异常会导致细胞死亡和机体损伤，铜缺乏也会影响相关酶功能。2022 年新发现的铜死亡（cuproptosis），其机制与线粒体呼吸有关，且与铁死亡（Ferroptosis）有相似之处，增加细胞内铜浓度有望用于杀死癌细胞，这使得铜成为肿瘤学研究的重要方向。

二、铜代谢过程

成年人体内约含 100 - 200mg 铜，日常摄入约 0.8mg 可维持其水平。铜有 Cu^II和 Cu^I两种形式。铜从饮食中摄取，在十二指肠和小肠被吸收。小肠上皮细胞借助高亲和力铜转运蛋白 CTR1 吸收铜离子，再经抗氧化 1 铜伴侣（ATOX1）运输到肠侧膜。吸收后的铜离子在肝脏与铜蓝蛋白（CP）结合，通过血液运输到全身。当肝细胞内铜过量时，在 ATP7B 的调节下，多余铜经胆汁排出；外周铜浓度降低时，ATP7A 将肝脏中的铜离子泵入血液，维持外周血铜离子浓度稳定。铜代谢涉及吸收、运输、储存和排泄等多个调节阶段，对维持体内铜离子平衡至关重要。铜代谢异常与多种疾病相关，如威尔逊病（WD）和门克斯病（MD），同时肿瘤的发展也与铜代谢密切相关，肿瘤细胞对铜的需求高于正常组织。

三、铜死亡的机制

铜死亡有一系列典型形态特征，如线粒体收缩、细胞膜完整性受损、内质网破坏和染色质碎片化等，但其机制与其他程序性细胞死亡方式不同。

1. 激活氧化应激：正常生理状态下，细胞氧化与抗氧化处于平衡。当平衡被打破，就会引发氧化应激，活性氧（ROS）稳态浓度升高。铜离子可通过芬顿（Fenton）反应，在氧化态和还原态之间转换，催化产生大量 ROS，对细胞造成多种损伤，包括 DNA 损伤、线粒体功能障碍和细胞膜完整性破坏等。例如，铜离子载体 NSC319726 可促进 Cu^II产生 ROS，抑制 DNA 合成，使细胞停滞在 G1 期并诱导死亡；双硫仑（DSF）与 Cu^II结合后，增强 ROS 产生，激活 P38 信号通路，抑制 NF - κB 信号通路，从而导致癌细胞死亡。
2. 抑制泛素 - 蛋白酶体系统：泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）负责约 80% 的细胞内蛋白质降解，参与调节细胞周期、增殖和凋亡等过程。铜离子可通过不同机制干扰 UPS 的正常功能，如双硫仑 - 铜复合物可抑制蛋白酶体活性，增加泛素 - 蛋白质相互作用，阻碍泛素化蛋白质的降解，还能抑制泛素化依赖的 ATP 合酶活性。
3. 铜诱导细胞死亡的关键靶点：在三羧酸（TCA）循环中，过量的铜会与线粒体中的一系列蛋白质结合，如丙酮酸、α - 酮戊二酸、支链铜酸盐脱氢酶和甘氨酸裂解系统等，导致这些蛋白质异常聚集和功能障碍。这会引发铁硫簇蛋白不稳定，抑制线粒体代谢功能，产生蛋白毒性应激，最终导致细胞死亡。铁氧还蛋白 1（FDX1）是铜死亡的关键调节因子，也是蛋白质脂酰化的主要上游调节因子。铜离子载体依莱斯可隆（elesclomol）可直接作用于 FDX1，将 Cu^II转化为 Cu^I。敲低 FDX1 或抑制与脂酰化相关的酶可阻止铜死亡发生，而抑制其他已知细胞死亡方式（如凋亡、自噬、铁死亡等）并不能挽救铜死亡。研究发现，脂酰化蛋白质水平高的细胞系对铜死亡更敏感，这为治疗特定代谢特征的癌细胞提供了潜在方向。

四、铜相关肿瘤治疗策略

肿瘤细胞对铜的需求高于正常组织，铜离子在肿瘤增殖、转移、调节细胞周期、促进血管生成和影响细胞信号通路等方面发挥重要作用。基于此，发展出多种铜相关的肿瘤治疗策略。

1. 铜补充策略：通过补充铜来提高细胞内铜浓度，诱导肿瘤细胞死亡是重要研究方向。常见的铜离子载体有依莱斯可隆（elesclomol）、NSC319726 和双硫仑（DSF）等。依莱斯可隆可选择性地将细胞外的 Cu^II转运到线粒体并还原为 Cu^I，诱导 ROS 生成，增强紫杉醇对难治性实体瘤和 IV 期转移性黑色素瘤的治疗效果，且在 III 期临床试验中对线粒体代谢活性高的晚期黑色素瘤患者有更好的抗肿瘤效果。双硫仑是乙醛脱氢酶 1（ALDH1）的精确抑制剂，可选择性清除 ALDH⁺癌症干细胞，降低肿瘤复发风险。它还能抑制 GSDMD 孔形成、炎性小体介导的凋亡和 IL - 1β 分泌，与 Cu^II联合使用可提高细胞内 ROS 水平，诱导铜依赖性细胞死亡。双硫仑可穿过血脑屏障，增强对多形性胶质母细胞瘤（GBM）的抗癌效果，并且铜离子的积累还能提高癌细胞表面 PD - L1 的表达，增强免疫检查点阻断剂 αPD - L1 的抗癌效果。研究人员开发的纳米药物 NP@ESCu，可在癌细胞内高 ROS 环境下释放依莱斯可隆和铜，实现对癌细胞的特异性杀伤，并与 αPD - L1 联合使用显著抑制肿瘤进展。
2. 铜耗竭策略：肿瘤细胞对铜离子需求高，使用铜耗竭剂可降低细胞内铜浓度，抑制铜基酶活性，从而抑制肿瘤细胞生长。常见的铜螯合剂如四硫代钼酸盐（TM），具有抗血管生成作用，可延缓 I 期或 II 期恶性间皮瘤患者的疾病进展，还能选择性降低原发性肿瘤中的铜离子，抑制铜介导的转移，同时保护邻近健康组织。赖氨酰氧化酶（LOX）是一种铜依赖性单胺氧化酶，在肿瘤转移中起重要作用，铜耗竭会导致 LOXL2 水平降低，促进免疫激活，预防乳腺癌转移。此外，铜螯合剂还能调节铜稳态过程，增强顺铂在肿瘤细胞内的积累和凋亡作用，防止耐药性产生，并且可与激酶抑制剂联合使用，增强对致癌信号通路的抑制效果。铜在调节肿瘤免疫方面也有重要作用，铜补充可诱导 PD - L1 基因转录和蛋白质稳定，而铜耗竭则可促进 PD - L1 转录抑制和蛋白质降解，增强免疫反应，因此铜耗竭药物可作为肿瘤免疫治疗的免疫检查点抑制剂。
3. 铜基纳米材料的应用：传统癌症治疗方法（手术、放疗、化疗）存在诸多不良反应，影响治疗效果。近年来，铜基纳米材料（Cu - based NMs）因其良好的生物相容性，成为潜在的实验性抗癌药物。铜基纳米材料可作为光热治疗（PTT）和光动力治疗（PDT）的光敏剂（PS），通过芬顿反应产生大量 ROS，诱导细胞氧化应激和损伤，其催化活性比传统试剂高很多。同时，铜基纳米材料的光热反应性可减少非特异性药物从血液中的泄漏，降低对健康组织的毒性。此外，铜基纳米材料表面积较大，可负载不同化疗药物用于肿瘤化疗，化学动力学疗法（CDT）和 PTT 的协同作用能精确释放化疗药物，有效抑制肿瘤生长和复发。

五、研究总结与展望

铜是维持细胞正常功能的必需微量元素，其摄取和排出过程受到严格调控。铜离子介导细胞死亡的途径包括通过芬顿反应诱导 DNA 损伤和脂质过氧化、损害线粒体途径导致氧化还原反应失衡、干扰蛋白质构象和功能抑制铁硫簇蛋白合成以及破坏铜稳态阻碍铜转运蛋白表达等。铜死亡是一种新发现的细胞死亡方式，FDX1 在其中起关键作用，过量铜通过促进 TCA 循环中脂酰化蛋白质的异常寡聚化和降低铁硫簇蛋白水平诱导细胞死亡。铜死亡与多种疾病的发生发展相关，尽管其基本机制已初步阐明，但与氧化应激及其他细胞死亡形式的复杂关系仍有待深入研究，铜水平和铜代谢在疾病病理生理学中的作用也需要进一步明确。

目前肿瘤治疗主要通过铜复合物使细胞铜过载或铜耗竭，破坏铜稳态，但铜复合物的高全身毒性和低生物利用度限制了其应用，因此提高其生物安全性十分必要。新兴的肿瘤治疗策略中，铜基纳米材料可同时递送铜和多种功能药物，提高抗肿瘤效果并减少副作用，还可用于 PTT、CDT 和与 ROS 相关的治疗。然而，铜基纳米材料的生物相容性和生物安全性仍是需要解决的问题，期待未来进一步深入研究，让铜相关肿瘤治疗真正造福患者。