铜诱导细胞死亡及其在妇科肿瘤中的作用研究进展

余荣凤，杨永秀

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730000；2 甘肃省妇科肿瘤重点实验室；3 兰州大学第一医院妇产科

重金属离子是人体必需的微量营养素，但金属含量不足或过多都会引发细胞死亡［1］。金属离子诱导细胞死亡的具体机制已有较多研究，如铁催化有毒膜脂质过氧化物形成引发的铁死亡［2］；过量的锌通过抑制三磷酸腺苷（ATP）合成导致的非凋亡性细胞死亡［3］。铜是重金属离子中的一种，在线粒体呼吸、铁吸收、抗氧化等生物过程中有重要作用［4］。TSVETKOV 等［5］发现并命名了一种新型调节性细胞死亡方式——铜死亡，通过铜离子靶向脂酰化三羧酸（TCA）循环蛋白诱导细胞死亡。尽管生物体对铜有生理需求，铜缺乏会破坏铜结合酶的功能，但铜过多也会引起细胞死亡。铜过量的堆积会触发铁硫辅助因子的破坏，启动由铜驱动的芬顿反应，产生破坏性ROS，导致氧化应激反应及氧化损伤［6］。肿瘤组织中铜含量增加，铜稳态与肿瘤细胞增殖、血管生成和转移密切相关［7］。铜稳态失衡引起的细胞毒性可以抑制肿瘤细胞的生长及增殖速度［8］。铜配合物是由铜离子与某些配体以配位键结合形成的配位化合物，可以在内源性底物催化过程中产生大量ROS，从而引发氧化应激反应，损伤蛋白质、脂质和DNA等［9］。故此，本文针对铜诱导细胞死亡及其在妇科肿瘤中的研究进展综述如下。

1 铜代谢与转运

生物体有复杂的转运蛋白和铜结合蛋白来控制铜的摄取、细胞内转运、储存和流出。哺乳动物从饮食中获取铜，铜由肠上皮细胞吸收，经门静脉循环输送到肝脏。肝脏是体内铜的主要储存库，经血液将铜分配到周围器官，或由胆汁将铜从体内排出［8］。铜稳态是基于铜进入、铜伴侣、铜转运及铜流出途径之间的串扰及调节实现的。铜离子转运蛋白（CTR）及铜转运ATP 酶1（ATP7A）和2（ATP7B）是维持细胞内铜浓度的重要因素［10］。

人体细胞外Cu2+被细胞膜表面铜还原酶（FRE1和FRE7）还原成Cu+后，通过CTR1 进入细胞并移动到特异性伴侣蛋白［抗氧化蛋白1（ATOX1）、铜锌超氧化物歧化酶铜伴侣蛋白（CCS）、细胞色素C 氧化酶（COX）铜伴侣蛋白17（COX17）］，将Cu+输送到各种细胞器和酶［11］。其中，CCS将Cu+运输到铜锌超氧化物歧化酶（SOD1），参与氧化还原反应；COX17 将Cu+运输到COX 并助其激活；ATOX1 将Cu+转运至ATP7A、ATP7B 介导铜流出［9］。Cu+通过线粒体载体家族蛋白SLC25A3 转运到线粒体基质中，参与铜酶COX和SOD1的组装并将其激活［12］。ATP7A、ATP7B则是P 型铜输出ATP 酶P1B亚家族的两个成员，在细胞内高铜条件下促进铜泵嵌入反式高尔基网络中，使Cu+进入分泌途径，并借助ATP 水解产生的能量介导Cu+穿过双层膜结构，促进铜从细胞内流出［13］。

2 铜诱导细胞死亡的机制

体内的Cu+通过平衡吸收及排泄的铜量来维持全身铜稳态，过量的铜驱动芬顿反应发生，产生大量ROS，引起蛋白质氧化、DNA损伤、细胞核破坏，导致线粒体和各种酶功能失常［14］。铜离子在氧化和还原状态之间循环，并形成羟自由基（·OH）［15］。肿瘤细胞的快速增殖增加了对氧气的需求，致使其处于更高的活性氧应激状态，故相较正常细胞更易引起氧化损伤。

由于铜的生理特性及其活跃的氧化还原能力，Cu+和Cu2+在与配体结合过程中发生氧化还原反应，同时生成大量ROS，诱导氧化应激反应，导致细胞凋亡［9］。SKROTT 等［16］研究发现，双硫仑/铜（DSF/Cu）复合物可阻断蛋白酶解系统上游的信号传导，破坏泛素化依赖性的ATP 合酶，进而抑制泛素化蛋白的降解。由此表明，铜及其配合物可成为有效的蛋白酶体抑制剂，抑制某些肿瘤细胞的蛋白酶体活性，进而抑制细胞增殖。此外，TSVETKOV 等［5］命名的铜死亡，具体机制为铜离子与线粒体呼吸过程TCA 循环中的脂酰化蛋白质结合，引起该蛋白质聚集，进而促使Fe-S 簇蛋白表达下调，诱发蛋白质毒性应激并最终导致细胞死亡。故铜诱导细胞死亡的机制包括诱导ROS 产生、抑制泛素-蛋白酶体系统和靶向TCA循环脂酰化蛋白的铜死亡等。

3 铜诱导细胞死亡在妇科肿瘤中的作用

铜诱导细胞死亡是一种非常规的细胞死亡机制，深入探索因铜稳态失衡导致细胞内毒性增加的机制，可以帮助我们在肿瘤治疗中有效地杀死癌细胞［17］。不仅铜及其配合物能够杀伤癌细胞，植物提取物含有类黄酮、氨基酸、蛋白质、多糖、酶、多酚、类固醇和还原糖等，也能将Cu2+还原为氧化亚铜颗粒，从而产生ROS，介导细胞凋亡［14］。如山茶花叶提取物，由其合成的铜相关制剂，具有抗氧化作用，对Caov-3、SW-626 和SKOV-3 细胞具有显著的细胞毒性，可在卵巢癌治疗中发挥作用［18］。随着纳米技术的发展，逐渐发现铜纳米粒子具有独特的抗菌、抗氧化、抗肿瘤活性，故由植物提取物合成的的铜纳米粒子也开始应用于肿瘤治疗中。

3.1 宫颈癌（CC） CC 是常见的女性恶性肿瘤，是发展中国家妇女死于恶性肿瘤的主要原因。人乳头瘤病毒16 型、18 型的持续感染是CC 发生的主要危险因素［19-20］。CC 组织及其患者血清中铜含量增加，铜配合物对CC 细胞系具有铜依赖性细胞毒作用。DSF/Cu 复合物诱导CC 细胞S 期失调并降低其表达，从而抑制CC细胞增殖［13］。鱼腥草提取物合成的氧化铜纳米粒子可在人CC细胞系HeLa细胞中降低线粒体膜电位，诱导ROS 产生，同时抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进细胞凋亡［21］。HU 等［22］还发现，铜（2-x）硒纳米酶（Cu2-xSe）不仅具有过氧化氢酶活性，可催化癌细胞中过表达的过氧化氢（H2O2）转化为O2，并产生·OH，发挥细胞毒性作用；而且具有谷胱甘肽氧化酶活性，可有效消耗自由基清除剂谷胱甘肽，抑制·OH 的清除。而葡萄糖氧化酶（GOx）在有氧条件下催化β-D-葡糖生成葡萄糖酸和H2O2，为纳米酶Cu2-xSe提供底物H2O2。因此，Cu2-xSe和Gox的共存系统Cu2-xSe-GOx 可以在肿瘤区域诱导ROS 积累，导致氧化应激反应，从而诱导CC细胞凋亡。随着对铜诱导细胞死亡机制的深入探讨，可能为CC患者的治疗提供方向。

3.2 卵巢癌（OC） OC 在妇科恶性肿瘤中的致死率最高，患者5 年生存率不足50%［23］。在一线治疗即肿瘤细胞减灭术联合紫杉醇铂类化疗后，65%～80%的患者可能会复发［24］。其高复发的原因之一则是化疗耐药。OC 细胞中铜含量的增加显著增强了OC 细胞系（OVCAR3、A2780 和Met-5A 细胞）中的血管内皮生长因子mRNA 表达和蛋白质分泌［25］，与OC细胞铂耐药有关。因此可以此为靶点用于肿瘤的联合治疗。生理上，ATP7A、ATP7B介导铜离子从高尔基体移动到溶酶体，促进铜从细胞中流出。LUKANOVIĆ 等［26］研究发现，ATP7A 和ATP7B 表达增加可削弱OC 细胞对铂化疗药的反应，降低OC 患者的生存率。进一步研究发现，转录因子EB通过调节ATP7B 表达，促进OC 细胞的铂化疗耐药［27］。此外，GUO 等［28］研究显示，DSF/Cu 复合物通过增加细胞内ROS 水平并抑制醛脱氢酶活性，诱导OC 干细胞凋亡。因此，阻断铜离子流出，使线粒体内铜不断积累，不仅能够通过诱导ROS 产生及引发铜死亡导致肿瘤细胞死亡，还能克服OC 细胞铂耐药，为OC 的治疗提供了方向。

3.3 子宫内膜癌（EC） EC 是高收入国家最常见的妇科恶性肿瘤，其发病率在全球范围内呈上升趋势［29］。内外源性的雌激素、遗传因素及癌基因突变等均在EC 的发生中起一定作用［30］。ATAKUL 等［31］研究表明，子宫肌层浸润＞1/2 的EC 患者中，血清铜水平高于子宫肌层浸润＜1/2 的EC 患者。一般来说，肿瘤分期越高，代谢活性越强，肿瘤组织中ROS水平可能更高。基于此，可利用抗氧化机制来抑制肿瘤进展。CHINNATHAMBI等［32］研究发现，葱属植物提取物合成的铜纳米粒子具有出色的抗EC潜力，具体机制为氧化铜纳米颗粒具有抗氧化作用，通过清除自由基发挥抑制肿瘤生长及增殖的作用。铜死亡相关基因（CRG）参与EC的形成和进展，通过构建CRG 评分，发现其与EC 患者的预后及免疫治疗呈负相关［33］。目前，关于铜诱导细胞死亡在EC中研究尚少，但不可否认其在EC中的作用。随着铜死亡这一概念的提出，涉及线粒体呼吸的铜死亡有望成为EC新的治疗靶点，并改善EC患者的预后。

综上所述，铜稳态失调可导致多种疾病，铜离子通过吸收和转运调节铜代谢稳态。铜及铜配合物可通过多种方式诱导细胞死亡，如诱导氧化应激反应、抑制泛素-蛋白酶体，以及最新发现并命名的铜死亡等，促进了以铜为靶点的抗肿瘤治疗。其中，植物提取物具有良好的还原能力，由其合成的铜纳米粒子具有快速、安全、经济等特性，有望应用于临床，是肿瘤精准治疗的一个新方向。另外，在不同肿瘤中它们的抗肿瘤机制不同，需要评估不同疾病模型中铜离子或铜纳米粒子诱导细胞死亡的潜在机制，从而将其应用于妇科肿瘤的治疗。