鑽石舞台

之前大師姐給我們詳細介紹了Science期刊上發表的一篇題為「Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins」的研究性論文，文章證明銅毒性的發生機制不同於所有其他已知的細胞死亡機制，包括細胞凋亡、鐵死亡、焦亡和壞死性凋亡，並將這種以前未表徵的細胞死亡機制稱為銅死亡。（詳情可見：重磅解讀！「銅死亡」的天花板，承包你1年的文章和課題！）

今天要給大家解讀的這篇「Selective Targeting of Cancer Cells by Copper Ionophores: An Overview」，文章討論了銅離子載體，還提出了進一步改善銅離子載體對癌細胞的靶向性的方法。

銅 (Cu) 是所有生物體必需的礦物質營養素，是諸多生物過程的基礎元素，包括線粒體呼吸、鐵吸收、抗氧化、解毒過程等。最近報道，Cu也具有信號傳導的作用，可在外部刺激下調節或觸發幾種生物途徑。已發現多種癌症患者（如乳腺癌、甲狀腺癌、宮頸癌、卵巢癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、口腔癌、膀胱癌）的血清和腫瘤組織中的銅含量顯着改變。還有一些證據表明，銅可能在癌症疾病的病因、嚴重程度和進展中發揮作用。

Cu還能夠促進對腫瘤進展和轉移至關重要的血管生成。特別是越來越多的證據表明，Cu可以激活許多血管生成因子，如血管生成素 (hAng)、血管內皮生長因子 (VEGF)、成纖維細胞生長因子 1 (FGF1) 和白細胞介素 1 (IL-1) 等。此外， Cu 可以穩定核缺氧誘導因子-1 (HIF-1)，從而進一步增強促血管生成因子的表達。

綜上，Cu在癌症的發生發展中起到關鍵作用，因此對Cu的研究具有十分重要的意義，它也可能成為具有潛力的抑制癌症發生的靶點。

下面這篇綜述文章討論了銅離子載體，重點包括Cu對癌細胞的選擇性、促發選擇性的機制以及提出的進一步增加銅離子載體對癌細胞靶向的策略。

Cu金屬結合化合物在治療癌症方面具有巨大潛力，但該領域正處於早期發展階段。特別是缺乏選擇性是該領域的主要挑戰之一。因此，能夠選擇性靶向癌細胞的新型銅結合化合物備受追捧。

與銅結合的化合物包括不同類別的銅配體，例如銅螯合劑和銅離子載體。銅離子載體與銅螯合劑的不同之處在於它們的作用機制。銅螯合劑抑制銅質增生（一種銅依賴性細胞增殖），降低細胞內銅濃度；而銅離子載體誘導銅下垂，增加細胞內（特別是線粒體）銅水平並導致細胞死亡（圖 1 B）。

圖1 銅螯合劑和銅離子載體示意圖

作為抗癌離子載體最知名和研究最多的二硫代氨基甲酸酯，是吡咯烷二硫代氨基甲酸酯和二乙基二硫代氨基甲酸酯 (DTC)，為雙硫侖 (DSF) 的活性形式。大量研究表明，由於 DSF 的活性形式是 DTC 的 Cu 複合物，因此 DSF 與 Cu 一起使用顯着增加了其抗癌作用。越來越多的證據表明，Cu-DSF 可以具有多個靶標，包括 ROS 水平、泛素-蛋白酶體系統 (UPS)、核因子-kappa B (NF-κB)、NPL4。

總體而言，Cu-DSF 顯示的選擇性由不同因素引起：癌組織中 Cu 水平的增加、使癌細胞更容易受到進一步增加的氧化應激影響的 ROS 種類水平的提高、靶向癌細胞中過表達的受體。（圖2）

圖2 影響銅離子載體選擇性的內源因素

許多臨床試驗已經使用一種眾所周知的銅離子載體Elesclomol(ES)，用於治療不同類型的癌症。ES 對癌細胞具有選擇性，但這種選擇性的機制尚未闡明。作者推測類似於 DSF 或 DTC，ES 可以利用高水平的 Cu 或 ROS 靶向癌細胞。簡而言之，ES 能增加銅水平和線粒體氧化應激。

ES 的另一個充滿前景的研究方向是它能夠靶向耐藥癌細胞，包括順鉑和蛋白酶體抑制劑耐藥性。

具有多種生物學應用的8-羥基喹啉 (HQ)也是銅離子載體，其中最知名的化合物是 7-iodo-5-chloro-8-hydroxyquinoline (CQ)，它最初被用作抗生素，最近被用於從神經退行性疾病到癌症等不同疾病再利用的研究。CQ 的抗癌作用通過與 Cu 的共同給藥而增強。

但值得注意的是，長期使用包括銅離子載體在內的銅結合化合物會擾亂基本金屬的穩態，因此會對接受治療的患者造成嚴重的副作用。

3.1 原離子載體

與正常細胞相比，癌細胞的特徵在於 ROS 產生的改變。因而目前已開發氧化還原失調的方法來設計功能分子和納米材料，這些分子和納米材料能夠破壞氧化還原穩態，同時增加細胞內的氧化劑和降低抗氧化劑 (GSH)。換言之，穀胱甘肽的氧化還原作用促進了細胞內銅的釋放。一系列的實驗證明，Cu 的釋放依賴於 GSH。

Zhou 小組[1]最近提出了一種更複雜的方法（圖 3），其中 H2O2 參與了原離子載體的激活。

圖3 銅離子載體激活的化學結構示意圖

該作用機製得到兩個證據的有力支持：1）浴銅素二磺酸二鈉鹽（BCS，一種Cu螯合劑）抑制Cu-PNap殺死HepG2細胞的能力；2) 過氧化氫酶（清除 H2O2 的酶）也抑制了 Cu-PNap 的作用。

總體而言，DTC的原離子（DQ） 能夠利用高濃度的 H2O2 選擇性地靶向癌細胞，並因為甲基醌（一種 GSH 清除劑）的釋放而放大氧化應激的效果。

γ-穀氨酰轉移酶 (GGT) 是一種位於包括肝臟在內的廣泛組織中的細胞表面酶，它參與 GSH 的代謝。為細胞內合成穀胱甘肽，提供額外的半胱氨酸方面發揮着關鍵作用，因此，許多癌細胞系過度表達 GGT。

釋放的 DTC 可能在 GGT 產生細胞附近螯合銅並導致銅的細胞內積累，從而引發癌細胞死亡（圖 4）。

圖4 PHQ、DQ和GGTDTC的化學結構

及活性離子載體的釋放機制示意圖

然而，GGT 不僅在一些侵襲性癌細胞中過度表達，在肝臟中也被上調。這一發現表明 HPD 比 RPD 更具選擇性，進一步證實了裂解物分析的結果。總體而言，PSA 誘導 DTC 的釋放，切割肽。然後，非特異性氨肽酶去除最後的殘基，使氨基苄基接頭的 1,6-苄基消失，從而導致 DTC 的釋放（圖 5）。

圖5 離子載體（RPD和HPD）的化學結構

和PSA作用下DTC釋放機制示意圖

糖綴合（Glycoconjugation）也被認為是能靶向癌細胞的一個有吸引力的方法。惡性細胞顯着增強葡萄糖攝取和糖酵解以維持其高增殖率，這種被稱為「Warburg 效應」的現象是癌症的標誌之一。

糖綴合可用於靶向去唾液酸糖蛋白受體 (ASGPR)，至於銅離子載體，目前僅針對銅-GTSM 對這種方法進行了評估，用於治療以銅缺乏為特徵的疾病。

3.2 納米藥物輸送系統

另一種已被探索用銅離子載體選擇性地靶向癌細胞的可行方法，涉及使用藥物輸送系統 (DDS)。DDS 已被特別研究用於選擇性遞送 DSF，以試圖克服給藥相關的缺點。

總體而言，數據表明，Cu-LDNP 納米粒子可以成為治療過度表達半乳糖受體的癌症的選擇性和安全工具。DDS 也被提議用於 CQ 或其他 HQ 衍生品，但根據目前得到的實驗結果來看，遠未得到與 DSF 獲得的類似結果。

「銅死亡」相關領域進展非凡，兩個新術語「cuproplasia」和「cuproptosis」最近已被用於表示由銅作用引發的獨特生物過程。被廣泛接受的理論表明，銅離子載體利用了腫瘤組織中大量存在的銅，或者，它們利用了氧化應激引起的癌細胞易感性。下一代選擇性銅離子載體應該利用僅能被特定受體識別的靶向單元，同時這些受體僅存在於特定類型的癌細胞中，這樣就使得下一代銅離子載體獲得更加精準的靶向效果。

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本次檢索得到的1000篇文章，共發表在346份雜誌上，其信息總結如下表：（按照文章數降序排列）

參考文獻：

[1]Bao, X.-Z., Wang, Q., Ren, X.-R., Dai, F., and Zhou, B. (2020). A Hydrogen Peroxide-Activated Cu(II) Pro-ionophore Strategy for Modifying Naphthazarin as a Promising Anticancer Agent with High Selectivity forGenerating ROS in HepG2 Cells over in L02 Cells. Free Radic. Biol. Med.152, 597–608. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2019.12.001