向思佳，劉揚(yáng)中

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

銅是生物體必不可少的微量元素，成人體內(nèi)含有100-200 mg銅，是僅次于鐵和鋅的第三微量元素。銅的價(jià)態(tài)通常是+1價(jià)和+2價(jià)，在細(xì)胞中銅不會(huì)以自由離子形式存在。細(xì)胞內(nèi)的銅處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，其中銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(hCtr1)的銅攝取和ATP酶(ATPase)的銅外排對(duì)維持胞內(nèi)銅的正常水平起到至關(guān)重要的作用。當(dāng)銅缺少或過量時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致疾病的產(chǎn)生甚至是威脅生命；另外，利用關(guān)鍵蛋白對(duì)銅的依賴性，可以通過調(diào)控體內(nèi)銅的水平進(jìn)行癌癥等疾病的治療。本文從銅的配位結(jié)構(gòu)、相關(guān)蛋白功能對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行闡述。

1 銅的配位化學(xué)

Cu的價(jià)層電子結(jié)構(gòu)為3d94s2，所以通常呈現(xiàn)出的價(jià)態(tài)為+1價(jià)(3d10)和+2價(jià)(3d9)。不同價(jià)態(tài)的銅可以形成不同的配位結(jié)構(gòu)，一價(jià)銅通常形成線性、平面三角形或四面體的結(jié)構(gòu)；而二價(jià)銅則通常形成平面四邊形、四角錐或八面體。根據(jù)軟硬酸堿的概念，Cu(I)屬于軟酸，而Cu(II)屬于中間態(tài)酸。根據(jù)軟硬酸堿理論，軟酸與軟堿或硬酸與硬堿具有較強(qiáng)的親和性。因此，Cu(I)更傾向于與半胱氨酸、蛋氨酸配位，而Cu(II)則傾向于與組氨酸配位。這些配位性質(zhì)使得銅在蛋白質(zhì)中有著三種特征配位方式：

(1)以四面體作為配位結(jié)構(gòu)的I型銅(圖1a)：最常見的是His2CysMet，其具有相對(duì)高的還原電勢(shì)，600 nm附近強(qiáng)吸收，通常與電子傳遞相關(guān)。質(zhì)體藍(lán)素便是屬于這一類銅蛋白。

(2)以平面四邊形為配位結(jié)構(gòu)的II型銅(圖1b)：通常與N或N/O配位。銅鋅超氧化物歧化酶，多巴胺氧化酶都是屬于這一類的銅蛋白。

(3)以雙核銅為配位結(jié)構(gòu)的III型銅(圖1c)：配位原子為(His)3Cu-X-Cu(His)3，兩個(gè)Cu通過橋聯(lián)原子共價(jià)偶合重疊，常見于氧化酶或O2運(yùn)輸?shù)鞍?。血藍(lán)蛋白、酪氨酸酶便是屬于這一類銅蛋白。

圖1 銅蛋白中三種典型的Cu(II)配位結(jié)構(gòu)

2 人體中重要的銅蛋白

人體中部分蛋白質(zhì)依賴于銅的配位而發(fā)揮其正常功能，這類蛋白就是銅蛋白。下面介紹幾種重要的銅蛋白。

2.1 血漿銅藍(lán)蛋白(CP)

血漿銅藍(lán)蛋白由肝臟細(xì)胞制造，核心位置包含六個(gè)銅離子，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)的CP是以GPI錨定形式存在的，主要作用是進(jìn)行鐵和銅的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)二價(jià)銅離子還原成一價(jià)，而把鐵離子由二價(jià)氧化成三價(jià)，并協(xié)助轉(zhuǎn)鐵蛋白運(yùn)輸鐵[1]，屬于亞鐵氧化酶。

CP-轉(zhuǎn)鐵蛋白系統(tǒng)是細(xì)胞內(nèi)鐵的主要輸出途徑，血漿中的CP可以利用其亞鐵氧化酶活性將Fe2+氧化成能與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的Fe3+，F(xiàn)e3+結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白后被轉(zhuǎn)運(yùn)至靶細(xì)胞，經(jīng)內(nèi)吞后進(jìn)行代謝或者儲(chǔ)存。結(jié)合了銅的CP是血清中銅的主要載體，其攜帶了血漿中95%的銅，所以可以作為銅含量的指示物，即通過測(cè)定CP含量來判斷機(jī)體中銅的含量，進(jìn)而診斷某些肝、膽、腎疾病。當(dāng)銅藍(lán)蛋白到達(dá)靶細(xì)胞表面時(shí)，會(huì)與其相應(yīng)的受體相互作用釋放銅，這些銅會(huì)被靶細(xì)胞吸收和利用，通過CP對(duì)銅離子的結(jié)合和釋放，可以實(shí)現(xiàn)銅在不同的組織器官中有不同的分布。

當(dāng)銅藍(lán)蛋白缺乏，或由于基因突變導(dǎo)致其亞鐵氧化酶活性喪失，如遺傳性銅藍(lán)蛋白缺乏癥，會(huì)使Fe2+無法氧化成Fe3+，進(jìn)而不能與鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合而進(jìn)行鐵的輸出，引發(fā)缺鐵性貧血，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中Fe2+大量沉積和Fe3+缺乏，從而引起神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[2]。

2.2 細(xì)胞色素C氧化酶(CCO)

細(xì)胞色素C氧化酶作為二聚體線粒體膜蛋白靠近線粒體內(nèi)膜，是一種電子轉(zhuǎn)移蛋白，在生物體的氧化呼吸鏈中，能將電子傳遞給氧氣生成水，且能實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的跨膜轉(zhuǎn)移[3]。作為一種跨膜蛋白，通過α螺旋貫穿線粒體內(nèi)膜，而在膜內(nèi)或膜外則是充滿α螺旋和β折疊結(jié)構(gòu)。細(xì)胞色素C氧化酶的金屬離子中心由3Cu、2Fe構(gòu)成，兩個(gè)Fe通過卟啉環(huán)配位構(gòu)成了細(xì)胞色素a和細(xì)胞色素a3，兩者結(jié)合緊密，不可分開；而三個(gè)Cu則是構(gòu)成了一個(gè)雙核CuA中心和一個(gè)單核CuB中心。

細(xì)胞色素C氧化酶在電子轉(zhuǎn)移過程中會(huì)發(fā)生反應(yīng)：

電子轉(zhuǎn)移途徑為：

CytC → CuA→ Cytochrome a → Cytochrome a3-CuB→ O2

銅是細(xì)胞色素C氧化酶中重要的金屬中心，當(dāng)銅缺乏時(shí)，細(xì)胞色素C氧化酶的活性會(huì)被抑制，從而使氧化呼吸鏈無法正常進(jìn)行，機(jī)體無法正常產(chǎn)生能量。

2.3 銅鋅超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)

催化機(jī)理為:

SOD的金屬中心含有Zn和Cu兩種金屬離子，其中Zn主要是起到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，而Cu則主要起到催化作用，這一點(diǎn)從機(jī)理上也可以看出。由于人體內(nèi)在或外界的因素，會(huì)造成機(jī)體、皮膚組織的自由基導(dǎo)致皮膚的衰老，SOD可以消除氧自由基，從而抑制或緩解機(jī)體的衰老；此外，氧自由基會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物積累，引起動(dòng)脈粥樣硬化等疾病，因此SOD對(duì)高血脂引起的心腦血管疾病有預(yù)防作用；同時(shí)，SOD對(duì)于各類自身免疫性疾病都有一定的療效，如紅斑狼瘡、硬皮病、皮肌炎等[4]。

3 銅的攝取、調(diào)控和代謝

3.1 銅的攝取

銅首先由腸上皮細(xì)胞(IECs)攝取，進(jìn)入細(xì)胞后結(jié)合于Cu相關(guān)蛋白質(zhì)，通過腸側(cè)膜進(jìn)入外周循環(huán)。隨后銅被輸送到肝臟，在這個(gè)維持銅穩(wěn)態(tài)的中樞器官中，銅被肝細(xì)胞整合到分泌的血漿銅藍(lán)蛋白(CP)中，該酶可催化血清中亞鐵氧化成三價(jià)鐵，使其能夠與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鐵離子的細(xì)胞攝取[5]。下面具體介紹哺乳動(dòng)物中銅離子的細(xì)胞攝取過程。

銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Ctr1)承擔(dān)起了跨膜運(yùn)輸銅的重任：人類銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(簡(jiǎn)稱hCtr1)是由190個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的三跨膜蛋白，N-端在膜的外側(cè)，C-端在膜的內(nèi)側(cè)，N-端有組氨酸富集和蛋氨酸富集的基序各兩個(gè)[6]。通常hCtr1是由三聚體的模式聚合，在高分辨率的電鏡下可以觀測(cè)到對(duì)稱的通道狀三聚體，形成了一個(gè)“離子選擇過濾器”，選擇性攝取Cu+離子。Ctr1膜外N-端的金屬結(jié)合域捕獲Cu+離子，Cu(I)通過Cu-S鍵配位結(jié)合于hCtr1，通過通道內(nèi)的金屬配位氨基酸進(jìn)入細(xì)胞[7]。通過突變或截短hCtr1序列發(fā)現(xiàn)，N-端、C-端的金屬結(jié)合域均對(duì)銅的攝取有影響[8]。

有趣的是，除了Cu可以利用Ctr1被細(xì)胞攝取，一些金屬藥物也可以利用Ctr1，如順鉑就是利用了銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白hCtr1進(jìn)入細(xì)胞中從而起到誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。

3.2 銅的胞內(nèi)組裝

銅進(jìn)入細(xì)胞后與銅伴侶蛋白結(jié)合，并被組裝到功能蛋白中，以防止游離的銅離子催化胞內(nèi)生物分子氧化，產(chǎn)生活性氧(ROS)。如SOD發(fā)揮酶的功能需要銅離子，但細(xì)胞內(nèi)并不存在自由的銅離子，所以需要利用伴侶蛋白提供銅離子，促使SOD成熟。伴侶蛋白為細(xì)胞內(nèi)金屬離子運(yùn)輸、分配、平衡起到重要的作用，這一轉(zhuǎn)運(yùn)體系受損可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生。下面介紹三種經(jīng)典的銅伴侶蛋白。

3.2.1 CCS：銅鋅-超氧化物歧化酶的銅伴侶蛋白

CCS蛋白(Copper Chaperone for Superoxide Dismutase)，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的銅伴侶蛋白，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和酵母細(xì)胞內(nèi)為SOD蛋白提供銅離子。酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，敲除yCCS不影響細(xì)胞中Cu和SOD蛋白的含量，但會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)SOD蛋白的活性；而通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自由的Cu2+離子(Cu-GSH)可以激活SOD，銅螯合劑BCS(bathocuproine sulfonate)能夠抑制Cu-GSH的作用；但Cu-CCS可以激活SOD且不受BCS影響。根據(jù)配位結(jié)合常數(shù)計(jì)算表明，細(xì)胞的自由銅離子濃度不會(huì)超過10-18mol·L-1，如果一個(gè)細(xì)胞內(nèi)含有一個(gè)銅離子，則濃度為10-10mol·L-1，因此細(xì)胞內(nèi)不存在自由的銅離子。同時(shí)這一結(jié)果也說明了CCS對(duì)激活SOD的必要性[9]。

3.2.2 Atox1：ATPase的銅伴侶蛋白

Atox1由68個(gè)氨基酸殘基組成，有兩個(gè)保守序列：一個(gè)是金屬結(jié)合位點(diǎn)，另一個(gè)是核定位信號(hào)。Cu的配位可以通過Cys-Cu(I)使蛋白二聚：如果二聚的蛋白是兩個(gè)Atox1，通過其上的核定位信號(hào)介導(dǎo)蛋白質(zhì)由細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，在細(xì)胞核內(nèi)，Atox1可以作為cyclin D1的轉(zhuǎn)錄因子，激活CCND1的啟動(dòng)子，進(jìn)而促進(jìn)CCND1的表達(dá)，其可以通過激活CDK激酶蛋白，在細(xì)胞周期中起調(diào)控作用[10]；如果二聚的蛋白是一個(gè)Atox1和一個(gè)ATPase，Cu(I)可以通過改變與其結(jié)合的Cys-Cu(I)共價(jià)鍵，從而將Cu(I)從Atox1傳遞給ATPase。ATPase就是ATP酶，可以催化水解ATP成ADP和Pi，也可以作為一種銅轉(zhuǎn)運(yùn)體，將銅運(yùn)出或運(yùn)進(jìn)細(xì)胞。

銅轉(zhuǎn)運(yùn)型ATPase分為ATP7A和ATP7B兩種。ATP7A存在于肝臟之外的多數(shù)細(xì)胞中，ATP7A在小腸中幫助細(xì)胞攝取銅。其他細(xì)胞中的ATP7A具有雙重功能，通常存在于高爾基體中的ATP7A為酶、骨、發(fā)、神經(jīng)系統(tǒng)等提供銅；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)銅過多時(shí)，ATP7A蛋白會(huì)離開高爾基體，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜，將銅泵出細(xì)胞。門克斯病(Menkes disease)是一種罕見的基因疾病，由于ATP7A突變導(dǎo)致小腸的銅吸收受阻，患者體內(nèi)多種生理功能無法進(jìn)行[11]。而ATP7B主要存在于肝臟，少量在腎、大腦中。在肝臟中，ATP7B通常存在于高爾基體，為血漿銅藍(lán)蛋白提供銅，再通過血液轉(zhuǎn)運(yùn)至其他組織；當(dāng)肝臟銅過多時(shí)，ATP7B蛋白離開高爾基體，將銅泵出至囊泡，通過膽汁排出。如果ATP7B基因突變，會(huì)導(dǎo)致肝豆?fàn)詈俗冃约膊?又稱威爾遜病，Wilson disease)，細(xì)胞內(nèi)銅分配不正常，使得銅過量[12]。因此，Atox1作為一種伴侶蛋白，對(duì)于銅在細(xì)胞中的整體分布起到至關(guān)重要的作用。

3.2.3 Cox17：細(xì)胞色素C氧化酶的銅伴侶蛋白

在真菌中，首次發(fā)現(xiàn)了Cox17是細(xì)胞色素氧化酶功能所必須的，是一種富含半胱氨酸的蛋白質(zhì)，之后研究發(fā)現(xiàn)，在哺乳動(dòng)物中同樣需要Cox17，這是激活細(xì)胞色素C氧化酶(CCO)、促進(jìn)胚胎發(fā)育所必需的蛋白質(zhì)[13]。Cox17中6個(gè)Cys都是銅的結(jié)合位點(diǎn)，完全氧化的時(shí)候形成3個(gè)二硫鍵，不能結(jié)合金屬，部分氧化的Cox17有2個(gè)二硫鍵，可以結(jié)合1個(gè)Cu+離子，而還原態(tài)的Cox17沒有二硫鍵，可以與4個(gè)Cu+離子協(xié)同結(jié)合，形成多核Cu(I)簇[14]。

Cu通過Cox17運(yùn)輸?shù)骄€粒體，在額外的蛋白質(zhì)(如SCOs和Cox17)的幫助下，Cu并入細(xì)胞色素C氧化酶。我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，Cox17還可以將抗腫瘤藥物順鉑傳遞至線粒體，這一過程對(duì)順鉑促進(jìn)細(xì)胞凋亡的藥效具有重要的貢獻(xiàn)。有趣的是，Cox17對(duì)順鉑的結(jié)合具有選擇性。

3.3 銅的調(diào)控

由于銅的不可控積累可能會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激或者與大分子結(jié)合不恰當(dāng)，所以需要對(duì)銅的攝取、分布和使用進(jìn)行嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)調(diào)控。這里主要介紹銅攝取調(diào)控。

前文提到人體銅的攝取是通過銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白hCtr1實(shí)現(xiàn)的，所以可以通過調(diào)節(jié)hCtr1的表達(dá)來控制銅的攝取。而hCtr1的表達(dá)則是由轉(zhuǎn)錄因子Sp1調(diào)控的：當(dāng)胞內(nèi)Cu不足時(shí)，Sp1會(huì)與hCtr1的啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)hCtr1的表達(dá)，同時(shí)也能與Sp1的啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)Sp1的表達(dá)，作為一種正反饋產(chǎn)生更多的hCtr1，促進(jìn)Cu的攝??；當(dāng)胞內(nèi)Cu過量的時(shí)候，過量的Cu會(huì)取代Sp1鋅指結(jié)構(gòu)中的鋅，改變Sp1的結(jié)構(gòu)，破壞了Sp1對(duì)hCtr1啟動(dòng)子的識(shí)別，從而停止了Sp1和hCtr1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而使細(xì)胞對(duì)銅的攝取減弱，使細(xì)胞內(nèi)銅水平降低[15]。而人體銅的排出則是通過ATPase實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)銅過量時(shí)，ATPase可以將Cu泵出細(xì)胞外，從而對(duì)細(xì)胞內(nèi)銅的含量起到調(diào)控的作用。

4 銅與疾病

4.1 銅缺乏癥

Menkes disease是一種罕見的伴X隱性遺傳性疾病，病患兒出生時(shí)正常但多在2-4個(gè)月后就會(huì)開始出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)退化表現(xiàn)，平均生存年齡僅1.8歲，經(jīng)組氨酸銅治療可明顯改善[11]。ATP7A的活性缺失導(dǎo)致銅不能從腸上皮細(xì)胞進(jìn)入血液，因此以銅缺乏為特征。

銅缺乏的第一個(gè)臨床表現(xiàn)是貧血；銅缺乏的下一階段可能涉及結(jié)締組織缺陷，甚至減少骨密度，而在銅缺乏癥晚期，除了全血細(xì)胞減少外，還會(huì)有嚴(yán)重的神經(jīng)病變[16]。由于銅向大腦的傳遞減少，Menkes disease患者會(huì)表現(xiàn)出嚴(yán)重的精神和發(fā)育障礙，部分原因是由于銅依賴性酶的活性降低，除了嚴(yán)重的進(jìn)行性神經(jīng)變性外，Menkes disease的臨床特征還包括結(jié)締組織異常，肌張力減退和皮膚和頭發(fā)色素沉著減退。

線粒體功能受損是Menkes disease導(dǎo)致嚴(yán)重大腦損傷的主要因素。在Menkes disease病患者的腦中觀察到細(xì)胞色素C氧化酶活性缺乏，大腦乳酸水平升高以及n-乙酰天冬氨酸含量降低，它們的合成與神經(jīng)元線粒體能量的產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)，如此的變化可以作為線粒體氧化磷酸化失敗的進(jìn)一步指標(biāo)。

注射給藥給予銅化合物用于治療Menkes disease可以改善臨床結(jié)果，但至少要在新生兒出生后不久就開始治療。而具有剩余ATP7A活性的Menkes disease新生兒比完全喪失功能的新生兒更容易對(duì)這種治療做出反應(yīng)，因此，恢復(fù)至少低水平功能的ATP7A的基因治療可能成為一種代替的治療方案[17]。

4.2 銅過量癥

Wilson disease是一種以青少年為主的常染色體隱性遺傳病，通常伴隨與肝臟、眼、神經(jīng)相關(guān)的癥狀，起源于銅運(yùn)輸ATP酶——ATP7B的遺傳缺陷。由于ATP7B功能受損，銅不能從肝細(xì)胞分泌到膽汁并在肝臟和其他組織中積累，導(dǎo)致惡性、嘔吐和腹瀉等急性腸胃道癥狀，并產(chǎn)生慢性銅毒性。大約一半的Wilson disease患者會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性，而神經(jīng)節(jié)和大腦協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的其他部分也可能會(huì)受到影響，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)障礙[16]。研究發(fā)現(xiàn)，患者通常會(huì)產(chǎn)生異常的星形膠質(zhì)細(xì)胞即阿爾茲海默病I型和II型細(xì)胞，這可以作為Wilson disease典型的神經(jīng)病理特征。

Wilson disease的治療通常采用D-青霉胺或三乙基四曲胺等銅螯合劑進(jìn)行治療，以恢復(fù)和維持體內(nèi)的銅穩(wěn)態(tài)[17]。青霉胺是一種還原性螯合劑，其還原步驟可以降低銅對(duì)蛋白質(zhì)的親和力，使其更有效地被螯合，但青霉胺也有嚴(yán)重的副作用，會(huì)導(dǎo)致血液學(xué)或腎臟毒性。而對(duì)于未出現(xiàn)癥狀的患者，可以通過鋅治療，鋅可以誘導(dǎo)腸道金屬硫蛋白(MT)的合成而使機(jī)體缺銅，MT蛋白對(duì)于銅有很高的親和力，并形成一種銅-蛋白復(fù)合物，這種銅復(fù)合物不能被吸收，并通過糞便排出，由于鋅的毒副作用相對(duì)較低，它已經(jīng)成為了Wilson disease病維持治療的首選藥物[16]。

4.3 銅與腫瘤

由于銅是許多必需酶的關(guān)鍵成分，為了滿足腫瘤細(xì)胞快速增殖對(duì)銅的需求，癌癥組織和癌癥患者的血清銅水平升高。癌癥的進(jìn)展包括不受控制的細(xì)胞生長(zhǎng)，隨后是癌細(xì)胞的侵襲、傳播和繼發(fā)性腫瘤的形成。如果腫瘤生長(zhǎng)得大于幾毫米，就需要血管生成。銅對(duì)腫瘤的影響可以通過影響幾種誘導(dǎo)促血管生成反應(yīng)的分子途徑，包括與血管生成因子的直接結(jié)合并促進(jìn)他們的表達(dá)；也可以通過激活代謝來影響癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，在惡性組織中，平均銅濃度比正常組織高出46%，尤其是在大腸、胃、膀胱和女性生殖器官中尤為明顯。自由基，特別是超氧化物自由基離子被認(rèn)為是癌癥的可能原因。Cu水平顯著增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)銅在線粒體中介導(dǎo)的催化作用，從而導(dǎo)致活性氧(ROS)的生成，過量的ROS會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈被氧化或肽鏈斷裂從而改變蛋白質(zhì)性質(zhì)，導(dǎo)致各種酶活性的喪失；ROS可能氧化DNA的堿基或降解DNA；此外，ROS還可能作用于細(xì)胞膜的不飽和脂肪酸，造成脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，破壞膜的正常功能[19]。這些過程都可能引發(fā)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)的改變，所以銅和腫瘤關(guān)系十分密切[20]。

銅在促進(jìn)生理血管生成和惡性血管生成方面也發(fā)揮重要的作用。研究表明：實(shí)體腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移能力依賴于血管的生成，而血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是血管生成的關(guān)鍵因子，且銅被發(fā)現(xiàn)參與了這樣一些在腫瘤血管生成中的因子的活性調(diào)節(jié)。由于腫瘤可以通過形成新血管使自身生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移，所以一種抑制腫瘤的抗癌方法就是降低銅的含量，一個(gè)很經(jīng)典的藥物就是銅螯合劑四硫鉬酸鹽(TM)，其可以快速地螯合消耗銅，是一種有效的抗血管生成劑。TM有雙重的作用機(jī)制：在食物中加入可以使TM、銅和食物中的蛋白形成三方復(fù)合物，從而防止銅的吸收；在兩餐之間服用，TM被吸收到血液中，并與白蛋白以及血清銅形成三方復(fù)合物，這種絡(luò)合銅無法被細(xì)胞吸收，從而使得銅量迅速減少[16]。

銅螯合療法的優(yōu)點(diǎn)之一是，它減少了許多因子的分泌，潛在地解決了血管生成的冗余問題，在炎癥性乳腺癌細(xì)胞系中，用銅螯合劑治療后，機(jī)體釋放的血管生長(zhǎng)因子如VEGF、FGF、IL-6等水平顯著降低，與未治療的乳腺癌細(xì)胞培養(yǎng)基相比，血管生長(zhǎng)顯著減少[21]。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，Atox1具有與癌癥進(jìn)展相關(guān)的轉(zhuǎn)錄活性。上文提到Atox1可以作為一種銅依賴轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)，這是一種參與細(xì)胞周期和細(xì)胞增殖的關(guān)鍵蛋白[18]。最近發(fā)現(xiàn)，Atox1在乳腺癌中上調(diào)，細(xì)胞跟蹤顯示，在細(xì)胞中Atox1沉默后，細(xì)胞遷移速度和方向性顯著降低。結(jié)果表明Atox1通過ATP7A-LOX軸上的協(xié)調(diào)銅轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。由于單個(gè)細(xì)胞遷移是乳腺癌轉(zhuǎn)移的早起步驟，腫瘤細(xì)胞中的Atox1水平可能是轉(zhuǎn)移潛力的預(yù)測(cè)指標(biāo)。所以當(dāng)細(xì)胞內(nèi)銅含量降低時(shí)，可以抑制癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移[22]。

值得一提的是，一些特定類型的癌癥更容易受到特定銅依賴過程的影響，例如，限制體內(nèi)的Cu的水平可以抑制乳腺癌的發(fā)展。前文所提到的TM可以將患者血液中的Cu減少一半，且?guī)缀鯖]有嚴(yán)重的副作用。TM治療降低了血液中骨髓來源的血管生成促進(jìn)細(xì)胞的數(shù)量，可能是因?yàn)镃u需要激活對(duì)這些細(xì)胞重要的生長(zhǎng)因子。TM對(duì)防止腫瘤轉(zhuǎn)移有效，這一作用防止癌癥復(fù)發(fā)作用明顯。三陰性乳腺癌是一種惡性程度高且容易復(fù)發(fā)的乳腺癌，通常會(huì)在一年內(nèi)復(fù)發(fā)，隨后導(dǎo)致較高的短期死亡率。TM治療可明顯提高患者的生存率，有患者在TM治療8年后沒有出現(xiàn)癌癥復(fù)發(fā)的跡象[23]。

4.4 銅與免疫

近期發(fā)現(xiàn)，在患各種感染性疾病時(shí)，血清銅升高，刺激并增加肝臟合成和釋放銅藍(lán)蛋白，用來抵抗微生物的侵襲，而血清銅升高主要與中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞被激活時(shí)分泌的一種白細(xì)胞內(nèi)源性物質(zhì)有關(guān)，該物質(zhì)隨血流到遠(yuǎn)端靶組織發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)及殺菌功能。

實(shí)驗(yàn)通過給小鼠喂養(yǎng)不同含銅量的飲食，發(fā)現(xiàn)低含銅量飲食組的小鼠的器官顯示出缺銅的特征性病變時(shí)，血清銅、銅藍(lán)蛋白水平降低且免疫反應(yīng)低下，嚴(yán)重的銅缺乏將損害實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的先天和獲得性免疫功能。分別用富銅和乏銅飲食喂養(yǎng)小鼠，分離脾淋巴細(xì)胞且用單克隆抗體標(biāo)記后，用流式細(xì)胞計(jì)分離單個(gè)核細(xì)胞和決定表型輪廓，結(jié)果乏銅鼠的單個(gè)核細(xì)胞總數(shù)，T細(xì)胞的絕對(duì)數(shù)均減少，脾單個(gè)核細(xì)胞對(duì)致有絲分裂抗原的反應(yīng)率下降，且這種對(duì)免疫功能的損害在雄性動(dòng)物中比雌性動(dòng)物更加明顯[24]。因此維持銅穩(wěn)態(tài)平衡對(duì)于機(jī)體的健康非常重要。最近有報(bào)道通過補(bǔ)充生理劑量銅及其他營(yíng)養(yǎng)素以改善老年人的免疫反應(yīng)，取得了有效的結(jié)果，且降低感染性疾病的發(fā)生率，顯示合理補(bǔ)充微量元素可能為免疫功能的恢復(fù)提供幫助。

5 結(jié)語

銅作為一種重要的微量元素，在人體中發(fā)揮著極其重要的作用。銅的內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡對(duì)維持生命體的正常功能非常重要，因此，其攝取與外排過程都受到了嚴(yán)格的調(diào)控。銅的穩(wěn)態(tài)被破壞可能導(dǎo)致多種生理功能的改變以及疾病的發(fā)生。然而，這一作用也可能被利用進(jìn)行疾病的治療，例如通過下調(diào)銅的水平抑制癌癥的增殖。因此，未來有望可以針對(duì)銅相關(guān)的疾病，通過銅的配體和配合物的設(shè)計(jì)，恢復(fù)人體內(nèi)正常的銅水平，實(shí)現(xiàn)治療作用；或針對(duì)腫瘤、炎癥等病癥，通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的銅水平，達(dá)到疾病治療的目的。