揭示异常铜代谢在系统性红斑狼疮中的作用

《Journal of Autoimmunity》：Unveiling the role of abnormal copper metabolism in systemic lupus erythematosus

　　

摘要

目的

代谢紊乱越来越多地被发现在系统性红斑狼疮（SLE）的发病机制中发挥作用。鉴于铜（Cu）在免疫中发挥的关键作用，其在SLE中的具体代谢变化仍知之甚少。本研究通过结合横断面探索性研究、转录组分析和小鼠实验，旨在探究SLE中异常铜代谢的表型特征，并阐明其分子机制与治疗潜力。

方法

分别利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和多接收器ICP-MS，测量患者及健康对照血液样本中的铜浓度和稳定同位素比值（δ⁶⁵Cu）。为探究其机制，利用公开可获得的血液转录组数据集和Western blotting评估分子改变。在狼疮易感MRL/lpr小鼠中，使用铜螯合剂四硫钼酸铵（TTM）进一步评估铜调节对疾病进展的影响。统计分析包括组间比较、协方差分析和用于混杂因素校正的多变量逻辑回归、相关性分析以及基因集富集分析。

结果

自身免疫病患者（n = 50），尤其是SLE患者（n = 21），与健康对照（n = 34）相比表现出不同的铜代谢特征：血浆铜浓度升高（均值1.38 [95% CI 1.21–1.56] vs 1.20 [95% CI 1.13–1.28] μg/g；P = 0.058），但血浆（均值?0.33‰ [95% CI ?0.45‰–?0.21‰] vs ?0.05‰ [95% CI ?0.13‰–0.03‰]；P < 0.0001）和血细胞（均值0.23‰ [95% CI 0.09‰–0.38‰] vs 0.98‰ [95% CI 0.88‰–1.09‰]；P < 0.0001）中的δ⁶⁵Cu均降低。SLE中关键的铜缓冲蛋白（白蛋白、铜蓝蛋白）和转运蛋白（STEAP4）发生失调。来自公共数据库的SLE患者（n = 264）和健康受试者（n = 83）的血液转录组分析揭示了铜代谢中多个失调基因，这些基因与铜的摄取/外排以及与线粒体呼吸和胶原交联相关的通路有关。在MRL/lpr小鼠中，通过TTM限制铜的生物利用度可减轻疾病严重程度，减少淋巴结肿大以及肾脏炎症和纤维化。

结论

本研究强调了SLE中的铜代谢异常，并提出血细胞δ⁶⁵Cu作为潜在的探索性生物标志物。异常铜代谢可能通过线粒体和胶原相关通路参与SLE的发病机制，并且可能通过铜螯合加以调节，这为SLE的治疗干预提供了新的视角。

引言

铜（Cu）是一种必需的微量营养素，作为众多生理过程中的关键氧化还原活性辅助因子[1]。精确的铜稳态调控至关重要，因为调控其代谢的基因突变可导致致命的病理状态。已充分表征的实例包括Menkes病和Wilson病，分别由编码铜转运ATP酶的ATP7A和ATP7B基因突变引起[1,2]。此外，编码细胞色素c氧化酶（CcO）组装因子（如SCO1、SCO2和COA6）的基因突变会破坏线粒体铜的利用，导致严重的线粒体疾病[3]。除了基因突变外，铜代谢失调也被认为与多种疾病的发展有关，包括恶性肿瘤、神经退行性疾病和心血管疾病[1,2]。

自身免疫病（AIDs）是免疫系统错误攻击宿主正常组织时发生的疾病[4]。系统性红斑狼疮（SLE）是一种典型的自身免疫病，其特征为多系统炎症和产生多种自身抗体[4]。令人信服的证据强调了铜在维持免疫稳态中的关键作用[5]。临床上，铜缺乏常与中性粒细胞减少症相关[5,6]，这种状况可通过补充铜来逆转[7,8]。代谢研究进一步表明，膳食铜水平显著调节免疫状态：低铜摄入抑制单核细胞增殖并增加循环B细胞比例[9]，而过量铜摄入可降低针对病毒病原体的抗体滴度[10]。动物模型证实了这些发现，表明铜缺乏会损害中性粒细胞和自然杀伤细胞活性[[11], [12], [13]]，减少产生抗体的脾细胞[14]，并损害抗病毒抵抗力[15]。体外研究表明，补充铜可增加人T淋巴细胞和B淋巴细胞的爆发活性[12]，而铜螯合可抑制人T淋巴细胞中IL-2基因的转录[16]。此外，铜对于中性粒细胞胞外陷阱的形成[17]、通过线粒体铜信号激活单核细胞来源的巨噬细胞[18]以及宿主-病原体防御[[19], [20], [21]]都是不可或缺的。

尽管铜在免疫系统中的重要性已经确立，但铜代谢是否在SLE中存在失调并参与疾病发展在很大程度上仍未被探索。在本研究中，我们的主要目标是表征SLE中铜代谢的表型特征。基于这些初步临床观察，我们的次要目标是通过基因和蛋白表达分析探究潜在的分子机制，并初步评估在SLE的MRL/lpr小鼠模型中铜代谢干预的治疗潜力。总体而言，本研究旨在推进对SLE中铜稳态的理解，并为未来的铜代谢靶向治疗研究奠定基础。

章节摘要

研究人群与伦理审批

2019年9月至2020年2月，在中国医学科学院北京协和医院风湿免疫科共纳入50例自身免疫病患者和34例健康对照。采用严格临床标准下的连续入组策略。AID患者的入组标准如下：(1)符合某一特定AID的既定分类标准；且(2)入组时处于疾病活动状态。

AID中铜代谢表型状态的变化

人血样本来自北京协和医院，共纳入50例AID患者和34例健康对照。AID患者包括SLE亚型（n = 21）、原发性干燥综合征（pSS）（n = 10）和其他（其他亚型，如类风湿关节炎和皮肌炎），其中SLE占主要。参与者基本信息见表S1。AID-TS组与...之间在性别构成（P = 0.695）和年龄分布（P = 0.391）上无显著差异。

讨论

铜在人免疫系统中发挥着重要作用。既往研究报告了SLE患者血液中铜浓度升高[[48], [49], [50]]，这与我们SLE队列（图1A）以及MRL/lpr小鼠（图3H）的发现一致。人体中铜受到严格的调控[51]。尽管个体铜浓度存在差异[[48], [49], [50],52,53]，但SLE中血铜持续升高可能反映了疾病本身的发病机制。

CRediT作者贡献声明

Zigu Chen（陈子谷）：初稿撰写、可视化、方法论。Shaowei Yan（阎少微）：方法论。Chuiwen Deng（邓翠文）：可视化、方法论。Weichao Wang（王伟超）：方法论、经费获取。Yunhe Guo（郭云合）：可视化、方法论。Shenxi Deng（邓深喜）：方法论。Dawei Lu（卢大为）：方法论、经费获取。Linyi Peng（彭林毅）：审阅与编辑、监督、经费获取、概念构思。Wen Zhang（张文）：审阅与编辑、调查。Mengtao Li（李梦涛）：调查。Xiaofeng Zeng（曾晓峰）：调查。

资助

本研究由中国国家重点研发计划（2023YFC3708302和2022YFC2703104）、国家自然科学基金（编号：22425041、22188102、22193050、22306041、82071839和82271848）、中国科学院青年科学家基础研究项目（YSBR-086）、国家高水平医院临床研究专项（2025-PUMCH-A-033、2025-PUMCH-C-022）、中国医学科学院医学科学创新基金支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢参与人血样本采集的工作人员以及提供样本的参与者。

Zigu Chen|Shaowei Yan|Chuiwen Deng|Weichao Wang|Yunhe Guo|Shenxi Deng|Dawei Lu|Linyi Peng|Wen Zhang|Mengtao Li|Xiaofeng Zeng|Fengchun Zhang|Qian Liu|Guibin Jiang

环境化学与毒性学国家重点实验室，中国科学院生态环境研究中心，北京，100085，中国