?炎癥是一個(gè)復(fù)雜的生物過(guò)程，可以消滅病原體并促進(jìn)損傷組織的修復(fù)。但是，免疫系統(tǒng)的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致炎癥無(wú)法控制并造成損傷。炎癥還參與癌癥的發(fā)生過(guò)程，但其分子機(jī)制尚未完全揭開(kāi)，因此，此類(lèi)藥物的開(kāi)發(fā)是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

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早在2020年，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）的Rapha?l Rodriguez博士就揭示了一個(gè)名為CD44的膜受體的新作用，該受體標(biāo)記了免疫反應(yīng)、炎癥和癌癥進(jìn)展。并且有助于鐵進(jìn)入細(xì)胞，從而觸發(fā)一系列反應(yīng)，導(dǎo)致參與轉(zhuǎn)移過(guò)程的基因的激活。

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但其作用不止這么簡(jiǎn)單——

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近日，其所在的研究團(tuán)隊(duì)又成功的鑒定了一條涉及CD44和銅，并導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中促炎基因表達(dá)的信號(hào)通路。相關(guān)研究結(jié)果已以題為A druggable copper-signalling pathway that drives inflammation發(fā)表于Nature期刊。

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CD44是一種跨膜黏附糖蛋白，表達(dá)于多種細(xì)胞中，如胚胎干細(xì)胞、分化細(xì)胞和癌細(xì)胞。也是一種公認(rèn)的腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，參與腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。

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在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在巨噬細(xì)胞激活時(shí)，CD44的表達(dá)水平會(huì)上調(diào)，這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)銅的攝取增加。具體來(lái)說(shuō)，CD44可以與銅結(jié)合并將其內(nèi)化到細(xì)胞內(nèi)部。

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研究人員使用了熒光標(biāo)記的銅離子和熒光顯微鏡技術(shù)來(lái)觀(guān)察銅離子在細(xì)胞內(nèi)的分布情況。結(jié)果顯示，在CD44高表達(dá)的巨噬細(xì)胞中，熒光信號(hào)強(qiáng)度明顯增加，并且熒光信號(hào)主要分布在細(xì)胞質(zhì)和線(xiàn)粒體中。此外，研究人員還使用了RNA干擾技術(shù)來(lái)抑制CD44的表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)這可以降低銅離子在巨噬細(xì)胞中的含量，證明了CD44介導(dǎo)了細(xì)胞對(duì)銅的攝取，并參與了巨噬細(xì)胞激活和炎癥反應(yīng)。

▲CD44介導(dǎo)銅的攝取

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進(jìn)一步，研究人員使用了Nanoscale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS)技術(shù)來(lái)證實(shí)線(xiàn)粒體Cu(II)調(diào)節(jié)細(xì)胞可塑性的機(jī)制。通過(guò)使用一種同位素標(biāo)記的化合物¹⁵N, ¹³C-LCC-12，并將其添加到巨噬細(xì)胞中。然后，他們使用NanoSIMS技術(shù)來(lái)觀(guān)察這種化合物在細(xì)胞內(nèi)的分布情況。結(jié)果顯示，¹⁵N, ¹³C-LCC-12主要分布在線(xiàn)粒體中，并且與熒光標(biāo)記的細(xì)胞色素c信號(hào)重疊。這表明LCC-12靶向線(xiàn)粒體，并且可以通過(guò)與細(xì)胞色素c相互作用來(lái)調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體功能和細(xì)胞可塑性。

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銅信號(hào)通路在炎癥中的意義是什么？

在Cu(II)存在的情況下，NAD（H）會(huì)與過(guò)氧化氫反應(yīng)生成NAD+，而在Cu(II)不存在的情況下，則生成復(fù)雜的氧化產(chǎn)物。且在巨噬細(xì)胞激活過(guò)程中，線(xiàn)粒體中超氧化物歧化酶2（SOD2）的蛋白質(zhì)含量增加，過(guò)氧化氫酶（catalase）的含量減少。這導(dǎo)致線(xiàn)粒體中過(guò)氧化氫水平升高。因此，Cu(II)可能通過(guò)調(diào)節(jié)SOD2和catalase之間的平衡來(lái)影響NAD(H)的氧化還原循環(huán)?？傊?，Cu(II)可以通過(guò)多種途徑影響細(xì)胞代謝和功能，并且可能是調(diào)節(jié)細(xì)胞可塑性和適應(yīng)性的重要因素之一。

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▲Cu（II）調(diào)節(jié) NAD（H）氧化還原循環(huán)

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線(xiàn)粒體中的Cu(II)還可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是由染色質(zhì)修飾酶共同調(diào)控的，其表達(dá)水平和募集在特定的基因組位點(diǎn)形成基因表達(dá)。而特定酶如依賴(lài)于鐵的去甲基化酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶則依賴(lài)于αKG和乙酰輔酶A等物質(zhì)。這些物質(zhì)在線(xiàn)粒體中代謝產(chǎn)生，而線(xiàn)粒體中Cu(II)可能通過(guò)影響這些物質(zhì)的代謝來(lái)調(diào)節(jié)染色質(zhì)修飾酶的活性，從而影響轉(zhuǎn)錄過(guò)程。

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減輕炎癥反應(yīng)。研究人員在小鼠急性炎癥模型中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，包括內(nèi)毒素血癥、盲腸結(jié)扎和穿刺以及SARS-CoV-2感染模型。結(jié)果顯示，在這些模型中，小腹膜巨噬細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞中的CD44表達(dá)上調(diào)和細(xì)胞銅含量增加。而Cu(II)滅活后，CD44表達(dá)下調(diào)并且細(xì)胞銅含量降低，這可能是因?yàn)镃u(II)參與了CD44介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，并且內(nèi)吞過(guò)程是調(diào)節(jié)細(xì)胞銅含量的重要途徑。因此，Cu(II)滅活可能通過(guò)抑制CD44介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來(lái)減少細(xì)胞內(nèi)銅含量，從而減輕炎癥反應(yīng)。

▲銅（II）的藥理失活可減輕體內(nèi)炎癥

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是否有任何潛在的藥物或治療方法可以針對(duì)這個(gè)通路治療炎癥性疾病呢？

實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)抑制Cu（II）離子的活性，可以減少炎癥反應(yīng)。這表明銅信號(hào)通路可能是治療炎癥性疾病的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。然而，目前還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出針對(duì)這個(gè)通路的特定藥物或治療方法。因此，需要進(jìn)一步的研究來(lái)探索這個(gè)通路的作用機(jī)制，并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的藥物或治療方法。

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總之，該研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的銅信號(hào)通路，該通路參與了巨噬細(xì)胞的激活和炎癥反應(yīng)。在巨噬細(xì)胞激活時(shí)，銅（II）離子的含量會(huì)增加，并且這種增加是由CD44上調(diào)引起的。銅（II）離子可以催化NAD（H）氧化還原循環(huán)，從而促進(jìn)代謝變化和隨后的表觀(guān)遺傳學(xué)改變，導(dǎo)致炎性狀態(tài)。

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此外，研究人員開(kāi)發(fā)了一種藥物metformin二聚體，可以抑制線(xiàn)粒體中銅（II）離子的活性。這種藥物可以誘導(dǎo)代謝和表觀(guān)遺傳學(xué)轉(zhuǎn)變，對(duì)抗巨噬細(xì)胞激活并減輕炎癥反應(yīng)。因此，這項(xiàng)研究提供了一個(gè)新的治療策略來(lái)治療與巨噬細(xì)胞激活相關(guān)的炎性性疾病，并為開(kāi)發(fā)相關(guān)藥物提供了新思路。

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參考文獻(xiàn)：

Solier S, Müller S, Ca?eque T, et al. A druggable copper-signalling pathway that drives inflammation [published online ahead of print, 2023 Apr 26].?Nature. 2023;1-9. doi:10.1038/s41586-023-06017-4