眾所周zhi，多細胞生物在發育過程中，存在著多種預定的、受到精確控制的細胞程序性死亡，例如細胞凋亡（Apoptosis）、程序性壞死（Necroptosis）、細胞焦亡（Pyroptosis），以及鐵死亡（Ferroptosis）等。

就在近日，2022年3月17日，哈佛-MIT博德研究所的研究人員在國際頂尖學術期刊 Science 上發表了題為：Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins 的研究論文。

Todd Golub 團隊從2019年開始一直致力于研究銅死亡的相關機制，他們發現了兩種可以將銅離子運載穿過細胞膜的小分子，這種銅載體可以殺死特定的耐藥癌細胞。其中一種分子Elesclomol還作為潛在抗癌藥物進入了臨床試驗，但最終并未在在癌癥患者身上顯示出療效，當時也還不清楚這種分子究竟是如何發揮作用的。團隊發現，與銅離子結合的分子會殺死細胞，而且這種細胞死亡方式不同于已知的細胞死亡方式，因此他們決定進一步探索銅是如何殺死癌細胞的。研究團隊首先開始驗證銅載體的細胞毒性源于銅本身的假設，他們發現，許多不同的與銅例子結合分子或離子載體以類似的方式誘導細胞死亡，并且這一過程*取決于銅的可用性。當研究團隊阻斷已知的細胞死亡方式（例如細胞凋亡、鐵死亡等等）時，用銅載體處理的細胞仍然會死亡。研究團隊認為這是一種新的細胞死亡方式，并將其命名為——Cuprotosis（銅死亡）。

下面我們來具體看看這項研究究竟做了些什么？

研究人員首先在489個細胞系中測試了1448個載銅藥物對細胞的殺傷效果，結果表明載銅藥物elesclomol對幾乎所有的細胞系均有殺傷作用。但是，改變這些化合物的銅結合能力會導致細胞殺傷能力的喪失。于是，研究人員以銅結合分子Elesclomol為研究對象，發現單獨加入Elesclomol不影響細胞的生長，而一旦加入銅離子，細胞生長受到極大抑制。相反，加入其他金屬，例如鐵、鈷、鋅、鎳等，未能增強細胞死亡，這些結果表明銅離子載體誘導的細胞死亡主要依賴于細胞內銅的積累。為進一步驗證銅對細胞的影響，研究人員使用丁硫胺酸亞砜胺（BSO，消耗細胞內銅螯合劑谷胱甘肽）聯合Elesclomol處理細胞，結果同樣誘導細胞死亡。而采用四硫代鉬酸鹽（TTM，一種銅螯合劑）聯合Elesclomol處理細胞，則細胞生長不受影響。這些結果表明，銅離子載體誘導的細胞死亡主要依賴于細胞內銅的積累。更重要的是，研究人員發現銅離子載體誘導的細胞死亡是一種新的細胞死亡途徑，明顯區別于傳統死亡方式（凋亡，鐵死亡，壞死）。

研究人員觀察到更依賴線粒體呼吸的細胞對銅離子的敏感性比進行糖酵解的細胞高近1000倍。如果采用藥物干預線粒體功能后，細胞對銅離子的敏感性發生顯著變化。通過乏氧條件培養細胞，研究人員進一步證實了銅誘導的細胞死亡需要線粒體呼吸參與，而糖酵解產生的ATP方式，對銅誘導的細胞死亡影響較小（梅斯小編：這提示腫瘤細胞似乎更耐受銅死亡？）。

進一步研究人員發現銅并不直接參與電子傳輸鏈（ETC），而只是在三羧酸（TCA）循環中發揮作用。經代謝組學研究發現，對銅敏感細胞中與TCA相關的代謝物明顯更多。這些結果表明銅誘導的細胞死亡與線粒體代謝之間緊密聯系，銅與TCA循環之間息息相關。

為了確定介導銅毒性的特定代謝途徑，研究人員通過多重CRISPR基因敲除篩選，確定了促進銅誘導死亡的關鍵基因--鐵氧還原蛋白1（FDX1），發現該基因編碼一種Elesclomol可直接靶向的蛋白，該蛋白可將二價銅離子轉化更毒的一價銅離子。FDX1基因此前還發現在肺癌，PCOS等中起重要作用。

發現敲除FDX1會減弱銅離子載體誘導的細胞死亡。此外，當細胞在糖酵解條件下生長時，大多數銅離子載體（如elesclomol、disulfiram和NSC319726）失去了殺傷活性。這些結果進一步說明銅與線粒體代謝聯系十分緊密，而且與FDX1有關。

研究人員發現敲除FDX1或脂酰化相關酶可以使細胞免于銅毒性。因此，作者猜測FDX1可能是蛋白質脂酰化的上游調節因子。為了驗證這一猜測，作者首先通過檢索公共數據庫，發現FDX1和硫辛酸代謝與細胞存活高度相關。其次，作者對208例人類腫瘤標本進行了FDX1和硫辛酸的免疫組織化學染色，進行了半定量分析，結果發現FDX1和脂酰化蛋白的表達高度相關。

最后，作者通過免疫印跡和免疫組織化學檢測，發現FDX1基因敲除導致蛋白質脂酰化*喪失，同時也導致細胞呼吸顯著下降。這些結果均表明FDX1是蛋白質脂酰化的上游調節因子。此外，作者還發現銅干擾鐵硫簇，而鐵硫簇是幾種關鍵代謝酶的一部分。當這種酶降低時，細胞更容易死亡。

總的來說，該研究提出了銅依賴性的新型細胞死亡方式——Cuprotosis（銅死亡），并進一步揭示了銅死亡的具體機制。這些發現將有助于研究銅失調疾病（例如威爾遜病）。