铜螯合剂通过抑制铜蛋白生成来抑制黑色素瘤

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Copper Chelator Suppresses Melanoma via Inhibiting Cuproplasia

　　

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  铜螯合剂可通过抑制铜依赖性细胞生长来阻止对铜敏感的黑色素瘤发展。
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  该螯合剂能螯合细胞内的铜离子，进而引发内质网和线粒体功能紊乱。
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  它能产生活性氧/活性氮，激活MAPK信号通路，导致癌细胞异常死亡。
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  该螯合剂可通过抑制基质金属蛋白酶来阻止黑色素瘤的转移。
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  它通过螯合铜离子阻断铜依赖性细胞生长，从而发挥抗增殖作用。

引言

铜是维持正常生理功能以及细胞生长和代谢所必需的元素。¹然而，铜含量失衡——无论是过多还是不足——都与癌症的发生和发展密切相关。虽然细胞内铜积累过多会导致铜毒性细胞死亡，²但过高的铜浓度却可能促进铜依赖性细胞生长。³由于癌细胞分裂迅速，需要铜作为线粒体细胞色素c氧化酶的辅因子，以满足其增殖和转移所需的能量，因此癌细胞的铜含量通常高于正常细胞。⁴作为细胞内的主要铜储存库，线粒体在铜介导的癌症代谢反应中起着关键作用。⁵在黑色素瘤和乳腺癌中都检测到了较高的铜浓度，^{6, 7}铜会调节多种关键蛋白的活性，进而影响多种细胞过程。⁸因此，通过降低铜浓度来抑制铜依赖性细胞生长，是治疗对铜敏感的癌症的一种有效策略。铜螯合剂可通过干扰铜的信号传导并靶向铜依赖性细胞生长，从而发挥抗肿瘤作用。⁹三乙烯四胺和四硫钼酸盐等螯合剂已被用于临床治疗多种癌症。⁴但三乙烯四胺并非选择性铜螯合剂，容易打破金属平衡；而四硫钼酸盐在体内的作用机制复杂，难以实现针对癌症的精准铜浓度调控。^{10, 11}因此，开发新型选择性铜螯合剂，通过抑制铜依赖性细胞生长来杀死癌细胞，具有重要的研究价值。

另一方面，铜独特的氧化还原特性可被用于催化超氧阴离子的产生，⁴同时还能与一氧化氮结合，增强其调节细胞增殖的生理作用。¹²一氧化氮因其细胞毒性和免疫调节作用，在抗癌治疗中具有重要地位。¹³它可通过氧化或亚硝化作用造成线粒体或DNA损伤。¹⁴不过，一氧化氮的作用效果取决于其浓度——低浓度的一氧化氮会促进肿瘤生长，而高浓度则能抑制肿瘤进展。¹⁵值得注意的是，一氧化氮可与超氧阴离子结合生成活性氮物种，如过氧亚硝酸盐，进而造成严重的细胞损伤和死亡。¹⁶不幸的是，一氧化氮和超氧阴离子的半衰期都很短，且对生物分子极为敏感，¹⁷这给其在癌细胞内的精准输送和稳定存在带来了极大挑战。

在细胞内的还原环境中，铜以铜离子形式存在，能与硫醇等软配体形成四面体复合物。¹¹本研究报道了一种具有高效铜离子螯合能力的铜螯合剂，该螯合剂可通过产生活性氧或活性氮物种，扰乱线粒体代谢并调节氧化还原平衡，进而使癌细胞的丝裂原活化蛋白激酶信号通路过度激活，最终导致癌细胞异常死亡。由于MAPK信号通路的过度激活会对癌细胞造成细胞毒性压力，¹⁸而且该通路也是黑色素瘤中的致癌通路之一，¹⁹因此这种铜螯合剂有望成为治疗难治性黑色素瘤的有效药物候选物。

章节摘要

设计与合成

大多数铜螯合剂对铜离子的选择性较差，容易导致细胞内其他重要金属元素的丢失。与铜离子相比，铜离子更容易被含有硫醚硫和芳香氮等软给体原子的配体所吸引。²⁰因此，本研究选择了富含硫醚基团的配体双(2-((2-(乙硫基)乙基)-硫)乙基)胺作为选择性结合铜离子的配体。²¹研究者还利用香豆素衍生物将这种配体与呋喃唑酮亚硝基单元连接起来，该单元在与特定物质反应后会释放出一氧化氮。

结论

在高铜浓度的环境下，铜依赖性细胞生长机制会显著促进癌细胞的增殖和迁移。铜离子在癌症发病过程中发挥着多种作用。通过铜螯合剂降低癌细胞内的铜离子浓度，是抑制铜依赖性细胞生长的有效策略。在本研究中，我们设计出一种新型选择性铜螯合剂，可通过打破细胞内的铜平衡，从而抑制对铜敏感的黑色素瘤细胞的铜依赖性细胞生长。

材料

所有用于合成实验的化学试剂均为市售产品，无需进一步纯化即可使用。柱层析则采用了300-400目的硅胶。2-(乙硫基)乙烷-1-硫醇、盐酸双(2-氯乙基)胺以及3,4-双(苯磺酰基)-1,2,5-噁二唑-2-氧化物均从BidePharmatech Ltd公司购买。此外还使用了2-溴乙醇、二钠浴铜氰化物二磺酸盐、N,N-二异丙基乙胺、[Cu(MeCN)4][PF6]、抗坏血酸、N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽等试剂。

作者贡献说明

郭志坚：文章撰写——审阅与编辑，资源准备。王晓勇：文章撰写——审阅与编辑，研究指导，资源提供，项目管理，资金申请，概念构思。钱成远：实验验证，研究调查，数据整理。徐启杰：实验验证，数据统计分析。楚成岩：文章初稿撰写，实验验证，方法设计，研究调查，数据统计分析，数据整理，概念构思。杨秀芝：实验验证，数据统计分析。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何可能影响本研究结果的利益冲突。

数据可用性声明

本研究的相关数据均保存在本文的补充资料中，可供查阅。

利益冲突声明

? 所有作者均声明不存在任何可能影响本研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

我们衷心感谢中国国家自然科学基金委员会（项目编号：22577051、92153303、22293051）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20202004）以及中国教育部的“基础学科拔尖学生培养计划2.0”项目（项目编号：JYB2025XDXM507）对本研究提供的支持。

楚成岩|钱成远|徐启杰|杨秀芝|郭志坚|王晓勇