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本文聚焦铜与铜死亡（cuproptosis）在癌症中的作用。阐述了铜稳态在生理和癌症中的机制，铜在肿瘤中具有促癌和抑癌双重功能，还介绍了铜死亡的分子机制、在癌症生物学中的作用、相关基因临床关联及治疗策略，为癌症治疗研究提供新思路。
铜在生理中的稳态
铜是人体必需微量元素，对多种生理过程至关重要。铜在人体内的含量需维持平衡，过多或过少都可能引发多种疾病，如威尔逊病（WD）、门克斯病（MD） 、神经退行性疾病、心血管疾病和癌症等。铜在生物系统中主要以铜（II）和铜（I）两种氧化态存在，其氧化还原特性使其在生理过程中具有双重作用，既是多种酶的辅助因子，参与电子传递，又可能因过量积累而破坏细胞代谢，导致细胞损伤或死亡 ，因此，严格调控铜稳态至关重要。
系统铜稳态
人体铜总量为 100 - 200mg，主要从食物中摄取，推荐日摄入量为 0.8 - 2.4mg。食物中的铜（II）在小肠，尤其是十二指肠和空肠被吸收。六跨膜上皮抗原前列腺家族（STEAP）成员等可将铜（II）还原为铜（I），铜（I）通过铜转运蛋白 1（CTR1，也称为 SLC31A1）和 CTR2 等进入肠上皮细胞，部分也可通过二价金属转运蛋白 1（DMT1，即 SLC11A2）进入。进入细胞的铜（I）与铜伴侣蛋白结合，通过 ATP7A 转运到血液中，在血液中与多种铜伴侣蛋白结合，主要是血浆铜蓝蛋白（CP） ，随后被运输到肝脏和肾脏等器官。肝脏是铜储存和排泄的主要器官，铜在肝细胞内与金属硫蛋白（MTs）结合储存，多余的铜通过 ATP7B 释放到血液中，最终经胆汁排出体外。此外，未吸收的铜从肠道排出，少量铜通过尿液、汗液和月经排出。
细胞内铜稳态
细胞内铜通过精细的调控网络维持平衡，包括细胞质与不同细胞器之间的相互作用。铜进入细胞后，可与 MTs 和谷胱甘肽（GSH）结合形成动态铜池，也可与铜伴侣蛋白结合运输到不同细胞器。例如，超氧化物歧化酶铜伴侣（CCS）将铜（I）传递给超氧化物歧化酶 1（SOD1） ，SOD1 可催化超氧自由基转化，保护细胞免受氧化应激损伤；COX17 将铜运输到线粒体，参与细胞色素氧化酶（COX）的组装，COX 是线粒体呼吸链复合物 IV，在氧化磷酸化中起关键作用。高尔基体是铜稳态的重要调节部位，ATP7A 和 ATP7B 在正常铜水平时位于反式高尔基体网络（TGN），将铜泵入 TGN 腔，当铜过量时，它们可转移到囊泡并与质膜融合排出多余铜。铜还在细胞核中发挥作用，参与激活转录因子。
铜在癌症中的功能
研究发现，肿瘤组织对铜的需求高于正常组织，铜在肿瘤中的代谢失衡对肿瘤进展具有双重影响。
铜的促癌功能
“铜增生活性”（cuproplasia）指铜驱动的细胞生长和增殖，涉及多种癌症相关通路。铜可激活 RAS - RAF - MEK - ERK1/2 和 PI3K - PDK1 - AKT 等激酶信号通路，促进肿瘤生长。在具有 BRAF 或 KRAS 突变的肿瘤模型中，铜作为 MEK1/2 的辅助因子，增强其磷酸化 ERK1/2 的能力，进而调节肿瘤相关基因表达。铜还能刺激自噬，通过与 Unc - 51 样自噬激活激酶 1 和 2（ULK1/2）结合，促进自噬复合物形成，增强肿瘤细胞存活和增殖；同时，铜可激活泛素 - 蛋白酶体系统（UPS），促进肿瘤抑制蛋白 p53 和 X 连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）等的降解，推动肿瘤发展。此外，铜通过抑制线粒体酶，影响表观遗传调控相关代谢物的产生，还可调节脂质代谢，促进肿瘤细胞增殖和转移。
铜在肿瘤血管生成、转移和免疫逃逸中也发挥重要作用。铜可激活多种促血管生成和炎症因子，如与血管生成素（ANG）结合促进血管生成，稳定转录因子 HIF - 1α 并增强 NF - κB 活性，促进血管内皮生长因子（VEGF）等血管生成介质的表达 。铜还参与肿瘤转移过程，激活赖氨酰氧化酶（LOX）和 LOX 样（LOXL）同工酶，促进细胞外基质（ECM）重塑和上皮 - 间质转化（EMT），增强肿瘤细胞的迁移和侵袭能力。在免疫逃逸方面，铜可通过多种途径上调程序性死亡配体 1（PD - L1）的表达，抑制 T 淋巴细胞功能，诱导其耗竭，帮助肿瘤细胞逃避机体免疫监视。
铜的抑癌功能
铜可通过多种机制诱导细胞死亡，发挥抑癌作用。在凋亡过程中，过量铜可催化活性氧（ROS）生成，导致氧化应激，损伤细胞成分，引发凋亡；铜还可直接或间接影响凋亡相关蛋白活性，如激活 p53 促进细胞死亡。此外，内质网应激和核仁应激也参与铜诱导的细胞凋亡。在焦亡过程中，铜诱导的 ROS 生成和内质网应激可能促进焦亡相关基因表达，激活 NLRP3 炎性小体，导致细胞焦亡。铜与坏死性凋亡也有关，过量铜可激活坏死性凋亡相关基因，通过氧化应激激活 Toll 样受体 4（TLR4）/NF - κB 信号通路，引发坏死性凋亡。在铁死亡方面，铜可通过芬顿或类芬顿反应诱导 ROS 产生，促进脂质过氧化，还可诱导谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）的自噬降解，引发铁死亡，但铜在铁死亡中的作用存在争议，也有研究表明其可能具有抗铁死亡特性。铜还能促进自噬，在某些情况下，过度激活的自噬可通过铁死亡等方式促进细胞死亡。此外，铜可激活免疫细胞，发挥肿瘤抑制作用，如 DSF/Cu 复合物可诱导免疫原性细胞死亡（ICD），增强树突状细胞（DCs）的激活和成熟，促进巨噬细胞向 M1 表型极化，增强抗肿瘤免疫。
癌症中的铜死亡
铜死亡是一种新发现的铜依赖性细胞死亡方式，近年来受到广泛关注。
铜死亡的主要里程碑
1928 年，Hart 等人发现铜是大鼠红细胞生成的必需元素，此后人们逐渐认识到铜在生物体内的重要性。1965 年，研究发现肿瘤与铜积累有关。从 1980 年起，人们开始了解过量铜的毒性。2022 年，“铜死亡” 这一概念被正式提出，用于描述一种独特的细胞死亡形式。在此之前，研究人员对铜诱导的细胞死亡机制进行了大量探索，发现铜可通过氧化应激等机制导致细胞损伤和死亡 。2015 年，研究发现铜可增强 DSF 的抗肿瘤活性，此后对铜死亡机制的研究不断深入，陆续发现了一些关键的调节因子和信号通路。
铜死亡的分子机制
铜死亡依赖于线粒体代谢，但也存在线粒体非依赖的途径。在依赖线粒体的铜死亡中，过量的铜（II）进入线粒体，被线粒体蛋白 FDX1 还原为更具毒性的铜（I）。FDX1 还可促进蛋白质脂酰化，铜（I）与脂酰化蛋白结合，诱导其聚集，如导致二氢硫辛酰胺 S - 乙酰转移酶（DLAT）聚集，同时破坏线粒体中 Fe - S 簇蛋白的稳定性，引发细胞应激反应，最终导致铜死亡。在非依赖线粒体的铜死亡方面，有研究表明存在其他铜（II）还原酶，且细胞内铜可在胞质中发挥作用，如 DSF/Cu 可介导细胞质中 p97 复合物的聚集和构象锁定，抑制泛素 - 蛋白酶体降解途径，增加蛋白毒性应激，导致细胞死亡，但该途径的分子机制仍有待进一步研究。
铜死亡在癌症生物学中的功能
铜死亡在癌症生物学中具有重要作用，既能抑制肿瘤，也可能被肿瘤细胞逃避，促进肿瘤进展和治疗抵抗。肿瘤抑制蛋白 p53 可通过诱导铜死亡抑制肿瘤发展，其通过调节细胞代谢，使细胞代谢向三羧酸循环（TCA）和氧化磷酸化转变，增加细胞对铜死亡的敏感性，还可调节 GSH 的生物合成促进铜死亡。此外，表观遗传调节因子 METTL16 通过促进铜死亡发挥肿瘤抑制作用，肿瘤代谢物如 4 - 辛基衣康酸（4 - OI）也可通过抑制有氧糖酵解促进铜死亡。然而，肿瘤细胞可通过多种机制逃避铜死亡。癌基因母系胚胎亮氨酸拉链激酶（MELK）可抑制铜死亡，其通过激活 PI3K/mTOR 信号通路，提高 DLAT 表达，稳定线粒体功能，增强肿瘤细胞对铜死亡的抗性。异常激活的 Wnt/β - catenin 信号通路也可使肿瘤细胞逃避铜死亡，该通路激活后，β - catenin/TCF4 转录复合物可诱导 ATP7B 表达，降低细胞内铜水平，增强癌症干细胞（CSCs）特性，导致肿瘤对治疗产生抗性。
肿瘤细胞发生铜死亡时，可在肿瘤微环境（TME）中引发免疫刺激反应。一方面，铜死亡的肿瘤细胞可激活自身的环 GMP - AMP 合酶（cGAS）/ 干扰素基因刺激蛋白（STING）信号通路，释放线粒体 DNA（mtDNA）等损伤相关分子模式（DAMPs），激活肿瘤免疫相关的 mtDNA - cGAS - STING 信号通路，分泌 IFN - β 和 CXCL10 等细胞因子，促进 DC 成熟、细胞毒性 CD8? T 细胞浸润和自然杀伤（NK）细胞募集，抑制肿瘤生长。另一方面，铜死亡的肿瘤细胞可释放 “吃我” 信号，间接激活抗肿瘤免疫反应，但铜死亡也可能导致肿瘤细胞 PD - L1 蛋白上调，抑制 CD8? T 细胞反应，体现了铜死亡在肿瘤免疫调节中的复杂性。
铜死亡相关基因（CRGs）的临床关联
研究通过全基因组敲除筛选确定了多个与铜死亡易感性相关的基因，包括 FDX1、LIAS、DLAT 等。FDX1 在多种癌症组织中表达下调，但在某些女性生殖肿瘤和胶质母细胞瘤中上调，其表达水平与部分癌症的预后相关。DLAT 在胃癌、非小细胞肺癌等多种癌症中表达上调，与肿瘤细胞的能量代谢和增殖有关，其表达还与 FDX1、LIAS 以及 PD - L1 相关，且与多种免疫细胞的浸润水平相关。LIAS 与线粒体能量代谢和抗氧化防御有关，在不同癌症中的表达与预后存在差异。此外，铜稳态调节蛋白 SLC31A1、ATP7A 和 ATP7B 等也与铜死亡相关，其表达水平的变化与多种癌症的发生、发展和预后相关。
针对铜和铜死亡的治疗策略
鉴于铜和铜死亡与癌症的密切关系，调节铜水平和诱导铜死亡成为有前景的癌症治疗策略。
铜螯合剂
铜螯合剂可与铜结合，降低其生物利用度，抑制肿瘤血管生成、细胞增殖和转移。四硫代钼酸盐（TTM）是一种口服铜螯合剂，在多种癌症的临床前研究和临床试验中显示出抗肿瘤活性，可抑制 MEK1/2 激酶活性，增强其他抗癌药物的疗效，且毒性较低。第二代 TTM 类似物 ATN - 224 可抑制 SOD1 活性，在临床试验中表现出一定的药代动力学优势，但也存在疲劳等剂量限制性毒性。D - 青霉胺（D - pen）可抑制肿瘤增殖和血管生成，增强放疗和化疗的效果，但其对胶质母细胞瘤患者的生存改善效果不明显。曲恩汀（Trientine）可用于治疗对 D - pen 不耐受的 WD 患者，在肿瘤治疗中可增强铂类药物的敏感性。此外，纳米医学递送系统可优化铜螯合剂的治疗效果，提高药物靶向性，降低毒性。
铜离子载体
铜离子载体可与铜形成中性、亲脂性复合物，增加细胞内铜浓度，促进铜死亡。elesclomol（ES）是一种线粒体靶向的铜离子载体，可诱导铜依赖性凋亡和铁死亡，在转移性黑色素瘤等癌症的临床试验中进行了研究，但部分试验未达到预期的临床效果。双硫仑（DSF）是 FDA 批准的醛脱氢酶（ALDH）抑制剂，具有多靶点抗肿瘤活性，与铜联合使用可增强抗肿瘤效果，但其在癌症治疗中的疗效仍有待进一步提高。一些抗菌药物如氯碘羟喹（CQ）和 8 - 羟基喹啉（8 - OHQ）也可作为铜离子载体，诱导肿瘤细胞凋亡，但在临床癌症治疗中的应用受到限制。为了克服肿瘤细胞对铜死亡的低敏感性等问题，研究人员开发了多种纳米医学递送系统，并探索将铜死亡与其他抗肿瘤疗法联合使用的协同治疗策略。
铜死亡的检测
铜死亡作为一种新发现的细胞死亡方式，其检测标志物尚未完全明确。目前主要从以下几个方面进行检测：评估关键铜死亡相关基因或蛋白，如 DLAT 寡聚化、Fe - S 簇蛋白和热休克蛋白的表达变化，但这些变化并非铜死亡所特有；检测亚细胞器的超微结构，铜死亡细胞的线粒体、内质网和细胞核等会出现形态改变，可通过透射电子显微镜（TEM）观察，但这些形态特征可能与其他细胞死亡形式重叠；测定铜水平，可使用铜特异性荧光探针、比色法和电感耦合等离子体质谱（ICP - MS）等技术检测细胞内铜的含量和分布；分析代谢生物标志物，铜死亡会影响 TCA 循环代谢物水平，可通过液相色谱 - 质谱联用或核磁共振光谱等技术进行检测，但部分代谢物变化的意义和预测价值仍需进一步研究。
结论与展望
铜在细胞中具有双重作用，既是多种酶的必需辅助因子，促进肿瘤进展，又可在过量时诱导铜死亡，导致细胞死亡。近年来，针对铜和铜死亡的癌症治疗策略展现出一定的前景，但仍面临诸多挑战。首先，监测肿瘤内铜水平和确定患者铜死亡的生物标志物存在困难，现有检测技术在临床应用中的敏感性和安全性有待提高。其次，铜死亡的精确分子机制尚未完全明确，如线粒体呼吸加速铜死亡的机制以及铜过量导致铜死亡而非其他细胞死亡形式的原因等。此外，铜死亡在正常生理条件下的发生情况也有待研究，目前已知其在多种病理条件下存在，但在正常生理过程中的作用尚不清晰。同时，虽然已有许多研究分析了铜死亡相关基因与肿瘤特征的关系，但缺乏生物学证据和实验验证，且可能存在其他参与铜死亡的代谢途径和铜转运蛋白。最后，需要确定哪些患者群体更能从基于铜死亡的治疗中获益，寻找更可靠的生物标志物和有效的联合治疗策略，以提高癌症治疗效果。未来，深入研究铜和铜死亡在癌症中的作用机制，有望为癌症治疗开辟新的途径。
