消化系統腫瘤占全球腫瘤發病率第2位，2020年全球約有500萬新發病例和360萬人死于消化系統腫瘤，各種消化系統腫瘤的發病率正逐漸上升[1]。對于晚期消化系統腫瘤，其主要的治療方法是放療和化療，但效果欠佳，復發率和轉移率高，患者總體預后較差，迫切需要尋求新的治療手段。銅（Cu）作為一種必須微量營養元素，是各種生物催化過程的關鍵輔助因子，參與線粒體呼吸、生物合成和抗氧化作用，但正常細胞內的Cu濃度保持在較低水平，若Cu濃度增高會引起細胞毒性，甚至導致細胞死亡[2]。有證據表明，與健康受試者相比，腫瘤患者血清和腫瘤細胞內Cu濃度均顯著升高[3]。在乳腺癌[4]、前列腺癌[5]、胃腸道腫瘤[6]、口腔癌[7]、甲狀腺癌[8]、膽囊癌[9]、婦科腫瘤[10]和胰腺癌[11]，Cu與腫瘤的分期和進展密切相關。由于Cu在腫瘤進展中發揮著關鍵作用，Cu正在成為抗癌療法中十分具有吸引力的靶標。筆者現就Cu及其衍生物在腫瘤發展進程中的機制及其在消化系統腫瘤中的相關研究進展進行綜述。
1 Cu穩態
Cu穩態（Cu homeostasis）是指人體內，Cu在吸收、分布和利用的整個過程中保持動態平衡。Cu穩態失調引發功能障礙與許多疾病的發生發展密切相關。
1.1 全身Cu代謝
對食物中Cu的吸收主要由十二指腸和小腸完成，由腸上皮細胞頂端的銅轉運體1（copper transport protein 1，CTR1）介導。在此過程中，CTR1運輸Cu2＋，并通過前列腺六段跨膜上皮抗原（six-segment transmembrane epithelial antigen of prostate，STEAP1）和十二指腸細胞色素B（Duodenal cytochrome B， Dcyt B）將二價Cu2＋還原為單價Cu+[12]。隨后經胃腸道吸收后，Cu被分泌到血液中與可溶性Cu伴侶相結合，如白蛋白、運銅蛋白、組氨酸和巨球蛋白[13-14]。在細胞質內，Cu2＋被Cu伴侶運送到特定的蛋白質，或被金屬硫蛋白（metallothionein，MT）螯合儲存。隨后Cu-ATP酶（肝細胞的ATP7B）將Cu2＋從肝臟轉運回血液，再次與可溶性Cu伴侶結合，并運送到特定的組織和器官。Cu主要儲存于肝臟中，過量的Cu可以隨著膽汁排泄，或以未吸收金屬離子的形式隨糞便排除。
1.2 細胞Cu代謝
Cu2＋通過CTR1進入細胞后可以與谷胱甘肽（glutathione，GSH）復合物結合將Cu2＋直接運輸到MT進行解毒[15]，或與Cu伴侶結合將Cu2＋運輸到特定細胞小室發揮作用，如細胞質中銅伴侶蛋白（copper chaperone for superoxide，CCS）將Cu2＋插入不含Cu的超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）中，促進二硫鍵形成從而激活SOD1清除自由基[16]；線粒體中，環氧合酶-17（cyclooxygenase 17，COX17）將Cu2＋轉移到細胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase，CCO）用于ATP生產[17]；細胞核中，轉錄因子Sp1的鋅指結構域起到Cu傳感器的作用，可以調節CTR1的表達以應對Cu2＋的濃度變化[18]；Cu2＋也可以通過抗氧化劑1銅伴侶蛋白（antioxidant 1 copper chaperone，ATOX1）傳遞到跨高爾基體的銅轉運蛋白質α鏈抗體（ATPase copper transporting alpha polypeptide，ATP7A）和銅轉運蛋白質β鏈抗體（ATPase copper transporting beta polypeptide，ATP7B）。ATP7A和ATP7B可以將Cu2＋裝載到特定的酶中，如羧肽酶（carboxypeptidase，CP）和乳酸氧化酶（lactate oxidase，LOX）進行生物合成或將過量的Cu2＋從細胞內輸出，以保證細胞內Cu穩態[19]。
2 Cu在腫瘤中的相關核心通路
Cu在腫瘤細胞發生、發展過程中的調控通路較多，現就主要的5條核心通路闡述Cu的作用機制。
2.1 絲裂原活化蛋白激酶激酶1（mitogen-activated proteinkinase kinase 1，MEK1）
有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路與眾多腫瘤類型的發病機制有關，B型RAF（BRAF）突變生成BRAFV600E是導致BRAF激酶激活和保持持續MAPK信號傳導的驅動突變，繼而導致細胞增殖和存活能力增強，并作為預后不良的標志物[20]。有研究發現，Cu2+內流通過Cu-MEK1相互作用增強了MEK1磷酸化[21]，同時高親和力Cu轉運體1的遺傳缺失或MEK1中Cu結合突變減少了BRAFV600E驅動的信號傳導和腫瘤發生[22]。使用Cu螯合劑可以刺激MEK1-ERK相互作用，促進ERK磷酸化，減少BRAFV600E轉化細胞和抗BRAF細胞的腫瘤生長。
2.2 磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）
PI3K-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（recombinant phosphoinositide dependent protein kinase 1，PDK1）-絲蘇氨酸激酶（serine/threonine-protein kinase，AKT）途徑的異常激活已被流行病學和基礎研究證明是人類腫瘤細胞增殖、存活、耐藥和代謝的核心模塊[23]。近些年有研究發現Cu可以結合PDK1，促進其與AKT的相互作用，并以依賴PI3K的方式激活AKT致癌信號分子。CTR1-Cu軸在生理和病理條件下對激活PI3K-PDK-AKT信號通路十分重要，通過耗盡CTR1或使用螯合劑阻斷Cu軸，可以減少AKT信號，并減少腫瘤的發生[24]。但現有實驗數據仍不能提供足夠的證據來證明Cu與PDK1的直接結合，此外Cu能否促進PDK1或AKT氧化以激活PDK1-AKT通路還需要進一步研究。
2.3 血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）
VEGF 是一種二聚體糖蛋白，它是血管生成的關鍵媒介，并與2個VEGF受體（VEGFR-1和VEGFR-2）結合。VEGF對腫瘤細胞血管生成和生長至關重要[25]。有研究團隊提出，缺氧條件下VEGF的表達上調可能與缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor 1-alpha, HIF-1α）和G蛋白偶聯雌激素受體1（general plant equipment requirement，GPER）之間的功能交叉對話密切相關，而硫酸銅（copper sulfate，CuSO4）在腫瘤細胞中誘導GPER mRNA表達上調，可在公認的銅螯合劑四乙烯五胺（tetraethylenepentamine，TEPA）存在下被消除，即CuSO4可能參與激活腫瘤細胞HIF-1α/VEGF的轉導信號[26]。也有學者[27]提出，VEGF通過刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NADPH）導CTR1中半胱氨酸189（Cys189）亞磺化，促進CTR1-VEGFR2二硫鍵形成及持續的VEGFR2信號傳導，表明VEGF和Cu誘導的CTR1內吞是通過Cys氧化依賴方式促進血管生成的。
2.4 白細胞介素（interleukin，IL）
IL在激活與調節免疫細胞，介導T、B細胞活化、增殖、分化及在炎癥反應中起重要作用。炎癥細胞作為一把雙刃劍，可能為腫瘤細胞產生生長因子，也可能提供抗腫瘤免疫的因素。IL（如IL-17）可以通過誘導金屬還原酶6次跨膜前列腺上皮抗原4（six transmembrane epithelial antigens of prostate 4，STEAP4）驅動細胞攝取Cu，導致E3連接酶激活，進而增強核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的激活并抑制半胱天冬酶3（caspase3）活性。重要的是，這種IL-17誘導的STEAP4依賴性的細胞Cu攝取能夠促進結腸腫瘤的發生[28]。腫瘤在沒有血管生成的情況下，生長直徑往往無法超過1～2 mm，但Cu可以促進IL-1、IL-6和IL-8的表達，從而促進腫瘤組織的血管生成[29]。同時Cu缺乏則使IL-2 RNA的合成或穩定受損，導致IL-2合成顯著下調[30]，而IL-2在抗癌免疫治療中具有重要潛力。
2.5 Cu在腫瘤中的其他通路
除了上述主要傳導通路，在Cu作用下還可以通過成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-a）、血管緊張素（angiotensin，ANG）、纖維粘連蛋白（fibronectin，FN）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD1）促進腫瘤細胞血管生成；通過NF-κB和AP-1促進腫瘤細胞血管生成和轉移；通過富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白（secreted protein, acid and rich in cysteine，SPARC）、細胞運動介質1（mediator of ErbB2-driven cell motility 1，MEMO1）、金屬硫蛋白3（metallothionein 3，MT3）、重組帕金森病蛋白7（recombinant Parkinson disease protein 7，PARK7）和脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）促進腫瘤細胞侵襲和轉移[31-42]。Cu在腫瘤中的其他通路及作用見表1。
表1
Cu在腫瘤中的其他通路及作用
3 Cu及衍生物在消化系統腫瘤中的作用
據統計，2022年我國發病數量排名前5的腫瘤是肺癌、結直腸癌、胃癌、肝癌和乳腺癌；導致死亡的5大腫瘤是肺癌、肝癌、胃癌、食管癌和結直腸癌[43]。雖然肺癌仍然是我國最常見的惡性腫瘤，但消化系統腫瘤發病率逐年升高，占癌癥相關死亡人數的45%[44]。由于Cu在腫瘤細胞發生發展過程中的機制逐漸被人們認識，關于它在消化系統腫瘤中的研究也在不斷深入，并有望成為新的潛在診療方法。
3.1 肝癌
原發性肝癌（primary hepatic carcinoma，PHC）是第6大常見腫瘤，也是第3大癌癥死亡原因，其中肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是最常見的PHC類型（約占95%）。目前，我國PHC患者占全球總數的一半，PHC仍然是我國癌癥死亡的第2大原因[45]。研究表明，HCC患者和非HCC患者肝實質中的鐵含量并沒有明顯差異，而Cu含量在HCC患者肝實質中明顯增高。HCC細胞中的Cu含量和Cu結合蛋白水平已被證明高于其他肝臟惡性腫瘤，如膽管細胞癌和轉移性肝癌[46]。目前，肝臟腫物的檢測主要采用解剖學成像方式進行評估，如超聲、計算機斷層掃描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。在探索Cu代謝作為HCC分子成像的生物標志物時，有學者在2005年已經首次證實，基于小鼠轉運體1（mouse copper transport protein 1，mCtr1）介導的Cu2＋攝取增加。使用氯化銅（64-CuCl2）作為示蹤劑的PET，可以準確定位小鼠肝外HCC的轉移情況[47]。雖然64-Cu在肝臟中有豐富的生理分布，導致對原發性HCC的評估有限，但CuCl2-PET在無創評估位于低生理性Cu離子攝取區域的HCC中仍是一種有希望的技術。終末期HCC患者的平均生存期為3～4個月，其治療方法主要是改善患者癥狀。Cu在細胞增殖信號傳導途徑中作用的最新研究進展支持了Cu代謝作為HCC分子靶向治療的進一步研究。曲恩汀是一種Cu螯合劑，已被證明可以減少HCC的IL-8產生[48]，從而達到有效的抗癌效果。為了克服長期或大劑量使用Cu螯合劑的抗Cu治療的副作用，RNAi介導的人銅轉運蛋白1（human copper transport protein 1，hCtr1）敲低可能是HCC患者靶向抗Cu治療的一種有希望的方法[49]。 最近1項研究[50]指出，Cu死亡相關基因LIPT1在HCC中起重要作用，將LIPT1敲除顯著降低了HCC細胞增值，表明其同樣可能是治療HCC的一個非常重要的靶點。
3.2 胰腺腺癌
胰腺腺癌（pancreatic adenocarcinoma，PAAD）是一種高度惡性腫瘤，其快速進展和缺乏有效的治療方式，導致PAAD患者5年生存率不到10%。這種惡性腫瘤往往在早期階段就已經發生轉移，而在晚期出現臨床癥狀時才被診斷出來。在這種情況下，手術和化療仍然是PAAD最常見的治療方法，所以尋找新的有效的診斷和治療方法至關重要。Cu和Cu轉運體1（ solute carrier family 31，SLC31A1）mRNA的水平與胰腺癌患者的生存時間呈負相關，通過SLC31A1敲除或Cu螯合劑四六鉬酸鹽（tetrathiomolybdate，TM）處理，抑制了胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲。同時用自噬抑制劑氯喹和TM處理，胰腺癌細胞的死亡明顯增加[51]。PAAD細胞的生長，高度依賴于胱氨酸/谷氨酸逆轉運體（cystine/glutamate antiporter system，system Xc-）介導的抗氧化防御系統，通過鐵死亡誘導劑伊拉斯汀（erastin）抑制system Xc- 是誘發PAAD細胞死亡的經典方法。 Cu2+可以通過促進谷胱甘肽過氧化物酶 4（glutathione peroxidase 4，GPX4）的自噬降解增強鐵死亡敏感度，并增強咪唑酮伊拉斯汀（imidazole ketone erastin，IKE）在體內的抗癌活性[52]。研究[53]證明，64Cu-FAPI-04和225Ac-FAPI-04可以抑制成纖維活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP），用于治療表達FAP的胰腺癌，并有助于與其他直接針對癌細胞的治療方法聯合使用，發展新的治療策略。有學者[54]將10個Cu死亡（cuproptosis）相關基因和6個PAAD公認的生物標志物RAS、TP53、SMAD4、BRCA1、BRCA2和CDKN2A相結合，開發出Cu死亡相關基因指數（Cu death related gene index，CRGI），發現3個基本CRGI基因DLAT、LIPT1和LIAS可作為具有診斷潛力的生物學標志物，同時CRGI與腫瘤微環境的狀況、癌癥-免疫循環和免疫治療的效果有關。特別是關于免疫治療，較低的CRGI指數更有利于進行免疫治療，因為它表明對免疫檢查點阻斷的反應大大加強，并與癌癥-免疫周期和胰腺癌中已知的19個生物過程更相關[55]。
3.3 結直腸癌（carcinoma of colon and rectum，CRC）
CRC是全球第3大常見惡性腫瘤，也是癌癥相關死亡第2大原因。在過去幾十年里，早發性CRC的發病率在全球范圍內有所增加，年輕人群的發病率逐年升高[56]。近年來，化療、放療、靶向治療等圍手術期輔助治療方法的出現和應用，部分改善了CRC的預后，然而由于治療過程中腫瘤的耐藥性，許多患者的預后仍然不盡如人意。目前，在對需要結腸鏡檢查的人群篩選時，有用的生物學標志物選擇非常有限，糞便免疫化學實驗（fecal immunochemical test，FIT）是最常用的篩查方式，然而FIT的敏感度相對不高（66%～74%）[57]。高血Cu水平（＞900 μg/L）與CRC的發病率顯著增加有關，因此血Cu水平有可能是CRC的新的生物學標志物，在選擇需要接受結腸鏡檢查者時可能有參考價值[58]。在治療方面，Cu在BRAF信號調控中的作用在結腸癌中尤為重要，BRAFV600E突變使BRAF激活，約占結腸癌患者中觀察到的所有BRAF突變的90%，然而95%的BRAFV600E突變的結腸癌患者對BRAF抑制單藥治療沒有反應[59-60]。使用TM處理后，通過抑制MAPK級聯反應，對帶有BRAFV600E突變的CRC細胞增殖具有抑制作用，同時TM治療還能有效降低結腸癌HT-29 BRAFV600E細胞對BRAF藥理抑制的克隆性生長[61]。最近，有學者提出伊利司莫-Cu（elesclomol-Cu）可以抑制腫瘤細胞的有氧氧化，從而明顯抑制CRC細胞和奧沙利鉑耐藥細胞系的細胞生長。更重要的是，衣康酸4辛酯（4-octyl itaconate，4-OI）通過靶向GAPDH抑制糖酵解，從而促進Cu死亡，這可能是治療結腸癌的有效策略[62]。
3.4 胃癌
胃癌就發病率和死亡率而言，位居全球5大惡性腫瘤之首。 我國新增胃癌病例約48萬，約占全球新增胃癌病例的44%；胃癌死亡人數達37萬，約占全球死亡人數的一半[63]。由于該病起病隱匿，進展迅速，大多數胃癌患者首次確診時間已超過早期階段，即使采用圍手術期放化療及靶向治療，臨床效果也非常有限[64]。越來越多的證據表明，雙硫侖（disulfiram，DSF）單獨或與Cu結合使用，在各種惡性腫瘤中具有很強的抗腫瘤活性。DSF是以Cu依賴的方式，對胃癌細胞具有高度毒性。在Cu的存在下，DSF還能誘導細胞凋亡和自噬。此外，DSF/Cu通過抑制S6K1和c-Myc基因及其下游分子的表達，抑制了胃癌細胞的糖酵解和異種移植生長[65]。另外有學者[66]證明DSF可以促進細胞內氧化應激，并通過MAPK和NPL4途徑以Cu依賴方式誘導胃癌細胞凋亡。脂酰轉移酶1（ lipoyltransferase 1，LIPT1）作為關鍵的銅穩態相關分子，與腫瘤逃避免疫監視密切相關。在胃癌中，其表達顯著上調，并與預后呈明顯負相關關系，有望成為胃癌新的潛在預后和免疫相關生物學標志物[67]。SBCCC由硫酸銅和席夫堿配體絡合生成，可以通過抑制NF-κB激活、產生ROS、促進細胞自噬等殺傷機制誘導胃癌細胞死亡；與順鉑相比，有更低的半數最大抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50）。上述結果表明，SBCCC可以成為一種通過多種殺傷機制克服胃癌細胞多重耐藥性，同時具有較小副作用的新型藥物[68]。人類銅蛋白組，也稱銅結合蛋白（copper-binding protein，CBP），負責將“游離”的Cu運送到細胞中。通過對10個CBP基因（LOX、CP、F5、SPARC、LOXL3、ALB、AFP、ENOX1、SLC31A1和SNCA）的全面分析得出，與鄰近的正常組織相比，SPARC、ALB、CP、ENOX1和AFP在胃癌組織中高表達，而SLC31A1則呈低表達；CBP評分低的患者腫瘤基因突變負荷（tumor mutation burden，TMB）/微衛星不穩定性（microsatellite instability，MSI）水平較高，并且對免疫療法反應良好[69]。所以，CBP標記在未來很有希望可以作為預測胃癌患者預后和免疫治療療效的工具。
4 展望
隨著生活方式、環境暴露等因素的變化，消化系統腫瘤的發病率逐年升高，已經成為普外科醫生不能忽視的焦點。但腫瘤篩查時有限的生物學標志物選擇、傳統化療方案出現耐藥現象及靶向藥物療效的不確定性，致使消化系統腫瘤患者的預后仍不盡人意。鑒于Cu對腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和轉移的重要作用，Cu有望成為腫瘤診療的新靶點。在腫瘤治療中Cu配位復合物已經取得了重大進展，Cu螯合劑和Cu2+團都顯示出令人鼓舞的抗癌活性， RNAi介導的hCtr1敲低可以有效減輕使用Cu螯合劑產生的副作用。同時硫酸銅與席夫堿配體絡合生成的SBCCC，被證明可以通過多種殺傷機制誘導腫瘤細胞死亡。當使用64-Cu時，Cu可以作為一種放射性同位素在腫瘤轉移和治療中發揮作用。Cu作為鐵死亡誘導劑，可以增強咪唑酮伊拉斯汀的抗癌作用，并且抑制成纖維活化蛋白，有助于與其他直接針對腫瘤細胞的治療方法聯合使用，發展新的治療方案。最近隨著Cu死亡相關基因的深入研究，LIPT1、DLAT、LIAS等基因可能為消化系統腫瘤患者帶來新的有效策略。在了解患者預后和免疫治療反應方面， SPARC、ALB、CP、ENOX1、AFP等CBP基因可能成為有效工具。然而現階段，Cu及其衍生物缺少大樣本臨床研究數據支持，能否在臨床患者身上獲益需要更多臨床試驗來證明。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：劉鑒霄查閱文獻、設計選題及撰寫文章；劉旭升和王偉剛參與查閱文獻；胡瑞萍和張建嶺對論文寫作進行指導并修改；俞永江校對文章及選題設計指導。
消化系統腫瘤占全球腫瘤發病率第2位，2020年全球約有500萬新發病例和360萬人死于消化系統腫瘤，各種消化系統腫瘤的發病率正逐漸上升[1]。對于晚期消化系統腫瘤，其主要的治療方法是放療和化療，但效果欠佳，復發率和轉移率高，患者總體預后較差，迫切需要尋求新的治療手段。銅（Cu）作為一種必須微量營養元素，是各種生物催化過程的關鍵輔助因子，參與線粒體呼吸、生物合成和抗氧化作用，但正常細胞內的Cu濃度保持在較低水平，若Cu濃度增高會引起細胞毒性，甚至導致細胞死亡[2]。有證據表明，與健康受試者相比，腫瘤患者血清和腫瘤細胞內Cu濃度均顯著升高[3]。在乳腺癌[4]、前列腺癌[5]、胃腸道腫瘤[6]、口腔癌[7]、甲狀腺癌[8]、膽囊癌[9]、婦科腫瘤[10]和胰腺癌[11]，Cu與腫瘤的分期和進展密切相關。由于Cu在腫瘤進展中發揮著關鍵作用，Cu正在成為抗癌療法中十分具有吸引力的靶標。筆者現就Cu及其衍生物在腫瘤發展進程中的機制及其在消化系統腫瘤中的相關研究進展進行綜述。
1 Cu穩態
Cu穩態（Cu homeostasis）是指人體內，Cu在吸收、分布和利用的整個過程中保持動態平衡。Cu穩態失調引發功能障礙與許多疾病的發生發展密切相關。
1.1 全身Cu代謝
對食物中Cu的吸收主要由十二指腸和小腸完成，由腸上皮細胞頂端的銅轉運體1（copper transport protein 1，CTR1）介導。在此過程中，CTR1運輸Cu2＋，并通過前列腺六段跨膜上皮抗原（six-segment transmembrane epithelial antigen of prostate，STEAP1）和十二指腸細胞色素B（Duodenal cytochrome B， Dcyt B）將二價Cu2＋還原為單價Cu+[12]。隨后經胃腸道吸收后，Cu被分泌到血液中與可溶性Cu伴侶相結合，如白蛋白、運銅蛋白、組氨酸和巨球蛋白[13-14]。在細胞質內，Cu2＋被Cu伴侶運送到特定的蛋白質，或被金屬硫蛋白（metallothionein，MT）螯合儲存。隨后Cu-ATP酶（肝細胞的ATP7B）將Cu2＋從肝臟轉運回血液，再次與可溶性Cu伴侶結合，并運送到特定的組織和器官。Cu主要儲存于肝臟中，過量的Cu可以隨著膽汁排泄，或以未吸收金屬離子的形式隨糞便排除。
1.2 細胞Cu代謝
Cu2＋通過CTR1進入細胞后可以與谷胱甘肽（glutathione，GSH）復合物結合將Cu2＋直接運輸到MT進行解毒[15]，或與Cu伴侶結合將Cu2＋運輸到特定細胞小室發揮作用，如細胞質中銅伴侶蛋白（copper chaperone for superoxide，CCS）將Cu2＋插入不含Cu的超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）中，促進二硫鍵形成從而激活SOD1清除自由基[16]；線粒體中，環氧合酶-17（cyclooxygenase 17，COX17）將Cu2＋轉移到細胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase，CCO）用于ATP生產[17]；細胞核中，轉錄因子Sp1的鋅指結構域起到Cu傳感器的作用，可以調節CTR1的表達以應對Cu2＋的濃度變化[18]；Cu2＋也可以通過抗氧化劑1銅伴侶蛋白（antioxidant 1 copper chaperone，ATOX1）傳遞到跨高爾基體的銅轉運蛋白質α鏈抗體（ATPase copper transporting alpha polypeptide，ATP7A）和銅轉運蛋白質β鏈抗體（ATPase copper transporting beta polypeptide，ATP7B）。ATP7A和ATP7B可以將Cu2＋裝載到特定的酶中，如羧肽酶（carboxypeptidase，CP）和乳酸氧化酶（lactate oxidase，LOX）進行生物合成或將過量的Cu2＋從細胞內輸出，以保證細胞內Cu穩態[19]。
2 Cu在腫瘤中的相關核心通路
Cu在腫瘤細胞發生、發展過程中的調控通路較多，現就主要的5條核心通路闡述Cu的作用機制。
2.1 絲裂原活化蛋白激酶激酶1（mitogen-activated proteinkinase kinase 1，MEK1）
有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路與眾多腫瘤類型的發病機制有關，B型RAF（BRAF）突變生成BRAFV600E是導致BRAF激酶激活和保持持續MAPK信號傳導的驅動突變，繼而導致細胞增殖和存活能力增強，并作為預后不良的標志物[20]。有研究發現，Cu2+內流通過Cu-MEK1相互作用增強了MEK1磷酸化[21]，同時高親和力Cu轉運體1的遺傳缺失或MEK1中Cu結合突變減少了BRAFV600E驅動的信號傳導和腫瘤發生[22]。使用Cu螯合劑可以刺激MEK1-ERK相互作用，促進ERK磷酸化，減少BRAFV600E轉化細胞和抗BRAF細胞的腫瘤生長。
2.2 磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）
PI3K-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（recombinant phosphoinositide dependent protein kinase 1，PDK1）-絲蘇氨酸激酶（serine/threonine-protein kinase，AKT）途徑的異常激活已被流行病學和基礎研究證明是人類腫瘤細胞增殖、存活、耐藥和代謝的核心模塊[23]。近些年有研究發現Cu可以結合PDK1，促進其與AKT的相互作用，并以依賴PI3K的方式激活AKT致癌信號分子。CTR1-Cu軸在生理和病理條件下對激活PI3K-PDK-AKT信號通路十分重要，通過耗盡CTR1或使用螯合劑阻斷Cu軸，可以減少AKT信號，并減少腫瘤的發生[24]。但現有實驗數據仍不能提供足夠的證據來證明Cu與PDK1的直接結合，此外Cu能否促進PDK1或AKT氧化以激活PDK1-AKT通路還需要進一步研究。
2.3 血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）
VEGF 是一種二聚體糖蛋白，它是血管生成的關鍵媒介，并與2個VEGF受體（VEGFR-1和VEGFR-2）結合。VEGF對腫瘤細胞血管生成和生長至關重要[25]。有研究團隊提出，缺氧條件下VEGF的表達上調可能與缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor 1-alpha, HIF-1α）和G蛋白偶聯雌激素受體1（general plant equipment requirement，GPER）之間的功能交叉對話密切相關，而硫酸銅（copper sulfate，CuSO4）在腫瘤細胞中誘導GPER mRNA表達上調，可在公認的銅螯合劑四乙烯五胺（tetraethylenepentamine，TEPA）存在下被消除，即CuSO4可能參與激活腫瘤細胞HIF-1α/VEGF的轉導信號[26]。也有學者[27]提出，VEGF通過刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NADPH）導CTR1中半胱氨酸189（Cys189）亞磺化，促進CTR1-VEGFR2二硫鍵形成及持續的VEGFR2信號傳導，表明VEGF和Cu誘導的CTR1內吞是通過Cys氧化依賴方式促進血管生成的。
2.4 白細胞介素（interleukin，IL）
IL在激活與調節免疫細胞，介導T、B細胞活化、增殖、分化及在炎癥反應中起重要作用。炎癥細胞作為一把雙刃劍，可能為腫瘤細胞產生生長因子，也可能提供抗腫瘤免疫的因素。IL（如IL-17）可以通過誘導金屬還原酶6次跨膜前列腺上皮抗原4（six transmembrane epithelial antigens of prostate 4，STEAP4）驅動細胞攝取Cu，導致E3連接酶激活，進而增強核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的激活并抑制半胱天冬酶3（caspase3）活性。重要的是，這種IL-17誘導的STEAP4依賴性的細胞Cu攝取能夠促進結腸腫瘤的發生[28]。腫瘤在沒有血管生成的情況下，生長直徑往往無法超過1～2 mm，但Cu可以促進IL-1、IL-6和IL-8的表達，從而促進腫瘤組織的血管生成[29]。同時Cu缺乏則使IL-2 RNA的合成或穩定受損，導致IL-2合成顯著下調[30]，而IL-2在抗癌免疫治療中具有重要潛力。
2.5 Cu在腫瘤中的其他通路
除了上述主要傳導通路，在Cu作用下還可以通過成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-a）、血管緊張素（angiotensin，ANG）、纖維粘連蛋白（fibronectin，FN）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD1）促進腫瘤細胞血管生成；通過NF-κB和AP-1促進腫瘤細胞血管生成和轉移；通過富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白（secreted protein, acid and rich in cysteine，SPARC）、細胞運動介質1（mediator of ErbB2-driven cell motility 1，MEMO1）、金屬硫蛋白3（metallothionein 3，MT3）、重組帕金森病蛋白7（recombinant Parkinson disease protein 7，PARK7）和脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）促進腫瘤細胞侵襲和轉移[31-42]。Cu在腫瘤中的其他通路及作用見表1。
表1
Cu在腫瘤中的其他通路及作用
3 Cu及衍生物在消化系統腫瘤中的作用
據統計，2022年我國發病數量排名前5的腫瘤是肺癌、結直腸癌、胃癌、肝癌和乳腺癌；導致死亡的5大腫瘤是肺癌、肝癌、胃癌、食管癌和結直腸癌[43]。雖然肺癌仍然是我國最常見的惡性腫瘤，但消化系統腫瘤發病率逐年升高，占癌癥相關死亡人數的45%[44]。由于Cu在腫瘤細胞發生發展過程中的機制逐漸被人們認識，關于它在消化系統腫瘤中的研究也在不斷深入，并有望成為新的潛在診療方法。
3.1 肝癌
原發性肝癌（primary hepatic carcinoma，PHC）是第6大常見腫瘤，也是第3大癌癥死亡原因，其中肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是最常見的PHC類型（約占95%）。目前，我國PHC患者占全球總數的一半，PHC仍然是我國癌癥死亡的第2大原因[45]。研究表明，HCC患者和非HCC患者肝實質中的鐵含量并沒有明顯差異，而Cu含量在HCC患者肝實質中明顯增高。HCC細胞中的Cu含量和Cu結合蛋白水平已被證明高于其他肝臟惡性腫瘤，如膽管細胞癌和轉移性肝癌[46]。目前，肝臟腫物的檢測主要采用解剖學成像方式進行評估，如超聲、計算機斷層掃描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。在探索Cu代謝作為HCC分子成像的生物標志物時，有學者在2005年已經首次證實，基于小鼠轉運體1（mouse copper transport protein 1，mCtr1）介導的Cu2＋攝取增加。使用氯化銅（64-CuCl2）作為示蹤劑的PET，可以準確定位小鼠肝外HCC的轉移情況[47]。雖然64-Cu在肝臟中有豐富的生理分布，導致對原發性HCC的評估有限，但CuCl2-PET在無創評估位于低生理性Cu離子攝取區域的HCC中仍是一種有希望的技術。終末期HCC患者的平均生存期為3～4個月，其治療方法主要是改善患者癥狀。Cu在細胞增殖信號傳導途徑中作用的最新研究進展支持了Cu代謝作為HCC分子靶向治療的進一步研究。曲恩汀是一種Cu螯合劑，已被證明可以減少HCC的IL-8產生[48]，從而達到有效的抗癌效果。為了克服長期或大劑量使用Cu螯合劑的抗Cu治療的副作用，RNAi介導的人銅轉運蛋白1（human copper transport protein 1，hCtr1）敲低可能是HCC患者靶向抗Cu治療的一種有希望的方法[49]。 最近1項研究[50]指出，Cu死亡相關基因LIPT1在HCC中起重要作用，將LIPT1敲除顯著降低了HCC細胞增值，表明其同樣可能是治療HCC的一個非常重要的靶點。
3.2 胰腺腺癌
胰腺腺癌（pancreatic adenocarcinoma，PAAD）是一種高度惡性腫瘤，其快速進展和缺乏有效的治療方式，導致PAAD患者5年生存率不到10%。這種惡性腫瘤往往在早期階段就已經發生轉移，而在晚期出現臨床癥狀時才被診斷出來。在這種情況下，手術和化療仍然是PAAD最常見的治療方法，所以尋找新的有效的診斷和治療方法至關重要。Cu和Cu轉運體1（ solute carrier family 31，SLC31A1）mRNA的水平與胰腺癌患者的生存時間呈負相關，通過SLC31A1敲除或Cu螯合劑四六鉬酸鹽（tetrathiomolybdate，TM）處理，抑制了胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲。同時用自噬抑制劑氯喹和TM處理，胰腺癌細胞的死亡明顯增加[51]。PAAD細胞的生長，高度依賴于胱氨酸/谷氨酸逆轉運體（cystine/glutamate antiporter system，system Xc-）介導的抗氧化防御系統，通過鐵死亡誘導劑伊拉斯汀（erastin）抑制system Xc- 是誘發PAAD細胞死亡的經典方法。 Cu2+可以通過促進谷胱甘肽過氧化物酶 4（glutathione peroxidase 4，GPX4）的自噬降解增強鐵死亡敏感度，并增強咪唑酮伊拉斯汀（imidazole ketone erastin，IKE）在體內的抗癌活性[52]。研究[53]證明，64Cu-FAPI-04和225Ac-FAPI-04可以抑制成纖維活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP），用于治療表達FAP的胰腺癌，并有助于與其他直接針對癌細胞的治療方法聯合使用，發展新的治療策略。有學者[54]將10個Cu死亡（cuproptosis）相關基因和6個PAAD公認的生物標志物RAS、TP53、SMAD4、BRCA1、BRCA2和CDKN2A相結合，開發出Cu死亡相關基因指數（Cu death related gene index，CRGI），發現3個基本CRGI基因DLAT、LIPT1和LIAS可作為具有診斷潛力的生物學標志物，同時CRGI與腫瘤微環境的狀況、癌癥-免疫循環和免疫治療的效果有關。特別是關于免疫治療，較低的CRGI指數更有利于進行免疫治療，因為它表明對免疫檢查點阻斷的反應大大加強，并與癌癥-免疫周期和胰腺癌中已知的19個生物過程更相關[55]。
3.3 結直腸癌（carcinoma of colon and rectum，CRC）
CRC是全球第3大常見惡性腫瘤，也是癌癥相關死亡第2大原因。在過去幾十年里，早發性CRC的發病率在全球范圍內有所增加，年輕人群的發病率逐年升高[56]。近年來，化療、放療、靶向治療等圍手術期輔助治療方法的出現和應用，部分改善了CRC的預后，然而由于治療過程中腫瘤的耐藥性，許多患者的預后仍然不盡如人意。目前，在對需要結腸鏡檢查的人群篩選時，有用的生物學標志物選擇非常有限，糞便免疫化學實驗（fecal immunochemical test，FIT）是最常用的篩查方式，然而FIT的敏感度相對不高（66%～74%）[57]。高血Cu水平（＞900 μg/L）與CRC的發病率顯著增加有關，因此血Cu水平有可能是CRC的新的生物學標志物，在選擇需要接受結腸鏡檢查者時可能有參考價值[58]。在治療方面，Cu在BRAF信號調控中的作用在結腸癌中尤為重要，BRAFV600E突變使BRAF激活，約占結腸癌患者中觀察到的所有BRAF突變的90%，然而95%的BRAFV600E突變的結腸癌患者對BRAF抑制單藥治療沒有反應[59-60]。使用TM處理后，通過抑制MAPK級聯反應，對帶有BRAFV600E突變的CRC細胞增殖具有抑制作用，同時TM治療還能有效降低結腸癌HT-29 BRAFV600E細胞對BRAF藥理抑制的克隆性生長[61]。最近，有學者提出伊利司莫-Cu（elesclomol-Cu）可以抑制腫瘤細胞的有氧氧化，從而明顯抑制CRC細胞和奧沙利鉑耐藥細胞系的細胞生長。更重要的是，衣康酸4辛酯（4-octyl itaconate，4-OI）通過靶向GAPDH抑制糖酵解，從而促進Cu死亡，這可能是治療結腸癌的有效策略[62]。
3.4 胃癌
胃癌就發病率和死亡率而言，位居全球5大惡性腫瘤之首。 我國新增胃癌病例約48萬，約占全球新增胃癌病例的44%；胃癌死亡人數達37萬，約占全球死亡人數的一半[63]。由于該病起病隱匿，進展迅速，大多數胃癌患者首次確診時間已超過早期階段，即使采用圍手術期放化療及靶向治療，臨床效果也非常有限[64]。越來越多的證據表明，雙硫侖（disulfiram，DSF）單獨或與Cu結合使用，在各種惡性腫瘤中具有很強的抗腫瘤活性。DSF是以Cu依賴的方式，對胃癌細胞具有高度毒性。在Cu的存在下，DSF還能誘導細胞凋亡和自噬。此外，DSF/Cu通過抑制S6K1和c-Myc基因及其下游分子的表達，抑制了胃癌細胞的糖酵解和異種移植生長[65]。另外有學者[66]證明DSF可以促進細胞內氧化應激，并通過MAPK和NPL4途徑以Cu依賴方式誘導胃癌細胞凋亡。脂酰轉移酶1（ lipoyltransferase 1，LIPT1）作為關鍵的銅穩態相關分子，與腫瘤逃避免疫監視密切相關。在胃癌中，其表達顯著上調，并與預后呈明顯負相關關系，有望成為胃癌新的潛在預后和免疫相關生物學標志物[67]。SBCCC由硫酸銅和席夫堿配體絡合生成，可以通過抑制NF-κB激活、產生ROS、促進細胞自噬等殺傷機制誘導胃癌細胞死亡；與順鉑相比，有更低的半數最大抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50）。上述結果表明，SBCCC可以成為一種通過多種殺傷機制克服胃癌細胞多重耐藥性，同時具有較小副作用的新型藥物[68]。人類銅蛋白組，也稱銅結合蛋白（copper-binding protein，CBP），負責將“游離”的Cu運送到細胞中。通過對10個CBP基因（LOX、CP、F5、SPARC、LOXL3、ALB、AFP、ENOX1、SLC31A1和SNCA）的全面分析得出，與鄰近的正常組織相比，SPARC、ALB、CP、ENOX1和AFP在胃癌組織中高表達，而SLC31A1則呈低表達；CBP評分低的患者腫瘤基因突變負荷（tumor mutation burden，TMB）/微衛星不穩定性（microsatellite instability，MSI）水平較高，并且對免疫療法反應良好[69]。所以，CBP標記在未來很有希望可以作為預測胃癌患者預后和免疫治療療效的工具。
4 展望
隨著生活方式、環境暴露等因素的變化，消化系統腫瘤的發病率逐年升高，已經成為普外科醫生不能忽視的焦點。但腫瘤篩查時有限的生物學標志物選擇、傳統化療方案出現耐藥現象及靶向藥物療效的不確定性，致使消化系統腫瘤患者的預后仍不盡人意。鑒于Cu對腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和轉移的重要作用，Cu有望成為腫瘤診療的新靶點。在腫瘤治療中Cu配位復合物已經取得了重大進展，Cu螯合劑和Cu2+團都顯示出令人鼓舞的抗癌活性， RNAi介導的hCtr1敲低可以有效減輕使用Cu螯合劑產生的副作用。同時硫酸銅與席夫堿配體絡合生成的SBCCC，被證明可以通過多種殺傷機制誘導腫瘤細胞死亡。當使用64-Cu時，Cu可以作為一種放射性同位素在腫瘤轉移和治療中發揮作用。Cu作為鐵死亡誘導劑，可以增強咪唑酮伊拉斯汀的抗癌作用，并且抑制成纖維活化蛋白，有助于與其他直接針對腫瘤細胞的治療方法聯合使用，發展新的治療方案。最近隨著Cu死亡相關基因的深入研究，LIPT1、DLAT、LIAS等基因可能為消化系統腫瘤患者帶來新的有效策略。在了解患者預后和免疫治療反應方面， SPARC、ALB、CP、ENOX1、AFP等CBP基因可能成為有效工具。然而現階段，Cu及其衍生物缺少大樣本臨床研究數據支持，能否在臨床患者身上獲益需要更多臨床試驗來證明。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：劉鑒霄查閱文獻、設計選題及撰寫文章；劉旭升和王偉剛參與查閱文獻；胡瑞萍和張建嶺對論文寫作進行指導并修改；俞永江校對文章及選題設計指導。
