首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 肿瘤科论文 > 口腔肿瘤论文 > 铜死亡在口腔鳞状细胞癌治疗及预后中的研究进展

铜死亡在口腔鳞状细胞癌治疗及预后中的研究进展

2024-11-22 148 上传者：管理员

摘要：口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma, OSCC)是一种死亡率高的恶性肿瘤，其特点是诊断晚、复发转移率高、预后差。铜死亡(cuproptosis)作为一种新型的铜诱导细胞死亡的模式，激活相关通路能抑制癌细胞的生长和增殖，诱导癌细胞发生铜死亡为OSCC的治疗提供了新的见解。本综述旨在系统介绍铜死亡发生发展的机制以及铜死亡在OSCC治疗预后方面的研究进展，为临床治疗提供新的思路和方法。

关键词：
OSCC
口腔鳞状细胞癌
蛋白质脂质
铁氧还蛋白1
铜死亡
加入收藏

铜死亡是由Tsvetkov等[1]提出，即铜通过增加线粒体依赖性能量代谢和活性氧(reactive oxygen species, ROS)的积累引起细胞毒性介导细胞死亡。细胞死亡通常发生在正常组织中，是维持组织功能和形态所必需的[2],其模式可分为两大类：意外细胞死亡(accidental cell death, ACD)和调节性细胞死亡(regulated cell death, RCD)[3]。前者是一种不受生命活动的调节，属于被动的生物过程；后者作为一种程序化调节发生，其特征是受控的信号通路和精确的效应机制，可分为细胞凋亡、细胞焦亡、铁死亡和铜死亡等[4]。其中铜诱导细胞死亡机制引起了人们的极大关注，并成为肿瘤治疗领域的研究热点。口腔鳞状细胞癌(OSCC)是一种常见的口腔恶性肿瘤，具有高复发率、高死亡率等特点[5],诱导其癌细胞发生铜死亡，有利于探索新的治疗方案，以提高患者的生存率。本文旨在介绍铜死亡发生发展的机制以及铜死亡在OSCC治疗方面的最新进展和研究前景，进而为OSCC的治疗提供新的思路和方法。

1、铜死亡可能发生的机制

铜在人体中是一种微量元素，细胞内铜离子的浓度通过主动稳态机制保持在较低的水平，一旦超过阈值，就会导致细胞死亡[6],该细胞死亡机制不同于其他已知的调节性细胞死亡，如细胞凋亡、铁死亡、细胞焦亡等。铜死亡主要发生在以氧化磷酸化为主要代谢途径的细胞中，是由脂酰化蛋白的异常聚集和铁硫(Fe—S)簇蛋白的丢失引起。在三羧酸循环中，铜离子与蛋白质脂酰化中的关键酶结合会触发对蛋白质的毒性应激反应，最终导致细胞死亡[7],其中铁氧还蛋白1(ferredoxin 1,FDX1)和蛋白质脂酰化是诱导铜中毒的关键因素[1];伊利司莫(elesclomol, ES)是氧化应激诱导剂，其作为一种有效的铜离子载体，可诱导铜死亡(图1)。

1.1 铜死亡——一种独特的死亡机制

为了验证铜死亡是否受已知细胞死亡方式的影响，Tsvetkov等[8]敲除细胞凋亡关键因子BCL2关联X(BCL2-associated X,BAX)和BCL2拮抗/杀伤因子1(BCL2 antagonist/killer 1,BAK1)后，使用已知细胞死亡方式的抑制剂(如细胞凋亡的caspase抑制剂，铁死亡的ferrostatin-1,应对坏死性凋亡的necrostatin-1,及应对氧化应激的N-胰腺半胱氨酸),对细胞进行处理，发现无法消除铜离子载体诱导的细胞死亡，这表明铜离子载体诱导的细胞死亡是一种独特的死亡机制。

图1 铜死亡发生的机制

Fig.1 Mechanism of copper death

ATP7B(铜转运蛋白质β链抗体):铜转出通道;SLC31A1(人高亲和力铜摄取蛋白1):铜转入通道;Elesclomol(伊利司莫):铜离子载体;P53:肿瘤抑制蛋白;GSH(glutathione):谷胱甘肽;FDX1:铁氧还蛋白1;DLAT(二氢硫辛酸转乙酰基酶):蛋白质脂酰化的关键酶;LIAS(硫辛酸合成酶):蛋白质脂酰化的关键酶;TCA Clycle:三羧酸循环;Glutamate:谷氨酸盐;Aspartate:天冬氨酸;Fe—S cluster Destabilization:铁硫簇蛋白降解;S—S:二硫键;DLAT Agreegation:DLAT中二硫键的依赖性聚集;Oxidative Phosphorylation:氧化磷酸化。

1.2 脂酰化蛋白的异常聚集、Fe—S簇的丢失

Tsvetkov等[8]通过研究铜诱导细胞死亡相关的调控机制，发现铜死亡是由线粒体呼吸介导的，在铜敏感细胞中发现了更多的三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA)相关代谢产物，这进一步证实了铜死亡是在TCA中发挥作用而不直接参与电子运输链(electrontransferchain, ETC)。在研究铜死亡与蛋白质脂质化之间的相关性后，发现蛋白质中的硫代辛基部分是铜结合所必需的，铜可以直接与脂酰化TCA循环蛋白结合，导致这些蛋白的二硫键依赖性聚集和Fe—S簇蛋白的降解。

1.3 铜死亡的关键因子

铜死亡调节机制中的两个关键因子，即FDX1和蛋白质酯酰化的关键酶，包括：硫辛酸合成酶(LIAS)、硫酰转移酶1(LIPT1)、二氢硫酰胺脱氢酶(DLD)、二氢硫辛酸转乙酰基酶(DLAT)、丙酮酸脱氢酶α1抗体(PDHα1)和丙酮酸脱氢酶β亚基(PDHβ)[9]。

首先，铜离子的积累主要通过FDX1介导的线粒体蛋白毒性应激引起铜死亡。FDX1参与调节蛋白质的硫辛酰化，促进了线粒体TCA循环；并且FDX1 将Cu2+还原为Cu+,Cu+是一种更具细胞毒性的铜形式，导致Fe—S 簇蛋白合成的抑制，进而诱导细胞死亡。其次，LIPT1、LIAS和DLD编码硫辛酸途径的成分，DLAT、PDHα1和PDHβ编码丙酮酸脱氢酶(PDH)复合物的脂酰化成分。线粒体脂酰化是赖氨酸的翻译后修饰，通过二硫代辛基酰胺支链转移酶E2(DBT)、甘氨酸裂解系统蛋白H(GCSH)、DLST和DLAT的调节，允许进入TCA循环，铜可直接与DLAT结合，以促进DLAT的二硫键依赖性聚集[10-11],表明硫辛酸途径和蛋白质脂酰化可能对铜死亡很重要。

Tsvetkov等[1]在2019年研究发现，氧化磷酸化过程会导致肿瘤细胞对蛋白酶体抑制剂的耐药性增强，同时对ES的敏感性也增强。ES在细胞外与Cu2+结合，并将其运输到细胞质；除此之外，铜转入通道(SLC31A1)和转出通道(ATP7B)通过影响细胞内Cu+水平来调节其敏感性[12],这表明了ES可被应用于治疗易受铜死亡影响的癌症。

2、铜死亡与口腔鳞癌

OSCC具有较高的恶性程度，近年来在成像技术、外科手术方法、放射治疗和化学治疗方面虽有所改进，但患者的5年生存率方面没有显著改善[13]。此外，OSCC患者在接受治疗后存在较多的副作用，包括抑郁、营养缺乏和完成日常活动能力的损害等[14]。因此寻找更有效的靶点，准确预测口腔鳞癌的预后，对提高临床诊断和治疗水平至关重要。

2.1 铜螯合物与口腔鳞癌

有研究发现，在包括乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、膀胱癌、甲状腺癌、口腔癌等在内的各种肿瘤疾病中，患者血清和肿瘤组织中铜的含量增加，这与癌症的分期和进展密切相关[15-18],因此，针对肿瘤组织中铜富集的特性而开发抗癌药物成为热点。

近年来大量铜螯合剂和铜离子载体在抗肿瘤方面的有效性已在临床前研究中得到初步证实，其主要通过产生过量的ROS,使癌细胞持续处于氧化应激的状态，最终发生癌细胞死亡[19]。铜螯合剂包括D-青霉胺、四硫代钼酸铵(ammonium tetrathiomolybdate, TTM)和三钼酸盐等，其通过与铜直接结合降低了铜的生物利用度；铜离子载体如双硫仑(disulfiram, DSF)、ES等通过增加细胞内铜含量导致细胞死亡。研究表明，铜螯合剂、铜络合物的已经逐渐应用在各类肿瘤中，然而对于其在口腔鳞癌中的应用，国内外研究较少[20-22]。

在口腔鳞癌的治疗方面，顺铂作为一线化疗药物，直接作用于DNA,通过诱导细胞死亡形成DNA加合物[23]。然而，药物引起的遗传和表观遗传改变可能会诱导其对治疗的耐药性。有学者通过研究TTM对顺铂和口腔鳞癌治疗的作用，证明了TTM+顺铂双重处理显著降低了细胞增殖，TM在体外抑制口腔鳞癌细胞系中的ATP7B表达，从而增强顺铂在癌细胞中的积累和凋亡作用[24]。此外，Tang等[9]通过研究DSF-Cu+/Cu2+配合物对口腔表皮样癌细胞的细胞毒性作用的潜在机制，发现DSF-CuCl2配合物导致细胞内活性氧水平升高，细胞衰老，进而诱导癌细胞死亡，DSF-CuCl2复合物作为OSCC癌症治疗的再利用剂的潜在应用提供了新的见解。就目前研究来说，对于铜螯合剂及铜络合物在口腔鳞癌的应用效果，还需更多的临床研究进行论证。

2.2 铜死亡与靶向治疗

2.2.1 肿瘤抑制蛋白p53

研究表明，铜诱导细胞死亡的机制与靶向TCA循环脂酰化蛋白导致铜死亡有关[25-27]。p53是调控细胞生长、增殖和铜死亡的代谢因子，诱导受损细胞凋亡来保护细胞免受致癌转化。Xiong等[28]研究发现p53能增强线粒体的代谢和铜螯合物谷胱甘肽(glutathione, GSH)的生物发生，这是铜死亡的关键，表明p53可能在铜死亡中发挥作用。谷氨酰胺是TCA循环中的重要营养来源，p53通过转录激活GLS2促进谷氨酰胺转化为谷氨酸，随后转化为α-酮戊二酸[29]。当谷氨酰胺缺乏时，p53激活编码天冬氨酸/谷氨酸转运蛋白的SLC1A3的表达，以维持天冬氨酸代谢，为TCA循环提供燃料[30],增强线粒体代谢，以促进铜死亡。p53能控制铜螯合物GSH的水平，当GSH缺乏导致不稳定铜水平增加[31]。有研究发现，p53可转录抑制SLC7A11的表达，导致GSH水平降低、ROS增加和铁蛋白过多症，促进了铜死亡[32]。

2.2.2 铜死亡相关长链非编码RNA(lncRNA)

长链非编码RNA(longnon-coding RNA,lncRNA)属于非编码核苷酸家族中最长的一个核苷酸亚基成员，其长度逾200个核苷酸，但它们并不编码蛋白质。在口腔癌中，lncRNA与肿瘤微环境及相关基因、蛋白等表达息息相关。因此lncRNA与口腔鳞癌之间的作用机制，为临床治疗靶点提供多样化的选择[33-34]。

Wan等[35]确定核内小RNA宿主基因16(small nucleolar RNA host gene 16,SNHG16)的lncRNAs可促进口腔鳞状细胞癌的进展和癌变。Yang等[36]通过构建铜死亡相关基因lncRNA预后标志物的多因素 Cox 回归分析模型，可以较好地预测头颈部鳞癌对免疫治疗药物的敏感性。

N6-甲基腺苷(m6A)修饰在肿瘤发生中起重要作用。Zhou等[37]通过研究TCGA数据库中头颈部鳞状细胞癌样本数据中m6A 相关的lncRNA基因，发现AC090587.2和AL513190.1可准确预测头颈部鳞状细胞癌的结局并开发新的治疗靶点。Li等[38]通过研究槟榔碱、铜死亡和OSCC之间的相关性，发现了槟榔碱相关的纤维化相关OSCC差异表达基因(AFOC-DEGs)在口腔癌组织的各个区域均有不同程度的高表达，且表明了AFOC-DEGs与铜死亡密切相关；还发现了LIAS和PDHβ促进铜死亡，而谷氨酰胺酶(GLS)和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂2A(CDKN2A)抑制铜死亡，这表明AFOC-DEGs可能成为诱导OSCC发生铜死亡的治疗靶点。

2.3 铜死亡与免疫治疗

口腔鳞癌也属于免疫抑制性疾病，肿瘤微环境(TME)指肿瘤的发生、生长及转移与肿瘤细胞所处的内外环境有着密切关系。已经提出，TME成分的靶向治疗可能是控制癌症的有希望的方法[39]。从垂死的癌细胞释放到TME中的无细胞染色质颗粒(cfChP)是存活癌细胞癌症标志和免疫检查点。Pilankar等[40]通过对口服白藜芦醇R-Cu与口腔鳞癌患者癌症标志物和免疫检查点下调的相关性研究，发现死亡癌细胞释放的cfChPs大量存在于TME中，在临床研究前和临床研究中，发现R与Cu的摩尔比维持在1∶10～1∶4[41],口服R-Cu显著降低了TME中的cfChPs, 并且导致检测的五个免疫检查点，即PD-L1、PD-1、CTLA-4、TIM-3和NKG 2A下调。这些探索性发现表明了R-Cu的长期治疗可能具有诱导愈合而不必杀死癌细胞的潜力。免疫检查点的靶向治疗最近引起了很多关注，并且在癌症治疗中有了进一步的成果[42]。Li等[43]通过对TCGA数据库和GEO数据库进行了口腔鳞癌的生物信息分析，发现低风险组患者大多数相关基因的表达较高，如PDCD-1和CTLA-4,同时有研究表明PDCD-1和CTLA-4抑制剂已被报告为癌症免疫治疗的预测性生物标志物[44]。此外低风险组的患者比高风险患者更有可能从PD-1检查点治疗中突破，因为肿瘤内铜可调节PD-L1的表达，影响肿瘤细胞的免疫逃逸肿瘤，然后影响免疫治疗的疗效[45]。

3、展望

铜死亡机制得到了广泛的关注，尽管其在治疗口腔鳞状细胞癌方面有巨大潜力，但相关临床研究及前瞻性研究仍存在缺失，为进一步探索铜死亡的临床应用优势，需要进行治疗机制的深入研究。此外，随着纳米技术的发展，开发具有铜光症发光机制的纳米制剂，有望对肿瘤细胞产生特异性损伤，这种将铜光疗法和材料科学相结合可能会激发一类新的有效抗肿瘤策略。

参考文献:

[12]黄本林,付瑞,王宁,等.铜死亡与肿瘤的关系研究进展[J].临床误诊误治,2022,35(11):112-116.

[25]林锦贤,王攀,吴欣谋,等.铜稳态失调诱导调节性细胞死亡及其调控的研究进展[J].江苏大学学报(医学版),2022,32(4):306-317.

文章来源:要甜,马宇锋.铜死亡在口腔鳞状细胞癌治疗及预后中的研究进展[J].口腔医学,2024,44(11):871-875.