銅死亡發生機制及其在心血管疾病發生發展中的作用研究進展

陳涵，張黎，王昱冕，崔蕓，王紅

1 云南省阜外心血管病醫院 昆明醫科大學附屬心血管病醫院十七病區，昆明 650102；2 昆明醫科大學研究生院

銅是是人體必需的微量元素之一，也是人體必需酶的輔助因子，對機體活動有著重要影響。銅固有的氧化還原特性使其對細胞既有益處也具有潛在毒性，細胞中銅的平衡對細胞生存及新陳代謝至關重要。TSVETKOV 等［1］于近期發現了一種新的細胞死亡模式——銅死亡，認為其不同于細胞凋亡、鐵死亡及壞死等氧化應激誘導的細胞死亡，是一種與線粒體呼吸相關的銅依賴性細胞死亡模式。銅通過與三羧酸循環中的脂質?；煞种苯咏Y合，導致脂質化蛋白質聚集，鐵硫簇蛋白質丟失，從而引起蛋白質毒性應激，導致細胞死亡。充足的銅是維持心臟正常生理功能所必需的，機體內銅水平異常可能會引發一系列心血管疾病。目前，銅誘導的細胞死亡在動脈粥樣硬化、糖尿病心肌?。―CM）及心力衰竭等心血管疾病的發病機制中可見報道［2-5］。然而，銅死亡相關機制在心血管疾病中的作用復雜，尚未被完全證實?，F就銅死亡發生機制及其在心血管疾病發生發展中的作用進行綜述，以期為心血管疾病的預防和治療提供新的思路。

1 銅死亡的發生機制

細胞死亡伴隨著炎癥反應、細胞功能障礙和組織損傷，在心血管疾病的進展和發病機制中起著關鍵作用［6］。常見的細胞死亡方式有細胞自噬、鐵死亡、壞死、及焦亡等。細胞自噬是一種進化保守的分解代謝過程，包括一系列步驟，在這些步驟中，受損或多余的細胞器、膜結構、蛋白質和其他細胞成分被分離并包裹在一個稱為自噬體的囊泡中，而后這些自噬體與溶酶體融合，其中的成分被降解為氨基酸和脂質等基本分子，可重新用于細胞新陳代謝［7］。DIXON 等［8］發現了一種獨特的鐵依賴性非凋亡細胞死亡形式，主要機制是在二價鐵或酯氧合酶的作用下，催化細胞膜上高表達的不飽和脂肪酸，發生脂質過氧化，從而誘導細胞死亡，稱之為鐵死亡。鐵死亡依賴于細胞內的鐵，不依賴于其他金屬，其特征是磷脂的氧化損傷［9-10］。細胞壞死通常指細胞受到化學因素、物理因素、生物因素等意外損傷或病理性刺激時引發的細胞死亡，常伴有炎癥反應的發生。細胞焦亡又稱細胞炎性壞死，是近年來發現的一種依賴GSDM 蛋白家族的新型程序性細胞死亡［11］。其特征為膜孔形成，細胞腫脹增大直至細胞裂解，釋放大量促炎因子，進而激活強烈的炎癥反應［12］。

銅死亡是最新發現的細胞死亡方式。TSVETKOV等［13］首先在2019 年的研究中發現了兩種可以殺死特定耐藥癌細胞的銅離子載體，分別為雙硫侖及伊利司莫。伊利司莫是一種抗癌藥物，最初被研究用于增加活性氧（ROS）在腫瘤細胞中的生成，而不影響正常細胞［14］。這種選擇性靶向作用旨在利用腫瘤細胞對氧化應激的潛在脆弱性，通過ROS 引發腫瘤細胞的程序性死亡。既往研究發現，抑制細胞凋亡通路的下游效應因子Caspase-3、Caspase-7以及應用鐵死亡抑制劑時，伊利司莫介導的細胞死亡都未受到影響。由此推測，伊利司莫參與促進一種獨特的銅依賴性細胞死亡，且不能被細胞凋亡抑制劑或鐵死亡拮抗劑所阻斷［13］。但在GAO 等［15］研究中卻發現，銅依賴性細胞死亡可以誘導鐵死亡。伊利司莫通過泛素化降解抑制ATP7A 蛋白表達，使得銅離子在細胞內滯留，同時伊利司莫產生的ROS 可能會引起溶質載體家族7 成員11（SLC7A11）降解，而SLC7A11 與鐵死亡關系密切。由此研究者推測，銅誘導的細胞死亡可能是一種銅依賴的鐵死亡方式。在2022 年3 月，TSVETKOV 團隊［1］首次提出“銅死亡”這一概念，認為銅依賴性控制的細胞死亡是一種新型細胞死亡方式，而非銅依賴的鐵死亡方式，其涉及線粒體呼吸過程中銅離子與三羧酸循環脂?；煞值闹苯咏Y合，導致脂?；鞍拙奂^而下調鐵硫簇蛋白的表達，誘導蛋白毒性應激，最終導致細胞死亡。一項關于銅死亡的全基因組研究篩選確定了介導銅死亡的特定通路，并且發現了10個可能與銅死亡相關的基因，包括7個正向調控基因以及3個負向調控基因，其中一種參與類固醇生成、鐵硫簇生物合成和脂?；木€粒體基質酶鐵氧還蛋白1（FDX1）被確定為伊利司莫的蛋白質靶標。伊利司莫可與Cu2＋結合形成絡合物，從而進入細胞內，FDX1 可將Cu2＋還原為毒性更強的Cu＋并催化體內的伊利司莫釋放Cu＋，隨即產生ROS，進一步導致細胞死亡［16］。

2 銅死亡在心血管疾病發生發展中的作用機制

2.1 動脈粥樣硬化 銅在動脈粥樣硬化的發病機制中發揮重要作用。近期一項研究發現，動脈粥樣硬化壁中銅濃度顯著下降，銅濃度與動脈粥樣硬化病變的嚴重程度呈負相關［17］。有研究顯示，銅與動脈粥樣硬化病變的一個關鍵因素膽固醇代謝密切相關。LAMB 等［18］在動物模型的研究中對喂食高膽固醇的家兔進行膳食銅補充，發現可有效預防動物模型中的動脈粥樣硬化，提示銅參與了膽固醇代謝。且值得注意的是，動脈粥樣硬化病變中銅的減少與血清銅濃度的增加有關。WANG 等［3］發現，動脈粥樣硬化患者血漿銅水平隨著高膽固醇血癥的嚴重程度增加而升高。LI 等［17］研究表明，在動脈粥樣硬化病變部位中補充銅可增加病變部位中的銅濃度，同時可顯著降低病變部位中膽固醇及磷脂的濃度，從而縮小動脈粥樣硬化病變的大小。這項研究進一步證實了BO 等［19］之前發表的觀察結果，即血清銅與低密度脂蛋白膽固醇呈負相關，高銅水平與更好的脂質代謝有關，銅缺乏會加劇動脈粥樣硬化的發生發展。因此，銅缺乏被認為是動脈粥樣硬化發生的誘因之一。KUNUTSOR 等［20］研究也發現，血清銅水平越高，動脈粥樣硬化性心臟病的風險就越大，因為銅能夠調節脂質代謝、低密度脂蛋白氧化以及導致細胞損傷的炎癥反應。銅在動脈粥樣硬化中的作用可能為心血管疾病的治療提供了一個新的方向。

2.2 DCM DCM 是糖尿病的主要并發癥之一，有研究發現，銅調節功能受損與DCM 的發病機制有關［21］。糖尿病患者銅代謝受損，可導致血銅水平升高，而肝臟中銅水平降低，從而抑制肝臟對銅的處理，導致循環中銅清除率降低［22］。同時，具有催化活性的Cu2+在心肌細胞外的積累會誘發銅中毒，因此銅被認為是糖尿病心血管損傷的重要催化劑［23］。HUO 等［24］在人類DCM 患者及嚙齒類動物的DCM 模型中均發現血清和心肌中的銅水平升高，這提示糖尿病可能通過促進銅超載直接影響心肌細胞功能。美拉德反應指在特定條件下，一些含有還原性羰胺基團的化合物可以與氧氣發生反應形成棕色產物的化學反應，反應的最終產物為晚期糖基化終產物（AGEs）。這種反應在生理條件下非常緩慢，但在糖尿病的高血糖條件下，葡萄糖對蛋白質的修飾會顯著加速，因此美拉德反應被認為是糖尿病并發癥發展的主要機制之一。研究發現，AGEs 與CuCl2的配合物可能通過ATF3/SPI1/SLC31A1 途徑誘導銅死亡，同時AGEs與CuCl2或伊利司莫與CuCl2形成的配合物會觸發心肌細胞死亡并加重死亡，導致糖尿病心肌病的心肌重塑和心功能障礙［25］。此外，AGEs增加了細胞內銅的積累，并表現出銅死亡的特征，包括鐵硫簇蛋白（FDX1、LIAS、NDUFS8 及ACO2）的損失以及脂酰化蛋白質DLAT、DLST 的脂?；瘻p少。到目前為止，DCM的發病機制尚不明確，銅誘導細胞死亡有望為探索DCM的發病機制提供一個新的視角。

2.3 其他心血管疾病 LI 等［26］研究發現，銅過量增加了心肌細胞中與自噬相關的蛋白質及基因表達，提示銅過量對心肌自噬存在潛在影響，同時也證明了銅誘導的心臟毒性機制涉及了不同的代謝途徑。心肌細胞銅缺乏可導致心臟能量利用受損、心臟收縮力下降并誘發心肌病［27］。DINICOLANTONIO等［28］研究發現，銅缺乏可能是缺血性心臟?。↖HD）的主要病理機制，機體內銅水平低下可能會促進低密度脂蛋白氧化、關鍵抗氧化酶水平降低、線粒體功能不良及血管不良變化，促使IHD的發生。此外，銅死亡還可能與冠狀動脈疾病的發生發展有關，與銅死亡相關的基因可能作為冠狀動脈疾病的標志基因［29］。有學者發現，銅缺乏或者銅濃度過高都會通過影響心肌重構、氧化應激、能量代謝及基因表達引發心力衰竭［30］。銅死亡是由于細胞內銅濃度過高導致的，因此銅死亡也可能通過影響線粒體功能導致心力衰竭。

綜上所述，銅死亡是新近提出的細胞死亡方式，越來越多的研究發現銅死亡相關機制在動脈粥樣硬化、DCM、IHD及心力衰竭等心血管疾病的發生中發揮重要作用，對銅水平的調控可能成為心血管疾病新的預防及治療策略。然而，銅死亡在心血管疾病中的研究還處于初步階段，銅死亡在心血管疾病發生發展中的作用機制并不明確。進一步研究銅調控的細胞死亡通路是否可以成為潛在的治療靶點，以及如何通過藥物干預來調節這些通路，從而應用于心血管疾病的治療是有價值且必要的。