《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》：The toxic effect of Cu2+ on cultured astrocytes of the rat cerebral cortex is associated with the nucleolar stress
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铜离子诱导的星形胶质细胞死亡与核仁损伤相关。研究显示0.05-0.2 mM Cu2+剂量依赖性降低细胞存活率，其中0.1 mM组存活率80%。存活细胞呈现p53蛋白升高、核仁体积增大至2.47±0.1 μm2、线粒体膜电位下降及核仁结构电子显微镜下异常。证实核仁是铜诱导损伤的主要靶点，引发核应激反应。
Nickolay K. Isaev | Elizaveta E. Genrikhs | Elena A. Smirnova | Wenzhu Wang | Alina E. Lapieva | Sergey A. Golyshev | Dmitry N. Voronkov | Anna B. Strizhkova |Arseniy K. Berdnikov | Elena V. Stelmashook
俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学
摘要
铜诱导的细胞死亡（铜毒症）与威尔逊病的发病机制有关，因此了解铜离子如何影响脑星形胶质细胞非常重要，因为这些细胞在铜代谢中起着关键作用。将培养的星形胶质细胞与不同浓度的CuCl2（0.025–0.2 mM）共同孵育24小时。CuCl2导致细胞存活率呈剂量依赖性下降。在0.05 mM的Cu2+浓度下，细胞存活率显著下降（85%）。更高浓度的铜（0.1 mM和0.2 mM）分别使细胞存活率降至80%和59%。后续实验使用了0.1 mM的铜浓度。在经过24小时Cu2+处理的存活细胞中，p53蛋白的水平显著升高，核仁中的核磷蛋白/B23的定位发生变化，核仁大小从对照组的1.35±0.04 μm2增大到2.47±0.1 μm2，同时线粒体膜电位也降低。电子显微镜观察显示，铜导致密集的纤维成分重新分布到核仁边缘，并使整个核仁结构紊乱。我们的结果表明，核仁是铜诱导损伤的主要靶点之一，从而导致核仁应激。
引言
铜（Cu）是周期表第I族的一种化学元素，原子序数为29，原子质量为63.546。该元素的常见氧化态为+1和+2，较少见的是+3和+4。铜是体内最常见的可变价金属之一，参与许多重要的生理过程。目前已知铜离子是铜蓝蛋白、超氧化物歧化酶（Cu/Zn SOD或SOD1）及其他蛋白质的组成部分。铜蓝蛋白是一种球状血浆蛋白，参与多种促氧化和抗氧化反应；而SOD1是关键的抗氧化剂之一[1][2]。铜还是催化多巴胺转化为去甲肾上腺素的关键酶（多巴胺β-单加氧酶和肽基甘氨酸α-羟基化单加氧酶）的组成部分[3]。此外，铜离子还是细胞色素c氧化酶（复合物IV）的成分，该酶在线粒体的氧化磷酸化过程中催化电子向氧的转移[4]。大脑中铜离子的平衡至关重要，其中枢神经系统的紊乱与许多神经退行性疾病（如威尔逊病和阿尔茨海默病）的发病机制有关[2][5][6]。威尔逊病是一种遗传性疾病，由于铜代谢障碍导致体内铜长期积累，从而引起肝脏、大脑、角膜等组织和器官的铜沉积，进而引发功能障碍。大脑中铜离子过量可导致神经元及其他细胞死亡[7][8]。值得注意的是，葡萄糖缺乏和含有巯基的氨基酸可以显著降低铜的毒性作用阈值[9][10]。研究表明，铜诱导的细胞死亡（铜毒症）可能在威尔逊病的发病机制中起重要作用[11]。因此，了解铜离子（Cu2+）如何影响脑星形胶质细胞至关重要，因为这些细胞在铜离子代谢中起着关键作用。星形胶质细胞能够高效吸收、储存和排出铜[12]。实验发现，细胞在铜存在下孵育数小时或数天后，其结构和功能会受到影响[13]。然而，星形胶质细胞的铜毒症机制仍不明确。基于以上背景，本研究旨在探讨铜离子的毒性作用对星形胶质细胞的损伤机制。
星形胶质细胞的原代培养
根据先前描述的技术[14]，通过酶法-机械分离法从1天大的大鼠中获得了星形胶质细胞的原代培养物。所有动物实验均符合欧洲共同体关于实验研究用动物规定的86/609/EEC指令。实验方案获得了神经学研究中心伦理委员会的批准（方案编号9-4/23，2023年11月23日）。分离出的大脑皮层...
结果
采用MTT方法测定细胞存活率。结果显示，当培养基中的Cu2+浓度达到0.05 mM时，培养的脑皮层星形胶质细胞的存活率开始显著下降（图1）；24小时后，存活率降至85±2%。更高浓度的铜（0.1 mM和0.2 mM）分别使细胞存活率降至80±3%和59±2%（图1）。
讨论
本研究的意义在于，铜诱导的细胞死亡与威尔逊病的发病机制相关，因此了解铜离子如何影响脑星形胶质细胞及其核仁结构非常重要，因为这些细胞在铜代谢中起着关键作用。遗憾的是，目前尚无针对铜离子作用下星形胶质细胞核仁变化的研究。本研究试图填补这一空白。
结论
铜是一种重要的微量元素，参与多种生理过程，但其在中枢神经系统中的过量积累会导致脑细胞损伤。本研究显示，Cu2+对培养的鼠星形胶质细胞的毒性作用表现为线粒体膜电位下降、核仁肥大、核仁超微结构改变、纤维蛋白和核磷蛋白/B23的定位紊乱...
未引用的参考文献
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作者贡献声明
Elizaveta E. Genrikhs：撰写、审稿与编辑、数据分析、数据管理。
Nikolay Isaev：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。
Elena V. Stelmashook：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据分析、概念构思。
Arseniy K. Berdnikov：初稿撰写、方法学设计、实验研究、数据分析。
Anna B. Strizhkova：撰写、审稿与编辑、实验研究、数据分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
