銅誘導細胞死亡及其在婦科腫瘤中的作用研究進展

余榮鳳，楊永秀

1 蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000；2 甘肅省婦科腫瘤重點實驗室；3 蘭州大學第一醫院婦產科

重金屬離子是人體必需的微量營養素，但金屬含量不足或過多都會引發細胞死亡［1］。金屬離子誘導細胞死亡的具體機制已有較多研究，如鐵催化有毒膜脂質過氧化物形成引發的鐵死亡［2］；過量的鋅通過抑制三磷酸腺苷（ATP）合成導致的非凋亡性細胞死亡［3］。銅是重金屬離子中的一種，在線粒體呼吸、鐵吸收、抗氧化等生物過程中有重要作用［4］。TSVETKOV 等［5］發現并命名了一種新型調節性細胞死亡方式——銅死亡，通過銅離子靶向脂酰化三羧酸（TCA）循環蛋白誘導細胞死亡。盡管生物體對銅有生理需求，銅缺乏會破壞銅結合酶的功能，但銅過多也會引起細胞死亡。銅過量的堆積會觸發鐵硫輔助因子的破壞，啟動由銅驅動的芬頓反應，產生破壞性ROS，導致氧化應激反應及氧化損傷［6］。腫瘤組織中銅含量增加，銅穩態與腫瘤細胞增殖、血管生成和轉移密切相關［7］。銅穩態失衡引起的細胞毒性可以抑制腫瘤細胞的生長及增殖速度［8］。銅配合物是由銅離子與某些配體以配位鍵結合形成的配位化合物，可以在內源性底物催化過程中產生大量ROS，從而引發氧化應激反應，損傷蛋白質、脂質和DNA等［9］。故此，本文針對銅誘導細胞死亡及其在婦科腫瘤中的研究進展綜述如下。

1 銅代謝與轉運

生物體有復雜的轉運蛋白和銅結合蛋白來控制銅的攝取、細胞內轉運、儲存和流出。哺乳動物從飲食中獲取銅，銅由腸上皮細胞吸收，經門靜脈循環輸送到肝臟。肝臟是體內銅的主要儲存庫，經血液將銅分配到周圍器官，或由膽汁將銅從體內排出［8］。銅穩態是基于銅進入、銅伴侶、銅轉運及銅流出途徑之間的串擾及調節實現的。銅離子轉運蛋白（CTR）及銅轉運ATP 酶1（ATP7A）和2（ATP7B）是維持細胞內銅濃度的重要因素［10］。

人體細胞外Cu2+被細胞膜表面銅還原酶（FRE1和FRE7）還原成Cu+后，通過CTR1 進入細胞并移動到特異性伴侶蛋白［抗氧化蛋白1（ATOX1）、銅鋅超氧化物歧化酶銅伴侶蛋白（CCS）、細胞色素C 氧化酶（COX）銅伴侶蛋白17（COX17）］，將Cu+輸送到各種細胞器和酶［11］。其中，CCS將Cu+運輸到銅鋅超氧化物歧化酶（SOD1），參與氧化還原反應；COX17 將Cu+運輸到COX 并助其激活；ATOX1 將Cu+轉運至ATP7A、ATP7B 介導銅流出［9］。Cu+通過線粒體載體家族蛋白SLC25A3 轉運到線粒體基質中，參與銅酶COX和SOD1的組裝并將其激活［12］。ATP7A、ATP7B則是P 型銅輸出ATP 酶P1B亞家族的兩個成員，在細胞內高銅條件下促進銅泵嵌入反式高爾基網絡中，使Cu+進入分泌途徑，并借助ATP 水解產生的能量介導Cu+穿過雙層膜結構，促進銅從細胞內流出［13］。

2 銅誘導細胞死亡的機制

體內的Cu+通過平衡吸收及排泄的銅量來維持全身銅穩態，過量的銅驅動芬頓反應發生，產生大量ROS，引起蛋白質氧化、DNA損傷、細胞核破壞，導致線粒體和各種酶功能失常［14］。銅離子在氧化和還原狀態之間循環，并形成羥自由基（·OH）［15］。腫瘤細胞的快速增殖增加了對氧氣的需求，致使其處于更高的活性氧應激狀態，故相較正常細胞更易引起氧化損傷。

由于銅的生理特性及其活躍的氧化還原能力，Cu+和Cu2+在與配體結合過程中發生氧化還原反應，同時生成大量ROS，誘導氧化應激反應，導致細胞凋亡［9］。SKROTT 等［16］研究發現，雙硫侖/銅（DSF/Cu）復合物可阻斷蛋白酶解系統上游的信號傳導，破壞泛素化依賴性的ATP 合酶，進而抑制泛素化蛋白的降解。由此表明，銅及其配合物可成為有效的蛋白酶體抑制劑，抑制某些腫瘤細胞的蛋白酶體活性，進而抑制細胞增殖。此外，TSVETKOV 等［5］命名的銅死亡，具體機制為銅離子與線粒體呼吸過程TCA 循環中的脂酰化蛋白質結合，引起該蛋白質聚集，進而促使Fe-S 簇蛋白表達下調，誘發蛋白質毒性應激并最終導致細胞死亡。故銅誘導細胞死亡的機制包括誘導ROS 產生、抑制泛素-蛋白酶體系統和靶向TCA循環脂酰化蛋白的銅死亡等。

3 銅誘導細胞死亡在婦科腫瘤中的作用

銅誘導細胞死亡是一種非常規的細胞死亡機制，深入探索因銅穩態失衡導致細胞內毒性增加的機制，可以幫助我們在腫瘤治療中有效地殺死癌細胞［17］。不僅銅及其配合物能夠殺傷癌細胞，植物提取物含有類黃酮、氨基酸、蛋白質、多糖、酶、多酚、類固醇和還原糖等，也能將Cu2+還原為氧化亞銅顆粒，從而產生ROS，介導細胞凋亡［14］。如山茶花葉提取物，由其合成的銅相關制劑，具有抗氧化作用，對Caov-3、SW-626 和SKOV-3 細胞具有顯著的細胞毒性，可在卵巢癌治療中發揮作用［18］。隨著納米技術的發展，逐漸發現銅納米粒子具有獨特的抗菌、抗氧化、抗腫瘤活性，故由植物提取物合成的的銅納米粒子也開始應用于腫瘤治療中。

3.1 宮頸癌（CC） CC 是常見的女性惡性腫瘤，是發展中國家婦女死于惡性腫瘤的主要原因。人乳頭瘤病毒16 型、18 型的持續感染是CC 發生的主要危險因素［19-20］。CC 組織及其患者血清中銅含量增加，銅配合物對CC 細胞系具有銅依賴性細胞毒作用。DSF/Cu 復合物誘導CC 細胞S 期失調并降低其表達，從而抑制CC細胞增殖［13］。魚腥草提取物合成的氧化銅納米粒子可在人CC細胞系HeLa細胞中降低線粒體膜電位，誘導ROS 產生，同時抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路，促進細胞凋亡［21］。HU 等［22］還發現，銅（2-x）硒納米酶（Cu2-xSe）不僅具有過氧化氫酶活性，可催化癌細胞中過表達的過氧化氫（H2O2）轉化為O2，并產生·OH，發揮細胞毒性作用；而且具有谷胱甘肽氧化酶活性，可有效消耗自由基清除劑谷胱甘肽，抑制·OH 的清除。而葡萄糖氧化酶（GOx）在有氧條件下催化β-D-葡糖生成葡萄糖酸和H2O2，為納米酶Cu2-xSe提供底物H2O2。因此，Cu2-xSe和Gox的共存系統Cu2-xSe-GOx 可以在腫瘤區域誘導ROS 積累，導致氧化應激反應，從而誘導CC細胞凋亡。隨著對銅誘導細胞死亡機制的深入探討，可能為CC患者的治療提供方向。

3.2 卵巢癌（OC） OC 在婦科惡性腫瘤中的致死率最高，患者5 年生存率不足50%［23］。在一線治療即腫瘤細胞減滅術聯合紫杉醇鉑類化療后，65%～80%的患者可能會復發［24］。其高復發的原因之一則是化療耐藥。OC 細胞中銅含量的增加顯著增強了OC 細胞系（OVCAR3、A2780 和Met-5A 細胞）中的血管內皮生長因子mRNA 表達和蛋白質分泌［25］，與OC細胞鉑耐藥有關。因此可以此為靶點用于腫瘤的聯合治療。生理上，ATP7A、ATP7B介導銅離子從高爾基體移動到溶酶體，促進銅從細胞中流出。LUKANOVI? 等［26］研究發現，ATP7A 和ATP7B 表達增加可削弱OC 細胞對鉑化療藥的反應，降低OC 患者的生存率。進一步研究發現，轉錄因子EB通過調節ATP7B 表達，促進OC 細胞的鉑化療耐藥［27］。此外，GUO 等［28］研究顯示，DSF/Cu 復合物通過增加細胞內ROS 水平并抑制醛脫氫酶活性，誘導OC 干細胞凋亡。因此，阻斷銅離子流出，使線粒體內銅不斷積累，不僅能夠通過誘導ROS 產生及引發銅死亡導致腫瘤細胞死亡，還能克服OC 細胞鉑耐藥，為OC 的治療提供了方向。

3.3 子宮內膜癌（EC） EC 是高收入國家最常見的婦科惡性腫瘤，其發病率在全球范圍內呈上升趨勢［29］。內外源性的雌激素、遺傳因素及癌基因突變等均在EC 的發生中起一定作用［30］。ATAKUL 等［31］研究表明，子宮肌層浸潤＞1/2 的EC 患者中，血清銅水平高于子宮肌層浸潤＜1/2 的EC 患者。一般來說，腫瘤分期越高，代謝活性越強，腫瘤組織中ROS水平可能更高。基于此，可利用抗氧化機制來抑制腫瘤進展。CHINNATHAMBI等［32］研究發現，蔥屬植物提取物合成的銅納米粒子具有出色的抗EC潛力，具體機制為氧化銅納米顆粒具有抗氧化作用，通過清除自由基發揮抑制腫瘤生長及增殖的作用。銅死亡相關基因（CRG）參與EC的形成和進展，通過構建CRG 評分，發現其與EC 患者的預后及免疫治療呈負相關［33］。目前，關于銅誘導細胞死亡在EC中研究尚少，但不可否認其在EC中的作用。隨著銅死亡這一概念的提出，涉及線粒體呼吸的銅死亡有望成為EC新的治療靶點，并改善EC患者的預后。

綜上所述，銅穩態失調可導致多種疾病，銅離子通過吸收和轉運調節銅代謝穩態。銅及銅配合物可通過多種方式誘導細胞死亡，如誘導氧化應激反應、抑制泛素-蛋白酶體，以及最新發現并命名的銅死亡等，促進了以銅為靶點的抗腫瘤治療。其中，植物提取物具有良好的還原能力，由其合成的銅納米粒子具有快速、安全、經濟等特性，有望應用于臨床，是腫瘤精準治療的一個新方向。另外，在不同腫瘤中它們的抗腫瘤機制不同，需要評估不同疾病模型中銅離子或銅納米粒子誘導細胞死亡的潛在機制，從而將其應用于婦科腫瘤的治療。