?炎癥是一個復(fù)雜的生物過程，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)會導(dǎo)致炎癥無法控制并造成損傷。炎癥還參與癌癥的發(fā)生過程，但其分子機(jī)制尚未完全揭開，因此，此類藥物的開發(fā)是一個重大的挑戰(zhàn)。

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早在2020年，法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）的Rapha?l Rodriguez博士就揭示了一個名為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)移過程的基因的激活。

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但其作用不止這么簡單——

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近日，其所在的研究團(tuán)隊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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在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在巨噬細(xì)胞激活時，CD44的表達(dá)水平會上調(diào)，這會導(dǎo)致細(xì)胞對銅的攝取增加。具體來說，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)來觀察銅離子在細(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，熒光信號強(qiáng)度明顯增加，并且熒光信號主要分布在細(xì)胞質(zhì)和線粒體中。此外，研究人員還使用了RNA干擾技術(shù)來抑制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)來證實線粒體Cu(II)調(diào)節(jié)細(xì)胞可塑性的機(jī)制。通過使用一種同位素標(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)來觀察這種化合物在細(xì)胞內(nèi)的分布情況。結(jié)果顯示，¹⁵N, ¹³C-LCC-12主要分布在線粒體中，并且與熒光標(biāo)記的細(xì)胞色素c信號重疊。這表明LCC-12靶向線粒體，并且可以通過與細(xì)胞色素c相互作用來調(diào)節(jié)線粒體功能和細(xì)胞可塑性。

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銅信號通路在炎癥中的意義是什么？

在Cu(II)存在的情況下，NAD（H）會與過氧化氫反應(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)胞激活過程中，線粒體中超氧化物歧化酶2（SOD2）的蛋白質(zhì)含量增加，過氧化氫酶（catalase）的含量減少。這導(dǎo)致線粒體中過氧化氫水平升高。因此，Cu(II)可能通過調(diào)節(jié)SOD2和catalase之間的平衡來影響NAD(H)的氧化還原循環(huán)。總之，Cu(II)可以通過多種途徑影響細(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)。而特定酶如依賴于鐵的去甲基化酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶則依賴于αKG和乙酰輔酶A等物質(zhì)。這些物質(zhì)在線粒體中代謝產(chǎn)生，而線粒體中Cu(II)可能通過影響這些物質(zhì)的代謝來調(diào)節(jié)染色質(zhì)修飾酶的活性，從而影響轉(zhuǎn)錄過程。

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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)行了實驗，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，這可能是因為Cu(II)參與了CD44介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，并且內(nèi)吞過程是調(diào)節(jié)細(xì)胞銅含量的重要途徑。因此，Cu(II)滅活可能通過抑制CD44介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來減少細(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這個通路治療炎癥性疾病呢？

實驗中，通過抑制Cu（II）離子的活性，可以減少炎癥反應(yīng)。這表明銅信號通路可能是治療炎癥性疾病的一個潛在靶點(diǎn)。然而，目前還沒有開發(fā)出針對這個通路的特定藥物或治療方法。因此，需要進(jìn)一步的研究來探索這個通路的作用機(jī)制，并開發(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)了一個新的銅信號通路，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，銅（II）離子的含量會增加，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，研究人員開發(fā)了一種藥物metformin二聚體，可以抑制線粒體中銅（II）離子的活性。這種藥物可以誘導(dǎo)代謝和表觀遺傳學(xué)轉(zhuǎn)變，對抗巨噬細(xì)胞激活并減輕炎癥反應(yīng)。因此，這項研究提供了一個新的治療策略來治療與巨噬細(xì)胞激活相關(guān)的炎性性疾病，并為開發(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