從細菌、真菌到植物和動物，銅都是生命的基本元素。在人類體內，它與酶結合，幫助血凝塊、激素成熟和細胞處理能量。但是過多的銅會殺死細胞。正常情況下，細胞通過主動的內環境平衡機制來調節細胞內銅的含量，保持在一個相對極低水平，以防止過量的銅積累而導致細胞損傷。然而，銅離子載體誘導的細胞毒性機制仍不清楚。

為研究銅離子載體誘導的細胞死亡的機制，麻省理工學院和哈佛大學Broad研究所的Peter Tsvetkov和Todd R. Golub團隊新發現了一種由銅引起的細胞死亡的新形式-銅死亡。該研究發現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。通過多重CRISPR基因敲除篩選，該研究確定了促進銅誘導死亡的關鍵基因-FDX1。最終，研究者們將這種銅離子載體誘導的細胞死亡新形式稱為銅死亡。該工作以題為“Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins”發表在最新《science》上。論文的第一作者為Peter Tsvetkov。

首先，作者在489個細胞系中測試了1448個載銅藥物對細胞的殺傷效果，結果表明這些載銅藥物均能殺傷細胞。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。作者以銅結合分子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，例如鐵鈷鋅鎳等也不影響細胞生長。為進一步驗證銅對細胞的影響，作者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，作者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）。

作者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。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，作者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對銅誘導的細胞死亡影響較小。接下來，作者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，作者通過多重CRISPR基因敲除篩選，確定了促進銅誘導死亡的關鍵基因-FDX1（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）。研究發現敲除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。這一結果進一步表明銅與線粒體代謝聯系緊密。

接下來，作者發現敲除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完全喪失，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。

銅是一把雙刃劍：在整個動物界，它作為酶的輔助因子是必不可少的；同時又可能誘導細胞死亡。銅穩態的遺傳變異會導致危及生命的疾病。銅離子載體和銅螯合劑都被認為是抗癌劑。然而，銅超載導致細胞死亡的機制尚不清楚。在此，作者證明銅誘導細胞死亡的發生機制不同于所有其他已知的調節性細胞死亡機制，包括凋亡、鐵死亡、焦亡和程序性壞死。因此，作者提出將這種新發現的銅誘導的細胞死亡機制稱為銅死亡。

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