銅是體內多種關鍵酶的必須元素，但是銅離子產生羥基自由基的能力又對機體有害，還能參與三羧酸循環中蛋白的硫鋅酰化并誘導細胞死亡 。因此，生物體進化出高度復雜的金屬伴侶和調控銅離子穩態的轉運體。CTR1（SLC31A1）和ATP7A/B是人體最重要的銅離子轉運體，二者通過協同調節細胞中銅離子的水平和定向運輸。CTR1負責將銅轉進細胞，ATP7A/B介導銅離子向細胞所需處定向轉運。銅離子轉運障礙會影響多種細胞過程，比如機體能量產生、結締組織成熟和血管系統形成等，而且通常是致命性的。

銅離子轉運體機制圖

門克斯病（Menkes Disease）是一種由ATP7A基因突變引起的X 染色體連鎖性遺傳病，大約每 5萬～ 30萬名新生兒中有1名患此病。患有這種疾病的幼兒通常在出生3年內死亡，死亡原因是他們無法從飲食中吸收和利用銅，銅缺乏會繼發性引起細胞色素C氧化酶（CCO）功能障礙，從而導致嚴重的腦損傷和神經肌肉功能障礙，甚至死亡。門克斯病的臨床癥狀主要包括：兒茶酚胺水平異常、頭發卷曲、皮膚色素脫失以及結締組織受損等。腸外補充銅離子如親水性復合物組氨酸銅（HIS-Cu2+）注射液可一定程度上緩解病情，但是HIS-Cu2+向大腦中的滲透率太低，并不能有效改善門克斯病患者的神經病征。

2020年5月，Science雜志發表題為Elesclomol alleviates Menkes pathology and mortality by escorting Cu to cuproenzymes in mice的研究論文。該研究發現，使用脂溶性抗癌藥物伊來司莫Elesclomol（ES）可以針對門克斯病的銅缺乏發揮療效。首先，研究人員通過體外細胞實驗，證實ES與Ctr1敲除大鼠心肌細胞H9c2孵育能夠提高缺陷型細胞的耗氧率和能量產生（Fig S1）。

Fig S1. ES處理對敲除Ctr1的H9c2心肌細胞OCR（耗氧率）和相對ATP水平的影響

將ES皮下注射于心臟組織Ctr1特異性敲除的小鼠（KO），能改善小鼠的存活率、體重和心臟銅離子水平等多種相關的表型特征和分子指標（Fig 1）。

Fig 1.ES治療對cardiac Ctr1 KO小鼠的影響

隨后，研究人員構建了Menkes疾病的動物模型：Atp7A基因缺陷小鼠mo-br。與大多數Menkes患者一樣，HIS-Cu2+復合物對mo-br小鼠的療效甚微，而且僅使用ES無法提高mo-br小鼠的存活率，這與KO小鼠明顯不同。可能原因是mo-br小鼠全身性缺乏銅離子，單獨使用ES無法獲得療效；而心臟組織Ctr1敲除小鼠的血清中仍有較高的銅離子，能夠在ES的介導下重新分配到受損的心肌細胞中。基于此，研究人員大膽設想，能否通過將ES與銅離子形成絡合物（ES-Cu2+）的方式來挽救mo-br小鼠的功能缺陷。利用mo-br小鼠及不同的藥物組合及對照，結果證實接受ES-Cu2+皮下注射不僅不會對野生型（WT）小鼠產生嚴重副作用，而且在改善mo-br小鼠生存質量、異常表型等方面的效果優于目前廣泛應用的HIS-Cu2+復合物（Fig 2）。

Fig 2. ES-Cu 2+處理對mo-br小鼠的影響

Movie S1. 出生后13天未經治療的mo-br小鼠出現癲癇

Movie.35天野生型（黑毛）與ES-Cu2+治療mo-br小鼠（灰毛）無明顯運動功能缺陷

Fig 2. ES-Cu2+處理對mo-br小鼠的影響

Menkes病人存在嚴重的神經退行性病變，任何有效治療的藥物必須能夠跨過血腦屏障或血腦脊液屏障進行銅離子遞送。因此，作者評估了 ES-Cu2+ 對 10 周齡（70天）mo-br小鼠神經行為相關指標的改變，發現小鼠的上肢握力、忍耐力、運動協調性以及情緒相關指標都有明顯改善（通常mo-br小鼠在出生14天左右會死亡）（Fig 3）。

Fig 3. 10周齡小鼠的神經運動測試

9Movie S3-4. 野生型（黑毛）與ES-Cu2+治療的mo-br小鼠運動協調性對比

最后，對2周齡與10周齡小鼠大腦切片進行HE染色，證實了接受ES-Cu2+治療的 mo-br小鼠小腦浦肯野神經細胞層和大腦結構都得到保護；大腦皮層神經元、海馬神經元、浦肯野神經元都保留下來了且海馬區也無壞死跡象（Fig 4）。

Fig 4. 2周齡和10周齡小鼠的神經病理學 分析

同時，2周齡和10周齡 mo-br小鼠經 ES-Cu2+治療后，血清和大腦中銅離子濃度、大腦重量以及相關酶的活性都有所改善，并且效果優于HIS-Cu2+（Fig 5）。

Fig 5. ES-Cu2+改善2周齡和10周齡mo-br小鼠的生化表型

經治療后，小鼠毛發色素沉著和胡須結構與形態變化表明，分泌途徑的銅相關酶酪氨酸酶和巰基氧化酶的活性改善，這些酶的金屬化需要高爾基復合體中的ATP7A激活，其他分泌通路的銅酶（如多巴胺-b-羥化酶和賴氨酰氧化酶）的活性也有部分改善，說明細胞中ES介導的銅定位機制可能不僅限于線粒體。ES或ES-Cu2+絡合劑具有良好的藥代動力學特性且低毒有效；能糾正CTR1和ATP7A基因缺陷導致的銅代謝障礙；能針對性改善線粒體CCO的金屬化反應，這都歸因于ES-Cu2+選擇性將銅離子釋放到線粒體和ES的細胞膜滲透特性，使其有望成為治療遺傳性銅缺乏癥的潛在有效治療劑。

兩年后的2022年3月，Science雜志發表題為Copper induces cell death by targeting lipoylated TCAcycle proteins的研究論文，研究人員揭示了一種新的細胞死亡形式，即銅依賴性細胞死亡（稱為銅死亡）。他們將Cuproptosis定義為非凋亡性細胞死亡途徑，并證明銅直接與三羧酸 (TCA) 循環的脂酰化成分結合；這些與銅結合的脂酰化線粒體蛋白的聚集和隨后的 Fe-S 簇蛋白丟失引發蛋白毒性應激和一種不同形式的細胞死亡。

作為一種重要的輔助因子，銅穩態對于各種生理過程至關重要。細胞內銅生物利用失調可誘導氧化應激和細胞毒性。盡管細胞死亡形式有多種，如細胞凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡，但是銅過量引起細胞毒性的機制尚不清楚，盡管已經提出了幾種假設，包括誘導細胞凋亡、不依賴半胱天冬酶的細胞死亡、誘導活性氧ROS和抑制泛素-蛋白酶體系統等。然而，銅誘導細胞死亡的確切機制仍需進一步闡明。

細胞間銅濃度對細胞活性的影響表明，細胞只有在極窄的銅離子濃度（a）的合適范圍內才能保持其生物活性。Elesclomol 是一種銅離子載體，可將銅運送到細胞中。FDX1 編碼還原酶可將Cu2+還原為Cu +，并且是依來氯酚的直接靶標。DLAT是脂酰化的蛋白靶標，涉及介導碳進入 TCA循環。FDX1促進了 DLAT脂酰化，Cu+增強了脂酰化蛋白的聚集和鐵硫簇蛋白的減少，從而引發了蛋白毒性應激和細胞死亡 ( b )。

這項開創性研究開啟了細胞死亡研究的新方向。銅死亡研究充分利用銅的病理生理作用，開辟抗癌治療的新途徑。有希望的是，經過一系列安全性和有效性測試，銅死亡轉化醫學可能成為臨床應用的潛在靶點，不僅適用于遺傳性疾病，更重要的是，還可能用于人類癌癥。

上述研究從理論上定義了銅死亡為獨立于凋亡、鐵死亡、壞死性凋亡的新型程序性死亡方式，解決了銅毒性機制的長期爭議。在轉化上，為銅離子載體（如Elesclomol）的臨床應用提供了分子標志物（如FDX1高表達、低LDH腫瘤）。Elesclomol在黑色素瘤III期試驗（SYMMETRY研究）中未達主要終點，本研究則揭示其原因：①試驗未基于生物標志物（如FDX1、脂酰化水平或代謝狀態）篩選患者，而亞組分析顯示低LDH（提示線粒體代謝依賴）患者可能獲益。②當時未明確銅死亡機制，導致劑量和聯合策略缺乏理論指導。

該研究是金屬生物學與腫瘤代謝交叉領域的里程碑，為銅轉運蛋白缺陷疾病（門克斯病）和銅穩態失調疾病（如威爾遜病）以及癌癥治療提供了新視角。Elesclomol的案例凸顯了基礎機制研究對臨床成敗的決定性作用，也提示老藥新用需以機制突破為前提。這項研究不僅闡明了銅死亡的分子機制，更為靶向代謝脆弱性的抗癌策略開辟了新路徑。盡管Elesclomol尚未獲批，但其科學價值遠超單一藥物的成敗，未來通過以生物標志物為基礎的臨床試驗或能實現“銅死亡療法”的精準應用。

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