铜过载通过线粒体氧化应激和NLRP3炎症小体激活加剧小胶质细胞对Aβ的炎症反应

本研究探讨了环境铜（Cu）暴露如何加剧阿尔茨海默病（Aβ）中的神经炎症。研究人员发现，亚致死剂量Cu通过在线粒体中积累，诱发氧化应激，促进氧化线粒体DNA（ox-mtDNA）释放，从而激活NLRP3炎症小体，增强IL-1β等炎症因子分泌，并损害小胶质细胞对Aβ的吞噬清除能力。该研究揭示了Cu在AD神经炎症中的关键作用，为靶向金属稳态和线粒体氧化损伤的治疗策略提供了新思路。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是最常见的神经退行性疾病，其发病机制尚未完全阐明。除了经典的Aβ（amyloid beta）沉积和Tau蛋白异常磷酸化假说外，神经炎症和金属离子稳态失调也被认为是AD发生发展中的重要因素。铜（Cu）作为人体必需的微量元素，参与多种生理过程，但过量积累会产生神经毒性。近年研究发现，AD患者脑内存在铜代谢紊乱，且环境中的铜暴露（如含铜水管、农药等）可能与AD风险相关，但其具体机制，尤其是铜如何影响小胶质细胞功能并加剧神经炎症，仍不明确。

为此，来自西班牙巴塞罗那研究所的Marlene Zubillaga、Xenia Abadin、Elia Ivars等研究人员在《Redox Biology》上发表论文，系统探讨了铜过载对小胶质细胞在Aβ刺激下炎症反应的调控作用及其分子机制。

研究人员首先利用小鼠永生化的SIM-A9小胶质细胞系，以及原代培养的神经元，通过细胞活力检测、线粒体分离、金属含量测定（ICP-MS）、活性氧（ROS）检测、免疫印迹、免疫荧光、数字PCR（dPCR）、Selfie RT-qPCR等多种技术手段，从细胞、分子及功能层面展开研究。

研究结果显示，亚致死剂量铜处理可导致铜在线粒体内积累，伴随线粒体谷胱甘肽（mtGSH）耗竭和氧化应激增强，并进一步诱导线粒体DNA（mtDNA）氧化损伤和拷贝数增加。这些变化促进了氧化mtDNA（ox-mtDNA）进入胞质，进而激活NLRP3炎症小体，促使caspase-1（CASP-1）活化及IL-1β等炎症因子成熟和释放。此外，铜过载还上调细胞内胆固醇生物合成，抑制ABCA7表达，损害小胶质细胞对Aβ的吞噬能力。研究人员还发现，使用抗氧化剂如谷胱甘酯乙酯（GSHee）或线粒体靶向抗氧化剂MitoQ可逆转上述效应，表明铜的促炎作用依赖于线粒体氧化应激。最后，他们证明铜处理的小胶质细胞条件培养基对神经元具有毒性，且这一效应在过表达胆固醇调节因子SREBF2的APP/PSEN1神经元中更为显著，进一步证实胆固醇代谢紊乱加剧了铜诱导的神经炎症损伤。

3.1. Cu过载在线粒体中积累并促进Aβ诱导的线粒体氧化应激

铜暴露导致线粒体铜（mtCu）水平升高，mtGSH降低，ROS生成增加，且与Aβ共同处理时上述效应增强。抗氧化处理可逆转铜引起的氧化损伤和能量代谢障碍。

3.2. Aβ诱导的线粒体损伤在Cu过载下加剧，并激活线粒体质量控制和影响mtDNA含量

铜诱导线粒体自噬（mitophagy），并增加mtDNA拷贝数及线粒体转录因子A（mtTFA）表达，表明存在线粒体生物合成补偿机制，但未能完全抵消氧化损伤。

3.3. Cu过载促进NLRP3炎症小体介导的炎症反应

Cu和Aβ共同刺激显著上调NLRP3和IL-1β表达，促进ASC寡聚化，增强CASP-1活性及IL-1β分泌。使用抗氧化剂或NLRP3抑制剂（MCC950）可抑制上述炎症反应。

3.4. Cu过载引起mtDNA氧化并触发NLRP3炎症小体激活

铜导致线粒体内氧化mtDNA（8-OHdG标记）增加，并促进其向胞质释放。耗竭mtDNA可抑制CASP-1活性和IL-1β分泌，证实ox-mtDNA在NLRP3激活中的必要性。

3.5. 高Cu水平通过下调ABCA7表达和损害吞噬作用削弱小胶质细胞对Aβ的清除

铜处理降低小胶质细胞对荧光微球和Aβ的吞噬能力，并下调吞噬相关受体ABCA7的表达。胆固醇螯合剂HP-β-CD可恢复ABCA7水平并改善吞噬功能。

3.6. Cu过载引起细胞内胆固醇升高影响吞噬和免疫反应

铜增加细胞和线粒体胆固醇含量，上调胆固醇合成基因（Srebf2、ApoE、Hmgcr）及转运蛋白（STARD3、TSPO）。降低胆固醇可逆转Cu引发的炎症和吞噬缺陷。

3.7. SREBF2过表达使APP-PSEN1神经元对Cu处理小胶质细胞条件培养基的毒性更敏感

来自Cu处理小胶质细胞的条件培养基降低神经元存活率，该效应在SREBF2过表达的神经元中加剧，说明胆固醇代谢异常增加神经元对炎症因子损伤的敏感性。

本研究阐明，环境铜暴露通过在线粒体内积累，诱导线粒体氧化损伤、ox-mtDNA释放和NLRP3炎症小体激活，从而加剧小胶质细胞的炎症反应，并损害其吞噬清除Aβ的能力。同时，铜还扰乱胆固醇代谢，进一步促进神经炎症和神经元损伤。该研究不仅深化了对铜在AD中作用机制的理解，也为针对金属离子紊乱和线粒体氧化应激的干预策略提供了重要依据，提示抗氧化剂、金属螯合剂或NLRP3抑制剂可能具有治疗潜力。