铜死亡（Cuproptosis）是近年新发现的程序性细胞死亡，由线粒体铜过载引发，是肿瘤和铜代谢遗传病领域的研究热点。我们往期公众号简单介绍过铜死亡的机制，也详细介绍过使用Elsesclomol诱导铜死亡的方法。今天，我们再次回到这个话题，先详细拆解一下铜死亡发生逻辑，再逐一盘点市面上主流铜死亡诱导剂和抑制剂。

铜是人体不可或缺的微量金属离子。在线粒体中，铜参与细胞色素C氧化酶组装。在胞质中，铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）依赖铜清除活性氧，抵御氧化损伤。同时，酪氨酸酶需要铜合成黑色素，多巴胺羟化酶需要铜合成神经递质；赖氨酰氧化酶依靠铜交联胶原，稳固结缔组织；血浆铜蓝蛋白则通过铜离子介导铁转运。因此，细胞会通过细胞膜上的CTR1（也称为SLC31A1）少量摄取外界一价铜（Cu⁺），通过ATOX1、CCS，分别送往高尔基体、线粒体、SOD酶。

过量的铜离子具有细胞毒性。因此，膜蛋白ATP7B会把多余铜主动泵出胞外。同时，细胞质里的谷胱甘肽、金属硫蛋白，能螯合游离铜离子，中和它的毒性。

如果细胞无法维持铜的稳态平衡，导致铜离子浓度过高，就会发生铜死亡。

细胞内铜离子过载主要源于3种机制：

铜离子过载时，过量Cu⁺会特异性结合代谢酶DLAT和DLST表面的硫辛酰修饰基团，迫使这些三羧酸循环核心酶发生不可逆聚集沉淀而失活，导致ATP合成量断崖式下跌。同时，过量Cu⁺还会持续攻击线粒体中的铁硫簇蛋白，造成线粒体呼吸链瘫痪，大量活性氧在线粒体内堆积，加剧膜结构与内部蛋白的氧化损伤。

铜死亡诱导剂主要是各种脂溶性铜离子载体，是一类铜离子螯合剂。这类物质结合铜离子后，能够穿透细胞膜与线粒体膜，将细胞外铜离子转运至胞内后释放，最终引发线粒体铜离子过载。常见的铜离子载体有Elesclomol、Ditiocarb、ATSM、Pyrithione等。

Elesclomol（A4386）是铜死亡研究领域的开山鼻祖，因为铜死亡的发现正是基于对该化合物作用机制的研究。Elesclomol搭载的Cu²⁺可以与FDX1竞争性结合，被还原为剧毒Cu⁺后与Elesclomol分离，引发级联损伤（抑制FDX1可阻断该过程）。我们之前的公众号文章已对其具体机制进行了详细讲解（点击查看）。

Cu-ATSM（C3163）本来是一种用于检测肿瘤缺氧区域的探针。它在非还原环境中与Cu²⁺的结合非常稳定，所以在正常组织中几乎不释放铜离子。而在缺氧、高还原线粒体微环境中，Cu-ATSM中的Cu²⁺会大量被还原成Cu⁺，脱离载体蓄积在线粒体基质当中。实体瘤的微环境同样缺氧，因此Cu-ATSM可以靶向诱发肿瘤细胞铜死亡，实现选择性抗肿瘤效果。此外，Cu-ATSM不但可以穿透细胞膜与线粒体膜，还可以穿透血脑屏障，这让它适用于颅内和全身各处的肿瘤病灶。

Ditiocarb（C6833）是强效铜离子螯合剂。Ditiocarb可捕捉游离Cu²⁺，自发组装形成稳定的中性脂溶性铜复合物，向细胞内输送大量铜离子。细胞内的高亲和力配体（谷胱甘肽，Cys，His，Met）可以通过配体交换反应把Cu²⁺从Ditiocarb手上抢走，还原为Cu⁺。FDA批准的酒精戒断药物双硫仑（Disulfiram，A4015）具有和Ditiocarb类似的作用机制。双硫仑本身不能直接螯合铜，但它进入人体生理环境后会快速发生水解，生成Ditiocarb，这样就可以像Ditiocarb一样把铜离子运进线粒体了。

吡啶硫酮（Pyrithione，BA1225）包含空间上相邻的硫和氧，它们可以同时参与配位，强力螯合多种二价金属离子。它结合Cu²⁺的能力极强，可以形成脂溶性的络合物，把铜离子运进细胞和线粒体，从而诱导铜死亡。不过Pyrithione并不是对铜特异的配体，它同样能稳定结合Zn²⁺等金属并运进细胞，造成锌离子介导的细胞死亡（点击查看）。而预先结合了Zn²⁺的吡啶硫酮锌（Zinc pyrithione，B2201）在含Cu²⁺的体系中还可以发生金属置换反应，释放锌离子，转而结合环境中的铜离子。

大部分铜死亡抑制剂本质上也是铜螯离子合剂，通过结合游离铜离子，阻断铜离子后续生理作用。与铜离子载体不同的是，铜死亡抑制剂对铜离子结合强度更高，螯合铜离子后，几乎不会受外界环境影响解离释放铜离子。此外，它们穿透细胞膜的效率也远低于各类铜离子载体。

四硫钼酸盐（TTM，C9054）是一种超强铜螯合剂，四硫代钼酸根（MoS₄^2-）的四个硫原子可与铜离子形成极稳定的Cu–TTM络合物，并进一步与白蛋白等蛋白质组成三元复合物。一方面TTM可以在细胞外间隙或培养基中通过配体交换，直接从铜离子载体手里抢走铜，截断铜输入；另一方面也有一部分TTM能进入细胞内，进一步强螯合胞内游离或弱结合铜。Cu-TTM络合物分子尺寸偏大，整体携带负电荷且亲水性强，难以排出细胞，会在胞内持续堆积，因此该药剂不适用于动物体内长期慢性给药实验。

D-青霉胺（DPA，D-Penicillamine，B8392）是FDA批准用于威尔逊病治疗的药物。它通过巯基和胺与血液中的Cu²⁺配位结合，形成稳定的极性亲水络合物，这类络合物容易被肾小球滤过并排出体外，细胞外间隙的Cu²⁺水平随之下降，进而驱动肝细胞及其他组织中的铜逐步向外释放。DPA及其铜络合物并不擅长跨膜运输，这导致它在体外实验中效率较低。但相较于TTM，DPA其铜络合物可顺利排出机体，整体安全性更优，更适配各类体内动物实验研究。然而，D青霉胺的巯基容易与蛋白半胱氨酸形成二硫键，也容易参与自由基/氧化还原反应，这导致它有一定的副作用。

曲恩汀（Trientine，C8912）是另一种被FDA批准用于威尔逊病治疗的药物。它含有四个胺，能够形成4个齿牢固螯合Cu²⁺。Trientine在临床上用于替代D-青霉胺的治疗，因为它的药物不良反应更轻微，但是它的成本更高，所以没有完全取代DPA。和DPA一样，Trientine也并不擅长跨膜运输，在体外实验中效率较低。

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看完这篇硬核干货，相信你已经彻底明白如今科研圈大热的铜死亡是怎么回事了。随着研究不断推进，一大批铜死亡诱导剂、抑制剂被陆续开发出来，适配科研机制探索与临床疾病治疗的不同需求。像Elesclomol、吡啶硫酮这类铜离子载体，是实验室搭建铜过载细胞模型、解析铜死亡通路的核心工具，双硫仑、Cu-ATSM等分子还具备可观抗肿瘤潜力。而TTM、DPA、曲恩汀三款强效铜螯合剂，一边可以体外实验反向阻断铜死亡、验证铜离子的作用，另一边DPA、曲恩汀早已获批走入临床，专门用于铜代谢紊乱疾病的治疗。这些铜死亡调控小分子工具，既能帮我们理清铜死亡相关疾病的底层逻辑，也为抗癌新药研发开辟了全新破局方向。

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