Copper-dependent cell death (cuproptosis): perspectives for pharmacological correction in human diseases

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

На международной конференции International Cell Death Society, состоявшейся в 2018 г. в США, ученые разделили все типы клеточной гибели на 2 класса: регулируемая (РКГ) и случайная (CКГ) [91]. СКГ — это неконтролируемый процесс клеточной гибели, который запускается случайными повреждающими стимулами. Они превышают регулируемую способность клеток, приводя к клеточной гибели. РКГ относится к автономной и упорядоченной гибели клеток, контролируемой генами, с целью поддержания стабильности внутренней среды. Индукция такой гибели в основном регулируются образованием комплексов усиления сигнала, которые играют эволюционно важную роль в развитии организма и иммунном ответе [54, 274]. РКГ, возникающая в физиологических условиях, также известна как программируемая клеточная гибель (ПКГ). Известные в настоящее время типы РКГ включают аутофагозависимую клеточную гибель, апоптоз, некроптоз, пироптоз, ферроптоз, партанатоз, энтоз, нетоз, лизосомозависимую клеточную гибель, алкалиптоз и оксейптоз. Клетки человека, подверженные необратимым нарушениям во внутриклеточном или внеклеточном микроокружении, могут активировать один из многих каскадов передачи сигнала и в конечном итоге приводить к их гибели. Каждый из этих паттернов РКГ инициируется и передается молекулярными механизмами, которые демонстрируют значительную степень взаимосвязи. Кроме того, каждый вид РКГ может демонстрировать полный спектр морфологических характеристик (от полного некроза до полного апоптоза), а также иммуномодулирующие характеристики (от противовоспалительных и толерантности до усиления воспаления и иммуногенности) [54, 91].

В 2022 г. ученые из Китая (P.A. Tsvetkov и соавт.) обнаружили новую форму медьзависмой РКГ, которой дали название «купроптоз» (англ. cuproptosis) [261]. Эта индуцированная избытком меди форма РКГ отличается от других форм регулируемой клеточной гибели, включая апоптоз, ферроптоз и некроптоз. Они установили, что внутриклеточные ионы Cu⁺ нацелены на липоилированные компоненты цикла Кребса, а агрегация этих липоилированных митохондриальных белков и последующее уменьшение содержания железосерных белковых кластеров вызывают протеотоксический стресс и, в конечном счете, приводят к гибели клеток.

Медь — важнейший микроэлемент в организме человека, функционирует как ключевой каталитический кофактор ферментов в широком спектре биологических процессов, включая митохондриальное дыхание, про- и антиоксидантную защиту и синтез биосоединений. Внутриклеточная концентрация ионов меди поддерживается в относительно узком диапазоне, поскольку даже умеренное повышение может вызвать цитотоксичность и привести к гибели клеток, таким образом, поглощение, распределение и элиминация ионов меди жестко регулируются. Выявленные у людей вызывающие накопление меди генетические мутации были связаны с тяжелыми, потенциально опасными для жизни патологическими состояниями [270]. Таким образом, понимание процесса, посредством которого избыток меди вызывает клеточную токсичность и приводит к гибели клеток, представляет собой важный шаг к пониманию гибели клеток и разработке новых эффективных методов лечения.

В статье рассматриваются современные знания об особенностях купроптоза и его механизмах, обсуждаются новые представления о предполагаемой патофизиологической роли купроптоза при различных заболеваниях, а также терапевтический потенциал купроптоза в лечении болезней человека.

ГОМЕОСТАЗ МЕДИ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Медь является важным эссенциальным микроэлементом в организмах практически всех живых существ. Многочисленные исследования показали, что медь служит кофактором для множества ключевых метаболических ферментов, которые управляют широким спектром физиологических процессов в организме человека [4, 167, 191]. Таким образом, в здоровом организме уровни ионов Cu⁺ и Cu²⁺ должны поддерживаться в узком диапазоне для обеспечения нормальных физиологических процессов.

Всасывание меди, поступающей с пищей, происходит преимущественно в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике [87]. Поглощение меди эпителиальными клетками кишечника опосредуется главным образом медь-транспортным белком CTR1, расположенным на апикальной поверхности энтероцитов. Этому процессу способствует активность мембранных металлоредуктаз (STEAP) и цитохрома B (DCYTB) [62, 94], которые восстанавливают двухвалентные ионы меди (Cu²⁺) до одновалентных (Cu⁺), в этом ионном состоянии CTR1 транспортирует Cu⁺ через клеточную мембрану. После всасывания в желудочно-кишечном тракте ионы Cu⁺ выделяются в кровоток и связываются с различными белками, включая альбумин, транскупреин, гистидины и макроглобулины [151, 173, 205]. Основным накопительным органом ионов меди являются гепатоциты печени, которые опосредуют поглощение меди при помощи CTR1. Затем внутри цитоплазмы ионы Cu⁺ либо доставляется шаперонами меди к определенным белкам, либо хелатируется металлотионеином (MT) для хранения [34, 106, 201]. Основными шаперонами меди являются COX17 (она доставляет Cu⁺ к цитохром С-оксигеназе), CCS (шаперон меди для доставки ионов Cu⁺ к супероксиддисмутазе 1) и транспортер ATOX1 (доставляет Cu⁺ к АТФазам ATP7A и ATP7B). АТФазы транспортеры ионов меди (в гепатоцитах это ATP7B) перекачивают ионы из печени обратно в кровь, где они снова связываются с растворимыми шаперонами и транспортируются к определенным тканям и органам [139]. При попадании в ткани-мишени ионы Cu⁺ катализируют реакции широкого спектра физиологических процессов, прежде всего выработку энергии в митохондриях, метаболизм тирозина и нейротрансмиттеров, регулируют окислительно-восстановительный гомеостаз и осуществляют ремоделирование внеклеточного матрикса [158, 159].

В здоровом организме медь накапливается главным образом в гепатоцитах печени [2, 252], а ее избыток выводится с калом либо через желчь, основную форму эндогенного выведения меди, либо в виде непоглощенных ионов металла [11]. Другие пути выведения меди, такие как моча, пот и менструации, играют относительно незначительную роль. В совокупности физиологический баланс меди регулируется абсорбцией в двенадцатиперстной кишке и/или выведением с желчью [4]. При высоком пищевом потреблении меди поглощение ионов Cu⁺ уменьшается, а выведение увеличивается, и наоборот, в периоды низкого нутриентного потребления меди эндогенная экскреция Cu⁺ с желчью уменьшается, а накопление поглощенных ионов Cu⁺ увеличивается [262].

Внутриклеточный гомеостаз ионов меди

Высокоаффинный транспортер меди CTR1 (другое обозначение — SLC31A1), расположенный в мембране клетки, структурно и функционально консервативен в живых организмах, от дрожжей до человека, и отвечает за большую часть поглощения меди клетками [202]. Современные данные свидетельствует о том, что CTR1 функционирует совместно с металлоредуктазами, такими как STEAP и/или DCYTB, которые преобразуют внеклеточные ионы Cu⁺⁺ в ионы Cu⁺ для последующей транспортировки через клеточную мембрану при помощи CTR1 [183] (рис. 1). Исследования in vitro показали, что экспрессия CTR1 регулируется медь-зависимым образом, при котором она снижается в условиях избытка меди и повышается в условиях снижения концентрации ионов меди [149]. В эксперименте было показано, что повышенная экспрессия CTR1 наблюдалась в клетках кишечника мышей, которых кормили диетой с дефицитом меди, что указывает на петлю отрицательной обратной связи в регуляции CTR1 [138].

 

Рис. 1. Транспортные пути, которые опосредуют клеточно-митохондриальный метаболизм ионов меди (c изменениями по Q.Y. Chen и соавт. [50]). ЦП — церулоплазмин; МТ — металлотионеин; CTR1 — трансмембранный переносчик ионов меди; CCS и SOD1 — шапероны меди, доставляют ионы меди в субклеточные компартменты: в митохондрии, в ядро, в ЭПР Гольджи аппарата; CCO — митохондриальный комплекс, содержащий COX17, COX11, SCO1, SCO2 — внутримитохондриальные транспортеры ионов меди; SOD1 — субъединица 1 супероксиддисмутазы; GSN — глутатион; ATOX1 — транспортер ионов Cu⁺ [183]

Fig. 1. Copper ion cellular and mitochondrial metabolic transport pathways (adapted from Chen et al. [50]). CP — ceruloplasmin; MT — metallothionein; CTR1 — copper ion transmembrane transporter; CCS and SOD1 — copper chaperones delivering copper ions to subcellular compartments, including mitochondria, nucleus, and Golgi apparatus; CCO — mitochondrial complex containing COX17, COX11, SCO1, SCO2 (intramitochondrial copper ion transporters); GSN — glutathione; ATOX1 — Cu⁺ ion transporter [183]

 

Существует ряд доказательств, указывающих на то, что CTR1 необходим именно для специфического транспорта меди в определенные органы и ткани. В эксперименте показано, что у мышей с кишечно-специфическим нокаутом гена Ctr1 развивается дефицит меди в большинстве периферических тканей, что позволяет предположить, что CTR1 функционирует как основной фактор, стимулирующий всасывание меди в кишечнике [179]. В других экспериментах на животных было показано, что эмбрионы мышей с общим нокаутом Ctr1 (global Ctr1^–/–) погибают внутриутробно в середине срока беременности, а эмбриональные фибробласты, полученные из эмбрионов мышей Ctr1^–/–, имеют резко сниженные уровни ионов меди и пониженную активность медь-зависимых ферментов, что позволяет предположить, что фактор CTR1 играет существенную роль в развитии эмбрионов млекопитающих [144].

В пределах клеточной цитоплазмы транспорт ионов меди строго скоординирован высоким сродством шаперонов меди. ATOX1 ответственен за транспорт ионов меди АТФазами ATP7A и ATP7B в цистерны эндоплазматического ретикулума (ЭПР) аппарата Гольджи, который опосредует синтез купроферментов, таких как лизил оксидаза, тирозиназа и церулоплазмин [1, 157]. В экспериментах на эмбриональных фибробластах мыши исследователи S. Itoh и соавт. [120] показали, что ATOX1 может служить медь-зависимым регулятором транскрипции и участвовать в пролиферации клеток. Показано, что у эмбрионов мышей, имеющие нарушения в гене Atox1 при снижении баланса меди наблюдали перинатальную смерть, вероятно, это отражает центральную роль, которую этот шаперон играет в транспортировке ионов меди и гомеостазе меди [103].

Шаперон меди CCS доставляет ионы Cu⁺ к субъединице 1 супероксиддисмутазы (СOД1), которая осуществляет детоксикацию АФК и поддерживает гомеостаз меди. Детальные исследования показали, что клетки организмов, лишенные СOД1, испытывают повышенный окислительный стресс. Например, клетки дрожжей с мутировавшего гена Sod1 накапливают мутации ДНК [96], а у мышей с нокаутом СOД1 развивается гепатоцеллюлярная карцинома — исследователи предположили, что это результат окислительного повреждения гепатоцитов [74]. Экспрессия CCS регулируется количеством ионов Cu⁺ в клетке, так при снижении содержания ионов меди уровень экспрессии CCS повышается, а при высоком содержании ионов меди уровень экспрессии CCS понижается [29, 197]. CCS и SOD1 локализуются как в цитоплазме, так и в межмембранном пространстве митохондрий, где они нейтрализуют супероксидные радикалы, полученные из митохондрий [184, 244].

В дополнение к доставке меди в секреторный компартмент и в цитозольные белки, ионы меди попадают в митохондрии, где цитохромоксидаза митохондрий использует их для окислительного фосфорилирования и нормального функционирования митохондрий. У людей цитохромоксидаза митохондрий (COX) состоит из двух основных субъединиц, COX1 и COX2, которые связывают ионы меди в специфических участках Cu_B и Cu_A [180]. Шаперон меди COX17, расположенный в межмембранном пространстве митохондрий (IMS), отвечает за транспортировку ионов меди из цитозоля в IMS митохондрий и способствует сборке COX [198, 201]. В IMS ионы Cu⁺ связываются с COX17 и либо доставляются в шаперон SCO1, синтезируемый цитохром С-оксидазой для переноса в субъединицу COX2, либо ионы Cu⁺ связываются с COX11 для доставки к субъединице COX1 [23, 56, 110] (см. рис. 1).

Мутации в генах Cox17, Sco1 и Sco2 связаны со снижением активности COX и могут приводить к летальному исходу млекопитающих [143, 249].

Удаление избытка ионов меди при помощи транспортных АТФаз

Транспортные АТФазы (ATP7A и ATP7B) действуют как основные транспортеры в процессе экспорта клеточных ионов меди. Исследователи установили, что регуляция локализации и функций ATP7A/7B важны для опосредования процесса транспортировки и весьма многогранны [186] (см. рис. 1). При физиологических уровнях ионов меди в клетках эти транспортеры, как было показано, расположены в цистернах ЭПР аппарата Гольджи, где они перекачивают ионы меди из цитозоля в просвет шереховатой сети. Когда внутриклеточная концентрация ионов меди увеличивается, транспортные АТФазы перемещаются из аппарата Гольджи в везикулярные компартменты и сливаются с плазматической мембраной для экспорта ионов меди во внеклеточное пространство; если содержание ионов меди возвращается к физиологическим уровням, то АТФазы возвращаются обратно в ЭПР аппарата Гольджи [140, 157].

Уровни экспрессии АТФаз ATP7A и ATP7B в разных тканях отличаются. АТФаза ATP7A экспрессируется в большинстве тканей и органов, за исключением печени, в которой обнаружена преимущественная экспрессия АТФазы ATP7B [157]. Через базолатеральную мембрану энтероцитов ионы меди при помощи транспортера ATP7A закачиваются в портальную вену для доставки в печень, основной орган для хранения ионов меди [150]. В других тканях, таких как плацента и гематоэнцефалический барьер, АТФаза ATP7A является посредником транспорта меди через поляризованные клетки, обеспечивая поступление необходимого количества ионов меди для развития плода, а также тканей головного мозга [157]. В печени АТФаза ATP7B перемещает ионы меди при помощи секреторных везикул в желчь, чтобы предотвратить избыточное накопление ионов меди. Мутации в АТФазах ATP7A и ATP7B вызывают наследственные нарушения метаболизма меди, которые проявляются в болезнях Вильсона и Менкеса [227].

КЛЮЧЕВЫЕ ЭТАПЫ МЕХАНИЗМА КУПРОПТОЗА

Результаты многочисленных исследований механизмов металлозависимой гибели клеток показали, что избыточные уровни металлов в организме могут вызывать гибель клеток особыми специфическими путями [136]. Самая изученная форма металлозависимой РКГ — ферроптоз, железозависимая форма клеточной гибели, когда избыток железа вызывает накопление перекисей липидов в мембранах, что приводит к запрограммированной клеточной гибели [239, 285]. В дополнение к путям, участвующим в метаболизме железа, в ферроптоз также вовлечены несколько других молекулярных процессов, включая ось регуляции GCH1/BH4 (гуанозинтрифосфатциклогидролаза/тетрагидробиоптерин) [296], ось GSH/GPX4 (глутатион/глутатионпероксидаза) [290] и ось регуляции FSP1/CoQ (белок-супрессор ферроптоза 1/кофермент Q), а также ионы меди [28, 70]. В ряде исследований показано, что ферроптоз в присутствии ионов меди вовлечен в широкий спектр заболеваний человека, включая гемохроматоз, фиброз печени, нейродегенеративные и сердечно-сосудистые заболевания [79, 82, 127, 155, 274].

В настоящее время детали механизма, лежащие в основе медь-зависимой клеточной гибели, стали предметом глубоких исследований. Опубликованы данные, которые свидетельствуют о том, что избыток ионов Cu²⁺ может индуцировать независимую от каспаз гибель клеток, сходную с апоптозом по конечному результату [46, 251], также как при накоплении АФК [174, 228]. В 2022 г. P. Tsvetkоv и соавт. [261] показали, что избыток внутриклеточных ионов Cu⁺ индуцирует новую особую форму регулируемой клеточной гибели, характеризующуюся нарушением электроно-транспортной цепи митохондрий, агрегацией липоилированных митохондриальных ферментов цикла Кребса совместно с потерей кластера железосерных белков.

Обработка клеток ионофором меди элескломолом в концентрациях до 40 нМ повышает внутриклеточный уровень ионов меди индуцируя в этих клетках купроптоз. Важно отметить, что при использовании классических фармакологических ингибиров известных форм регулируемой гибели клеток: некроптоза (с помощью некростатина-1), ферроптоза (с помощью ферростатина-1), окислительного стресса (с помощью N-ацетилцистеина) и апоптоза (с помощью ингибитора Z-VAD-FMK) — было установлено, что эти ингибиторы не подавляли вызванную элескломолом гибель клеток (купроптоз) (рис. 2) [261].

 

Рис. 2. Основные этапы механизма элескломол-индуцированного купроптоза (c изменениями по L. Chen и соавт. [51]). ТТМ — тетратиомолибдат; FDX1 — ферредоксин; LIAS — липоилсинтаза, регулятор липоилирования белков цикла Кребса; ЛПК — митохондриальный фермент липоилирования [261]

Fig. 2. Mechanism of elesclomol-induced cuproptosis (adapted from Chen et al. [51]). TTM — tetrathiomolybdate; FDX1 — ferredoxin; LIAS — lipoate synthase, regulator of Krebs cycle protein lipoylation; LPK — mitochondrial lipoylation enzyme [261]

 

Митохондриально-зависимый путь купроптоза. В настоящее время убедительно продемонстрировано, что митохондрии наряду с другими формами РКГ являются основной мишенью купроптоза, который сопровождается процессами окислительного повреждения митохондриальной мембраны и нарушением функций ряда ферментов в цикле Кребса [17, 33, 225, 271]. Сравнительно недавно было установлено, что у пациентов с наследственной болезнью Вильсона, имеющих избыток меди, инактивация фермента аконитазы объясняется снижением активности электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) и ингибированием нормального функционирования цикла Кребса [98].

Китайские ученые подвердили, что профилирование метаболитов клеток, обработанных ионофором меди, приводит к зависящему от времени усилению дисрегуляции многих метаболитов, связанных с циклом Кребса, и наоборот, блокирование комплексов I и II ЭТЦ значительно снижает медь-индуцированную гибель клеток [161] (рис. 3).

 

Рис. 3. Нарушения внутримитондриальных процессов при купроптозе (c изменениями по P. Zheng и соавт. [297]). FDX1 — ферредоксин 1; LA — липоевая кислота; DLAT — дигидролипоамид S-ацетилтрансфераза; LIAS — липоилсинтаза; PDH — комплекс пируватдегидрогеназы; Cyt c — цитохром С; Fe-S — железосерные белковые кластеры; CoQ — коэнзим Q; ЭТЦ — электрон-транспортная цепь

Fig. 3. Mitochondrial disruptions in cuproptosis (adapted from Zheng et al. [297]). FDX1 — ferredoxin 1; LA — lipoic acid; DLAT — dihydrolipoamide S-acetyltransferase; LIAS — lipoate synthase; PDH — pyruvate dehydrogenase complex; Cyt c — cytochrome C; Fe-S — iron-sulfur protein clusters; CoQ — coenzyme Q; ETC — electron transport chain

 

Липоилирование ферментов цикла Кребса митохондрий

Внутриклеточное накопление ионов меди избирательно изменяет ряд метаболических ферментов посредством нарушения процесса липоилирования белков и представляет собой высококонсервативную посттрансляционную модификацию лизина [6]. Как правило, в клетках млекопитающих липоилировано относительно немного белков, но при купроптозе определенные липоилированные ферменты в цикле Кребса значительно трансформируют его нормальную работу (см. рис. 3) [165, 233].

Установлено, что комплекс дегидрогеназы состоит из 3 ферментных субъединиц, которые используют сопряженные реакции, чтобы декарбоксилировать субстрат и произвести сложный эфир коэнзим А (КoA). Субъединица E₁ — пируватдегидрогеназа, которая использует ковалентно-связанный пирофосфат тимина (TPP) совместно-действующий фактор, чтобы декарбоксилировать субстрат, сопровождаемый восстановительным ацилированием SH-группы липоевой кислоты на субъединице E₂. Субъединица E₂ — дигидролипоамид S-ацилтрансфераза, передающая ацильное промежуточное звено от субъединицы E₁ до CoA, производящего ацил-КoA и дигидролипоамид. Субъединица E₃ — дигидролипоамид дегидрогеназа, которая использует ФАД, чтобы окислить SH-группу на субъединице E₂ для последующих этапов катализа и производит НАД через сдвоенные реакции окисления-восстановления ФАД-Н₂ и ФAД.

Таким образом, ключевым участком липоилирования является дигидролипоамид S-ацетилтрансфераза (DLAT), субъединица (Е₂) комплекса пируватдегидрогеназы [214]. При этом ионы меди могут непосредственно связываться с DLAT, способствуя зависящей от дисульфидной связи агрегации липоилированных DLAT. При помощи метода общегеномного CRISPR-скрининга были идентифицированы митохондриальный белок ферредоксин (FDX1) и липоилсинтаза (LIAS) как ключевые регуляторы токсичности избытка ионов меди [161, 260] и было продемонстрировано, что генетический нокаут либо по гену FDX1, либо по гену LIAS приводил к накоплению пирувата и α-кетоглутарата, что вызывало снижение липоилирования E₃ дегидрогеназы и ингибировало купроптоз (см. рис. 2, 4).

 

Рис. 4. Схема липоилирования субъединиц комплекса пируватдегидрогеназы цикла Кребса (c изменениями по J.A. Mayr и соавт. [165]). КoA — коэнзим А; LА — липоевая кислота; SH — сероводородные связи; TPP — пирофосфат тимина

Fig. 4. Lipoylation scheme of pyruvate dehydrogenase complex subunits in the krebs cycle (adapted from Mayr et al. [165]). CoA — coenzyme A; LA — lipoic acid; SH — sulfide bonds; TPP — thiamine pyrophosphate

 

Уменьшение уровня железосерных белков при избытке меди в митохондриях

Многие исследователи отмечают, что токсичность чрезмерного накопления меди связана с нарушением деятельности ферментов, содержащих железосерный кластер. Медь-опосредованное повреждение лабильного пула железосерных белков в митохондриальном ферредоксине дрожжей Saccharomyces cerevisiae приводит к ингибированию роста дрожжей [265]. В экспериментах in vitro показано, что ионы меди блокируют образование железосерных кластеров путем ингибирования активности соответствующих митохондриальных сборочных белков [38]. Более того, потеря митохондриального ABC-транспортера ATM1, транспортирующего промежуточные продукты, необходимые для образования белковых железосерных кластеров, усугубляет токсичность, вызываемую избытком ионов меди [93]. Примечательно, что в последующих исследованиях обнаружили, что обработка клеток ионофором меди приводила к ферредоксин-зависимой потере белков железосерных кластеров [1] (см. рис. 2). Большинство белков железосерных кластеров являются важными кофакторами для ферментов, участвующих в ЭТЦ и в других биохимических процессах, вследствие чего, агрегация митохондриальных ферментов может нарушать функцию белковых железосерных кластеров и в конечном итоге приводить к гибели клеток. Поскольку ионы меди дестабилизируют белки железосерных кластеров в бактериях и дрожжах, разумно предположить, что в качестве антимикробного препарата может быть разработан медь-содержащий комплекс для запуска купроптоза у бактерий [192].

Трансформация убиквитин-протеасомной системы

Убиквитин-протеасомная система (УПС) играет важную роль в процессах экспрессии генов, передаче клеточных сигналов и в восстановлении клеточных повреждений [5;175]. УПС является неотъемлемым элементом деградации белков и участвует в 80 % деградации белков в клетках. Убиквитин — это небольшой белок ~ 8 кДа, содержащий 76 аминокислот. Под действием ферментов Е1, Е2, Е3 убиквитина молекулы белков-мишени специфически модифицируются (рис. 5) [5].

 

Рис. 5. Схема убиквитин-протеасомной системы деградации белков (c изменениями по F. Aliabady и соавт. [14]). Уб — убиквитин; PРi — пирофосфат; Е1 — убиквитин-активирующие ферменты; Е2 — убиквитин-конъюгирующие ферменты; Е3 — убиквитинирующие лигазы

Fig. 5. Ubiquitin-proteasome protein degradation system (adapted from Aliabady et al. [14]). Ub — ubiquitin; PPi — pyrophosphate; E1 — ubiquitin-activating enzymes; E2 — ubiquitin-conjugating enzymes; E3 — ubiquitin-ligating enzymes

 

В начале процесса убиквитинации активирующий убиквитин фермент E1 гидролизует АТФ, а затем аденилирует одну молекулу убиквитина. Позже этот убиквитин транслоцируется в цистеиновый активный сайт E1 [63]. Наконец, аденилированный убиквитин транслоцируется во второй цистеиновый фермент Е2, конъюгированный с убиквитином. Фермент Е3 (убиквитинлигаза) распознает целевой белок и катализирует транслокацию убиквитина из E2 в белок. Важно, что целевой белок должен быть маркирован по меньшей мере 4 молекулами убиквитина, и это должно произойти до распознавания белков [258]. Молекулы убиквитина конъюгируют друг с другом остатком лейцина и образуют цепочку убиквитина. После убиквитинирования рецептор убиквитина должен распознать целевой белок. Эти рецепторы имеют 1 убиквитиноподобный N-концевой домен (UBL) и 1 или несколько убиквитинсвязанных гребней (UBA). UBA конъюгирует с убиквитином 3 связями α-спирали. Эти рецепторы сопровождают полиубиквитинированные белки в протеасоме [76].

Несмотря на противораковые системы, которые обладают потенциалом предотвращать развитие рака и метастазирования с помощью белков-супрессоров опухоли, раковые клетки могут трансформивать регуляцию УПС, с помощью которой они разрушают белки-супрессоры опухоли и избегают регулируемой гибели клеток — апоптоза. Таким образом, система УПС весьма важна в клеточной регуляции, организованной в 2 этапа. Каждый этап играет свою роль в борьбе с раком. Важно понимать сущность ингибиторов УПС и совершенствования этих ингибиторов для создания новой стратегии в терапии раковых заболеваний [292]. Ингибиторы УПС, как менее инвазивные химиотерапевтические препараты, все чаще используются для облегчения симптомов различных видов рака при патологических состояниях. Несмотря на успех ингибиторов УПС в замедлении развития рака с наименьшими побочными эффектами, до настоящего времени универсальный ингибитор, который может эффективно инактивировать систему УПС с наименьшей лекарственной устойчивостью, полностью еще не исследован [5]. Считается, что для пациентов с рецидивирующими состояниями или инвазивными заболеваниями использование новых препаратов в комбинации с цитотоксическими агентами может быть более подходящим [154]. Группа препаратов, используемых при этих состояниях, включает те, которые ингибируют УПС. Клинический успех бортезомиба для лечения множественной миеломы показал, что нацеливание на УПС является обоснованным и возможным [137]. Авторы исследования смогли обосновать нацеливание на УПС на 2 основных процесса в системе УПС: убиквитинирование и деградацию белка. При убиквитинировании можно воздействовать на 3 элемента УПС, включая ферменты E₁, E₂ и E₃. Можно также блокировать деградацию белка, которая включает ингибирование распознавания убиквитина, отделения убиквитина, развертывание белка и разрушение белка [288].

D. Chen и соавт. [48] определили, что комплекс дисульфирам-Cu²⁺ повреждает функции клеток рака молочной железы, ограничивая активность протеасом и уменьшает убиквитин-белковые взаимодействия. Z. Skrott и соавт. [231] обнаружили, что комплекс дисульфирам-Cu²⁺ сдерживает деградацию белка убиквитином путем блокирования передачи сигнала от системы протеаз и ингибирования АТФ-синтазы, необходимой для энергетического обеспечения убиквитинирования. Результаты этих исследований подтверждают, что избыток ионов меди вызывает купроптоз, в том числе путем ингибирования убиквитин-протеасомной системы.

ЗАБОЛЕВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С НАРУШЕНИЕМ ГОМЕОСТАЗА МЕДИ

Избыток или дефицит меди оказывают неблагоприятное воздействие на физиологическое состояние человека, ее дисбаланс связан с широким спектром патологических состояний человека, включая болезнь Вильсона, болезнь Менкеса, нейродегенеративные заболевания, раковые и сердечно-сосудистые заболевания.

Гомеостаз меди и бoлезнь Вильсона

Классический пример патологического состояния, обусловленного избыточным содержанием меди, — болезнь Вильсона (БВ), аутосомно-рецессивное наследственное заболевание, характеризующееся множеством мутаций в гене ATP7B. Возникающее в результате мутаций нарушение транспортной функции ATP7B ухудшает выведение меди и приводит к постоянному накоплению меди в головном мозге, печени и других тканях [61]. У здоровых людей содержание меди в печени обычно составляет меньше 55 мкг/г; у пациентов с болезнью Вильсона содержание меди в печени может превышать 250 мкг/г [13]. Наиболее часто у пациентов с болезнью Вильсона наблюдаются печеночные и/или психоневрологические симптомы.

Токсичность меди рассматривается как основная причина повреждения органов у пациентов с БВ [102, 218]. Более того, повреждение ДНК, перекисное окисление липидов и дисфункция митохондрий являются типичными признаками нарушений в клетках печени пациентов с БВ [98, 112]. Морфологические изменения в митохондриях клеток печени, включая расширение интерстициального пространства, разделение и расширение внутренней и наружной мембран и/или появление больших вакуолей, обычно наблюдаются в клетках печени пациентов с БВ (на ранних стадиях болезни), и эти изменения считаются характерным признаком повреждения печени при БВ [13]. У пациентов с БВ могут наблюдаться и другие печеночные симптомы, в том числе ускоренная печеночная недостаточность (также известная как острая печеночная недостаточность), постоянно повышенные уровни сывороточных аминотрансфераз, желтуха и хронический гепатит [13, 200]. Следует отметить, что у отдельных пациентов эти изменения в печени не проявляются, а вместо этого наблюдаются неврологические симптомы, однако у них наблюдалось накопление меди в клетках печени, что, как полагают исследователи, могло вызывать цирроз печени [200]. В большинстве случаев БВ отложение меди может наблюдаться в роговице глаз в виде колец Кайзера – Флешера, офтальмологического признака заболевания [61].

У 40–50 % пациентов с БВ присутствуют неврологические и психоневрологические проявления [219]. Высокие уровни меди наблюдались почти во всех областях мозга у пациентов с БВ [73]. Основные неврологические симптомы: тремор, акинетико-ригидный синдром (паркинсонизм), атаксия и дистония; наблюдаются и другие распространенные неврологические проявления: дизартрия, спастичность и нарушение координации движений [195]. Структурная магнитно-резонансная томография головного мозга пациентов с БВ показала широко распространенные поражения среднего мозга, путамен, моста, бледного шара, таламуса и мозжечка, а также атрофию коры мозга [13, 229]. Потеря нейронов и появление аномальных астроцитов — типичные нейропатологические признаки у пациентов с БВ [30]. Непеченочные и ненейронные осложнения, связанные с БВ, включают остеомаляцию, остеоартрит, гемолиз, сердечную аритмию и нарушения функции почек [80, 170, 236].

Купроптоз как терапевтическая мишень при болезни Вильсона

Выше уже упоминалось, что мутации в гене ATP7B, кодирующего медь-транспортирующую АТФазу ATP7B, вызывают болезнь Вильсона, опасное для жизни наследственное заболевание, при котором у пациентов наблюдается прогрессирующее накопление меди в отдельных тканях, особенно в печени, головном мозге и роговице глаз (см. рис. 3). В 2022 г. в экспериментах P.A. Tsvetkov и соавт. [161] было показано, что мыши с нокаутом гена Atp7b по сравнению с мышами дикого типа демонстрируют более низкие уровни липоилированных ферментов и кластера железосерных белков, напоминающие клеточные изменения, индуцированные ионофорами меди.

Установлено, что препарат триентин/D-пеницилламин в качестве хелатора меди служит эффективным средством лечения БВ [160, 219, 270]. Хелатор меди TTM также был оценен в нескольких клинических испытаниях. В частности, G.J. Brewer и соавт. [41] обследовали 48 пациентов с неврологическими проявлениями и обнаружили, что прогрессирование заболевания было снижено в группе, получавшей ТТМ, по сравнению с группой, не получавшей триентин. В другом клиническом исследовании II фазы K.H. Weiss и соавт. [280] оценили эффект перорального введения препарата WTX101, в котором медь была связана с белком (бисхолиновая соль TTM), и обнаружили, что WTX101 довольно быстро улучшал гомеостаз меди, приводя к улучшению неврологического исхода и стабилизации функции печени (табл. 1).

 

Таблица 1. Клинические испытания препаратов, модулирующих гомеостаз ионов меди

Table 1. Clinical trials of drugs modulating copper ion homeostasis

Препараты	Модулятор меди	Вид болезни и результат испытания	Источник
D-пеницилламин	хелатор	болезнь Вильсона (принят)	[220]
Тетратиомолибдат	хелатор	болезнь Вильсона (фаза II)	[42]
Тетратиомолибдат	хелатор	карцинома печени (фаза I)	[92]
Триентин	хелатор	болезнь Вильсона (принят)	[220, 293]
Клиохинoл	ионофор	глиобластома (фаза I)	[221]
WTX101	хелатор	болезнь Вильсона (фаза III)	[280]
Cu2+(atsm)	ионофор	БАС (эксперимент)	[177]
Дисульфирам	ионофор	глиобластома (фаза I/II)	[111, 113]
Элескломол	ионофор	меланома (фаза III)	[88]

 

Учитывая, что препарат TTM ингибирует цитотоксические эффекты ионофоров меди, разумно предположить, что купроптоз может играть определенную роль в прогрессировании БВ. Также стоит отметить, что α-липоевая кислота (метаболит процесса купроптоза) в качестве лечебного препарата оказалась весьма эффективной как на моделях животных БВ, так и на клеточных линиях [232]. Было бы интересно проверить, могут ли новые координационные соединения, модулирующие купроптоз, быть эффективными при лечении болезни Вильсона.

Имеются данные относительно стратегии ограничения поступления меди с пищей для лечения БВ [215, 218]. Современные стратегии лечения БВ в основном сосредоточены на пероральном приеме цинка для снижения всасывания меди и использовании хелатообразующих агентов, таких как D-пеницилламин и триентин или их комбинации [41, 42, 219]. Выбор лечебной стратегии обычно зависит от стадии заболевания, при этом хелатообразователи меди рекомендуют пациентам с развитой симптоматикой болезни [24, 42]. K.H. Weiss и соавт. [279] ранее уже оценили эффективность хелаторов D-пеницилламина и триентина у пациентов с БВ и обнаружили, что лечение препаратами приводило к улучшению состояния печени в более чем 90 % случаев, однако частота ответов среди неврологических пациентов была значительно менее благоприятной. Тем не менее после 4 лет терапии около 60 % пациентов продемонстрировали улучшение неврологических симптомов. Было также выявлено, что другой лечебный препарат, тетратиомолибдат (TTM), снижает уровни циркулирующих свободных ионов меди [42]. Рандомизированное исследование, в котором сравнивали эффективность ТТМ по сравнению с триентином у пациентов с неврологическими проявлениями БВ продемонстрировало, что ухудшение неврологической симптоматики было менее распространенным в группе, получавшей ТТМ [41]. Результаты другого клинического исследования [280] показали, что использование препарата WTX101, бисхолиновой соли TTM, оказывает благотворное воздействие и значительно улучшает уровень неврологических проявлений, вызванных избытком меди.

Болезнь Менкеса

Болезнь Mенкеса (БМ) — это Х-сцепленное рецессивное заболевание, характеризующееся дисбалансом в метаболизме меди, вызывается мутациями в гене ATP7A [171]. Возникающая в результате заболевания потеря функциональной АТФазы ATP7A в кишечнике приводит к снижению оттока меди в кровь, накоплению меди в энтероцитах и генерализованному тяжелому системному дефициту меди в других клетках [263]. В связи с этим БM считают фатальным заболеванием, поскольку пациенты с этим диагнозом обычно умирают в раннем детстве. При этом у детей с БМ наблюдаются серьезные неврологические симптомы, такие как умственная отсталость, гипотермия, дегенерация нейронов, постоянно возникающие переломы костей, аномалии волос и кожи, а также широко распространенные сосудистые аномалии [227, 275].

В тканях головного мозга пациентов с БМ дефицит меди отрицательно влияет на физиологическую функцию медь-зависимых ферментов, прежде всего дофамин-β-гидроксилазы (DβH), которая необходима для синтеза нейротрансмиттеров [121]. Показано, что у младенцев с БМ наблюдается высокий уровень метаболита дигидроксифенилаланина, предшественника катехоламинов, что указывает на снижение активности DβH [121, 122]. Кроме того, изменение функции DβH приводит к нарушению синаптогенеза и роста аксонов, проявляющихся в виде симптомов гипотонии и судорог. В дополнение к этому в клетках происходит нарушение функции митохондрий и появляется внутримозговой лактоацидоз, вызванные снижением активности ЦОГ в тканях головного мозга, что также способствует дегенерации нейронов у пациентов с БМ [182].

Имеются данные о низких уровнях меди в тканях сердца, печени, мышцах, коже и соединительных тканях пациентов с БМ. Например, дефицит меди в тканях сердца коррелирует с врожденными сердечно-сосудистыми аномалиями, такими как тетрада Фалло, которая может наблюдаться у новорожденных с диагнозом БM [3, 107]. В коже, мышцах и соединительных тканях снижение функции АТФазы ATP7A приводит к снижению активности липоксигеназы (LOX), которая окисляет лизин и гидроксилизин в эластине и коллагене [43]. Снижение активности LOX уменьшает образование ковалентных поперечных связей, что нарушает растяжение, прочность и эластичность соединительных тканей скелета, мышц и тканей сердечно-сосудистой системы [247]. Таким образом, у пациентов с БМ часто наблюдаются негативные нарушения в соединительной ткани, включая остеопению, дряблость кожи, артериальные аневризмы и спонтанные переломы [212].

В настоящее время пациентам с БМ ставят диагноз главным образом с помощью генетического скрининга. Последующее лечение проводится с использованием солей меди, прежде всего это комплекс медь-гистидин [129, 217]. Введенный подкожно, он доставляет медь непосредственно через кровоток в различные ткани и органы, минуя неисправный механизм, с помощью которого медь обычно всасывается через кишечник, тем самым помогая восстановить системные уровни ионов меди у пациентов с БМ [95, 217]. S.G. Kaler показал [123], что лечение медь-гистидином эффективно для пациентов, у которых мутировшая АТФаза ATP7A все же сохраняет способность транспортировать медь через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Кроме того, у пациентов БМ, которых лечат медь-гистидином на ранней стадии заболевания, могут наблюдаться значительные улучшения в развитии нейронов и улучшение двигательных движений, тогда как пациенты БМ, получавшие лечение на более поздней стадии, как правило, имеют плохой прогноз. Лечение медь-гистидином приводит к общему улучшению неврологического исхода у бессимптомных пациентов по сравнению с пациентами с неврологическими симптомами [123].

ДИСБАЛАНС ИОНОВ МЕДИ И НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Многочисленные исследования показали, что измененный гомеостаз меди напрямую связан с прогрессированием ряда нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера (БА), болезнь Гентингтона и боковой амиотрифический склероз (БAС) [51, 97, 164]. Например, высокие уровни меди были обнаружены в сенильных бляшках и в сыворотке крови у пациентов с БA [117, 148]. Кроме того, высокие концентрации ионов меди были обнаружены в Aβ–бляшках в субрегионе зубчатой извилины гиппокампа животных на мышиной модели БA [115]. Однако хелатирование меди и подавление медь-транспортера CTR1 снижало нейротоксичность на модели нервной системы БA дрозофилы [141]. Что касается болезни Гентингтона, то было высказано предположение, что накопление меди в тканях мозга способствует агрегации мутантных белков гентингтина, тем самым ускоряя прогрессирование заболевания [89, 104]. В ряде исследований было высказано предположение, что уменьшение содержания меди в рационе при лечении хелаторами меди и генетические манипуляции с переносчиками меди могут замедлить прогрессирование заболевания у животных при моделировании болезни Гентингтона [53, 250]. Что касается БAС, то мутации в гене SOD1 (кодирует Cu/Zn супероксиддисмутазу) представляет собой основную, как полагают, причину семейной формы БАС [210, 248]. Интересно, что относительно низкие уровни меди были зарегистрированы в мутантных белках SOD1, тогда как повышенные уровни Cu были обнаружены в спинномозговой жидкости пациентов с БАС [146, 211]. В частности, B.R. Roberts и соавт. [209] показали, что лечение мышей SOD1G37R (модель БAС) терапевтическим средством Cu^II(atsm) восстанавливало содержание меди в мутантных белках СОД1 и увеличивало выживаемость животных. Терапевтическая эффективность Cu^II(atsm) при лечении БAС была протестирована у пациентов БАС (см. табл. 1) [213]. Хелатор меди TTM также снижал уровни меди в тканях спинного мозга трансгенных мышей SOD1G93A, что продлевало жизнь животных [255]. Использование при лечении хелаторов меди, клиохинола или ТТМ смягчало патологию и поведенческие отклонения у животных, тестированных на мышиной модели R6/2 болезни Гентингтона [53, 250].

Болезнь Альцгеймера. Одно из наиболее распространенных нейродегенеративных расстройств. Патологический признак БA — отложение амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков в сером веществе мозга в результате аберрантного процессинга белка-предшественника амилоида (APP), приводящего к агрегации β-амилоидных (Aβ) пептидов и белка tau [101].

Появляется все больше доказательств того, что измененный гомеостаз меди может быть связан с патогенезом БA [145], поскольку медь может взаимодействовать с несколькими ключевыми патогенными факторами, такими как Aβ и tau. С возрастом внесывороточный уровень меди повышается [79], особенно у пациентов с БА, у которых возрастает концентрация как общей, так и свободной меди [44, 240, 241]. Важно отметить, что высокие уровни меди были выявлены в старческих бляшках в сосудах пациентов с БА [178]. Избыточная медь может напрямую связываться с пептидами Aβ с высоким аффинитетом, что еще больше увеличивает агрегацию Aβ и повышает нейротоксичность [20, 47, 243]. Связывание ионов меди с Aβ приводит к образованию нейротоксичных β-амилоидных димеров, связанных с дитирозином, что предотвращает разложение димеров до мономеров и, следовательно, может иметь отношение к образованию отложений амилоида в сосудах [20, 26]. В экспериментах in vitro было показано, что удаление меди из пептидов Aβ предотвращает его накопление и приводит к деградации Aβ, подавлению продукции гидроксильных радикалов (•OH) и окислительному повреждению, что способствует снижению риска гибели клеток [26, 52].

Медь играет важную роль в активации микроглии — процессе, связанном с нейродегенерацией. В эксперименте на клетках BV2 (линия клеток микроглии мыши) было показано, что избыток меди может вызывать активацию сигнального пути NF-κB и увеличивать высвобождение факторов воспаления, включая оксид азота (NO) и фактор ТНФ-α [132]. Избыток меди также может снижать физиологическую способность тканей мозга удалять пептиды Aβ [229]. M. Kitazawa и соавт. [132] установили, что наличие комплексов медь-Aβ снижает экспрессию белка LRP1 (белка, связанного с рецептором липопротеина 1), что, в свою очередь, еще больше снижает клиренс нейротоксичного Aβ и увеличивает отложения Aβ в тканях мозга. Более того, медь может играть патогенную роль при БА присутствуя в tau-белках. В частности, медь может запускать фосфорилирование и агрегацию tau-белка, усиливая таким образом нейротоксичность агрегатов tau [72, 269].

С целью оценки эффекта терапии, снижающей содержание меди при лечении БА, были разработаны и протестированы на мышиных моделях БА несколько хелаторов меди, демонстрирующих многообещающие полезные эффекты: антиоксидантные свойства, снижение агрегации белков Aβ и улучшение неврологических симптомов. Используя APP-трансгенную мышиную модель БA, R.A. Cherny и соавт. [53] показали, что хелатор меди клиохинол может уменьшать отложения Aβ и повышать способность животных как к обучению, так и к запоминанию. Более того, ряд исследований фазы II БА показали, что клиохинол способен снижать агрегацию белков Aβ и улучшать когнитивные функции пациентов, но авторы этой работы [116] не предоставили достаточных доказательств положительного эффекта в более масштабном исследовании [45, 116]. Позже было показано, что производное клиохинола препарат PBT2 ингибирует медь-индуцированное накопление Aβ и обладает большей растворимостью и проницаемостью в ГЭБ [9, 59]. Другие исследователи, используя мышиную модель БA, показали, что лечение мышей препаратом PBT2 снижало уровень интерстициального Aβ в тканях мозга и уровень фосфорилирования белка tau и приводило к восстановлению когнитивных способностей животных [45]. Кроме того, положительные результаты лечения были получены в нескольких исследованиях фазы II и IIa БА, которые продемонстрировали, что препарат PBT2 может снижать уровни белков Aβ и улучшать когнитивные функции у пациентов с БА [84, 142].

Боковой амиотрофический склероз. Прогрессирующее заболевание, характеризующееся избирательной дегенерацией двигательных нейронов, которая приводит к мышечной слабости, атрофии мышц и, в конечном итоге, к смерти. В 10–20 % случаев наблюдается аутосомно-доминантная семейная форма БАС (FALS), а остальные случаи проявляются как ненаследуемая, спорадическая форма БAС (SALS). Одна из основных причин FALS — мутация в гене SOD1 [246]. В развитии БAС взаимодействие CCS с мутантным SOD1 является ошибочным, что приводит к снижению доставки ионов меди в митохондрии и накоплению менее стабилизированного SOD1, который склонен накапливать прооксиданты, следовательно, оказывает токсический эффект на двигательные нейроны. Исследование показало, что избыточная экспрессия CCS ускоряет неврологический дефицит и сокращает продолжительность жизни мышей, имеющих мутацию SOD1G93A [234].

Точная роль меди в патогенезе БAС неясна и в настоящее время интенсивно изучается [51, 213]. Например, было показано, что дефицит ионов меди способствует аберрантной гидрофобности мутантной SOD1, способствуя нарушенному взаимодействию SOD1 и ее нейрональной токсичности, и этот эффект может быть аннулирован добавлением меди [161, 254]. В спинном мозге мышеймутантов по SOD1 более 50 % мутантного белка SOD1 не полностью связывается с ионами меди, при этом обработка медь-содержащим соединением значительно снижала уровни ионов меди [161, 254]. Лечение медь-содержащим соединением значительно снижало уровни металлодефицитного SOD1 и увеличивало пул SOD1, полностью связанного с медью [209]. Дополнительные исследования показали, что агрегированная мутантная SOD1 имеет низкое содержание меди как в культивируемых клетках, так и в клетках спинного мозга трансгенных мышей по SOD1, независимо от способности мутантного белка SOD1 связывать ионы меди [35, 146]; более того, степень дефицита меди в мутантных агрегатах SOD1 была пропорциональна клинической тяжести БАС [196].

Нарушенные клеточный гомеостаз меди и функция медь-зависимых ферментов также могут способствовать токсическому воздействию мутантных белков SOD1 и прогрессированию заболевания. Например, у мышей с мутацией SOD1G93A на предсимптомной стадии наблюдались повышенные концентрации ионов меди в скелетных мышцах и в тканях спинного мозга, и это состояние еще больше усугублялось при прогрессировании заболевания [77, 256].

Повышенные уровни меди также наблюдались в спинномозговой жидкости пациентов с БАС [35, 211]. Выше уже отмечалось, что избыточная экспрессия CCS в SOD1G93A мутантных мышей ускоряет прогрессирование заболевания, но этот эффект может быть ослаблен путем лечения мышей комплексным соединением меди [235, 281]. В частности, у мышей SODG93A со сверхэкспрессией CCS активность циклооксигеназы значительно снижалась по достижении этими животными конечной стадии заболевания, в то время как у мышей со сверхэкспрессией СOД, но не экспрессирующих CCS, не наблюдалось явного снижения активности циклооксигеназы на той же стадии [281], поддерживая гипотезу о том, что сверхэкспрессия CCS увеличивает доставку ионов меди в СОД1 при одновременном снижении доставки ионов меди к другим ферментам (например, к митохондриальной цитохром С-оксидазе), вызывая дополнительные токсические эффекты.

Хелаторы меди, такие как D-пеницилламин и TTM, и другие агенты для доставки меди, такие как Cu^II(atsm), продемонстрировали благоприятные эффекты на нескольких моделях мышей [109, 209, 255]. Лечение Cu^II(atsm) улучшает двигательную функцию и повышает выживаемость мышей с фенотипом SOD1G93A и мышей с фенотипом SOD1G37R при моделировании БAС [108, 235]. У мышей с SOD1G37R введение Cu^II(atsm) увеличивало доставку ионов меди к металлодефицитной мутантной форме aпo-СОД1, обеспечивая ее конверсию в более стабильную и менее токсичную форму holo-SOD1 [108]. Таким образом, лечение TTM продлевало выживаемость как предсимптомных, так и симптоматических мышей SOD1G93A, уменьшая потерю двигательных нейронов и ослабляя тяжесть поражения скелетных мышц и атрофию. Также установлено, что TTM способен не только подавлять активность, но и уменьшать агрегацию мутантных белков СОД1 [108, 257].

При лечении трансгенных мышей по SOD1 хелатирование меди при помощи D-пеницилламина оказывает благоприятное воздействие, замедляя прогрессирование заболевания и продлевая выживаемость животных [109].

Болезнь Гентингтона. Редкое аутосомно-доминантное неврологическое расстройство, характеризующееся прогрессирующей потерей психических, когнитивных и двигательных функций. Существует предположение, что БГ вызвана аномальным расширением полиглутаминового повтора на N-конце мутантного белка гентингтина, что приводит к атрофии тканей мозга, главным образом полосатого тела и коры головного мозга [245]. Образование агрегированных мутантных белков гентингтина в нейронах приводит к снижению выработки энергии, окислительному стрессу и нейродегенерации [18, 68].

Предполагается также, что медь играет свою особую роль в БГ. Аномально высокие концентрации меди были обнаружены в полосатом теле мозга у пациентов с БГ [66, 89]. В нескольких публикациях высказывалось предположение, что накопление меди способствует агрегации белка гентингтина при взаимодействии меди с остатками гистидина на N-конце белка [89]. Исследования in vitro показали, что медь связывается с белками гентингтина в позиции глутамина 17-68, тогда как ни железо, ни цинк не проявляли сродства к связыванию. Хелаторы меди могут ингибировать образование мутантных агрегатов гентингтина, тогда как добавки свободной меди способствуют образованию агрегатов [89]. Избыток меди может способствовать прогрессированию БГ за счет ингибирования митохондриальных дегидрогеназ, включая сукцинатдегидрогеназу и лактатдегидрогеназу, они обе чувствительны к медь-опосредованной инактивации [190, 225].

Исследования образцов ткани головного мозга пациентов с БГ показали, что лактатдегидрогеназа (ЛДГ) имеет решающее значение для метаболизма лактата нейронов [105, 126], при этом нейроны используют лактат, выделяемый астроцитами. В тканях полосатого тела мозга пациентов с БГ методом магнитно-резонансной спектроскопии был зарегистрирован пониженный клиренс лактата [105], что напоминает эффект дегенерации нейронов, наблюдаемый у получавших ингибиторы ЛДГ мышей [89]. Эти данные свидетельствуют, что избыток меди может способствовать развитию БГ путем ингибирования ключевых ферментов, участвующих в метаболизме лактата нейронов.

Купроптоз — перспективная стратегия в лечении нейродегенеративных заболеваний. Имеющиеся данные о развитии основного механизма купроптоза свидетельствуют, что митохондриальная дисфункция может играть роль в нейротоксичности и патогенезе нейродегенеративных отклонений, вызванных избытком меди. К примеру, воздействие меди на клетки нейробластомы заметно увеличивало выработку митохондриальных АФК, что приводило к снижению выработки пируватдегидрогеназы в цикле Кребса и комплексе I ЭТЦ [17]. В исследовании C.T. Sheline и D.W. Choi [225] показано, что добавление меди к клеткам культур нейронов/нейроглии приводило к снижению мембранного потенциала (δΨM) митохондрий этих клеток и ингибировало выработку α-кетоглутаратдегидрогеназ и митохондриального пирувата, в то время как дигидролипоевая кислота ослабляла вызванные ионами меди эффекты и способствовала уменьшению числа погибших клеток [225]. Следовательно, необходимы современные дополнительные рандомизированные исследования, чтобы определить, играет ли купроптоз особую патогенетическую роль в нейродегенеративных заболеваниях и может ли блокирование купроптоза послужить новой терапевтической стратегией для лечения пациентов с этими разрушительными, прогрессирующими неврологичемкими состояниями [50].

РОЛЬ ДИСБАЛАНСА ГОМЕОСТАЗА МЕДИ ПРИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

Роль меди в прогрессировании рака в течение длительного времени является предметом постоянного изучения, поскольку ионы меди могут быть вовлечены в активацию сигнальных путей, связанных с клеточной пролиферацией [135]. Раковые клетки обычно имеют более высокую потребность в меди по сравнению со здоровыми клетками [64, 253]. Опубликованы данные о повышенных концентрациях меди в опухолевых тканях и в сыворотке крови, полученных от пациентов с различными типами рака, в том числе при раке молочной железы [86, 193], желудочно-кишечного тракта [176], легких, полости рта [7, 22], щитовидной железы [226], желчного пузыря [25], поджелудочной железы [147], предстательной железы [216] и женской репродуктивной системы [166, 289]. Повышенные уровни меди в плазме крови коррелировали как со стадией опухоли, так и с прогрессированием заболевания у пациентов с раком толстой кишки, легких и молочной железы [67, 99, 224].

Многие исследователи изучали предполагаемое влияние избытка меди на рост раковых клеток. В экспериментах S. Sinha и соавторов [230] было показано, что ежедневное введение сульфата меди крысам при моделировании химически индуцированного онкогенеза увеличивало рост опухоли молочной железы животных. На другой модели остроклеточного рака поджелудочной железы (на мышах) изучили влияние хронического воздействия избытка меди. Добавление 20 мкМ сульфата меди мышам в питьевую воду вызывало ускоренный рост опухоли поджелудочной железы [119]. В последующих экспериментах на мышах, страдающих раком легкого, индуцированного препаратом BRAFV600E, наблюдали повышенную пролиферацию опухоли при добавлении высоких концентраций меди [36]. Теоретически значительные количества меди могут увеличивать выработку АФК, уровень которых вызывает злокачественную трансформацию клеток. Экспериментальные исследования показали, что CTR1-зависимый импорт ионов меди активирует сигнальный каскад митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [264]. Установили, что ионы меди напрямую связываются с фактором MEK1 с высоким аффинитетом, что способствует росту опухоли путем активации фосфорилирования регулятора ERK1/2 [36, 37]. Ионы меди могут стимулировать канцерогенез благодаря своей функциональной роли регулятора аутофагических киназ ULK1/2. Потеря транспортера Ctr1 приводила к нарушению активации ULK1 и последующей передачи сигналов, снижая рост и выживаемость ксенотрансплантированных опухолей легких KRASG12D [259].

Учитывая, что медь действует как ключевой фактор в передаче клеточных сигналов, неудивительно, что она участвует в развитии и прогрессировании рака, способствуя клеточной пролиферации, ангиогенезу и метастазированию.

Ангиогенез, процесс, который включает миграцию и пролиферацию эндотелиальных клеток, а также формирование сосудистой трубки и новых кровеносных сосудов, действует как важный фактор прогрессирования опухоли. Идея о том, что медь обладает проангиогенными свойствами, была впервые выдвинута исследователями B.R. McAuslan и W. Reilly [168], когда они обнаружили, что соли меди могут индуцировать миграцию эндотелиальных клеток раннего этапа ангиогенеза. В подтверждение этой гипотезы K.S. Raju и соавт. [206] в эксперименте показали, что введение меди в роговицу глаз кроликов индуцировало образование новых кровеносных сосудов. Было также выявлено, что введение меди усиливало пролиферацию и подвижность эндотелиальных клеток. Проангиогенные свойства меди приписывают ее способности регулировать различные факторы, участвующие в ангиогенезе. Например, медь может регулировать секрецию ангиогенных молекул, включая фактор роста фибробластов (FGF) и воспалительный цитокин ИЛ-1α [199]. Кроме того, медь может модулировать сродство ангиогенина с эндотелиальными клетками путем прямого связывания с ангиогенином. J. Badet и соавт. [21] показали, что при дефиците меди подавляется транскрипционная активность NF-κB, тем самым ингибируется экспрессия проангиогенных факторов, включая bFGF, VEGF (фактор роста эндотелия сосудов), ИЛ-8, ИЛ-6 и ИЛ-1α [189]. Медь также необходима для активации индуцируемого гипоксией фактора HIF-1, а хелатирование меди блокирует HIF-1-опосредованную экспрессию VEGF [85, 203]. Сверхэкспрессия СOД1 заметно увеличивает выработку VEGF, усиливает индуцированный FGF ангиогенез и развитие опухоли. Аналогично установлено, что шаперон меди ATOX1 также служит модулятором ангиогенеза, поскольку его истощение ингибирует миграцию гладкомышечных клеток сосудов, которая как известно стимулируется тромбоцитным фактором роста PDGF, поэтому можно предположить, что ATOX1, вероятно, играет определенную роль в ремоделировании сосудов и ангиогенезе опухоли [133].

Таким образом, имеющиеся данные показывают, что медь может активировать ферменты и сигнальные каскады, связанные с метастазированием, способствуя распространению рака. Например, купроэнзим лизилоксидаза (LOX) участвует в инвазии и метастазировании опухолевых клеток [78]. В исследованиях рака молочной железы показано, что высокая экспрессия LOX связана с метастазированием в костные ткани и приводит к образованию остеолитических поражений, вызванных опухолью [58]. В опухолевых эндотелиальных клетках пониженная экспрессия LOX ингибирует миграцию клеток и образование трубок, кроме того, ингибиторы LOX подавляют как ангиогенез, так и метастазирование в экспериментах in vivo [185]. При моделировании на мышах ортотопического рака молочной железы показано, что подавление гена ATP7A снижало активность LOX и сокращало рекрутирование миелоидных клеток в легкие, подавляя рост опухоли и метастазирование [223]. Шаперон меди ATOX1 также может подавлять LOX за счет участия в регуляуии пути ATP7A-LOX, связанного с метастазированием. В исследовании с использованием анализа отслеживания отдельных клеток выявлено, что ATOX1 может потребоваться для миграции клеток рака молочной железы, поскольку подавление экспрессии ATOX1 приводит к снижению активности LOX и уменьшает скорость и направленность миграции клеток [32]. Медь также играет особую роль в модуляции экспрессии PD-L1 (лиганда программируемой смерти), ингибитора иммунной контрольной точки, связанного с уклонением раковых клеток от иммунитета хозяина. В частности, при моделировании на мышах нейробластомы показано, что сильное уменьшение концентрации ионов меди способствует деградации PD–L1, за счет этого уменьшается рост опухоли и улучшается выживаемость животных [267].

Купроптоз — потенциальная терапевтическая стратегия для лечения раковых опухолей. В последние десятилетия появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что исскуственные комплексы соединений меди могут служить потенциальными терапевтическими препаратами для лечения раковых опухолей [275], поскольку медь, как было показано, способствует гибели раковых клеток посредством событий, характерных для апоптоза и/или накопления свободных радикалов [100, 208].

Современные данные, касающиеся купроптоза, дают новое представление о потенциальных стратегиях для лечения рака [118, 284]. Y. Xu и соавт. [287] сообщили о разработке медь-координационного наноматериала GOx-[Cu(tz)], сконструированного на основе глюкозооксидазы (GOx) который в качестве терапевтического препарата вызывал купроптоз раковых клеток. Авторы in vivo показали, что препарат GOx-[Cu(tz)] у безболезненных мышей с опухолями мочевого пузыря ингибировал рост опухоли на 92 % с незначительной системной токсичностью [287]. Кроме того, было показано, что ионофоры меди, такие как элескломол, обладают противоопухолевой активностью, индуцируя выработку АФК в раковых клетках [131]. Это открытие позволяет предположить, что элескломол может обладать дополнительной убивающей способностью в раковых клетках, которые экспрессируют высокие уровни липоилированных митохондриальных белков и гиперактивное состояние митохондриального дыхания (рис. 4). В экспериментах группы S.J. O’Day и соавт. [181] в III фазе применения элескломола было показано, что в комбинации с химиотерапией для пациентов с меланомой препарат обладал большей противоопухолевой активностью у пациентов с низкими уровнями лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в плазме крови (см. табл. 1). Учитывая, что низкие уровни ЛДГ отражают высокое состояние метаболизма в митохондриях, этот вывод согласуется с тем, что клетки с высоким уровнем липоилированных ферментов цикла Кребса и гиперактивной частотой дыхания в митохондриях более чувствительны к элескломолу.

Среди современных методов лечения рака таргетная терапия считается весьма перспективной, поскольку ее применение может быть избирательно нацелено на молекулы и пути, участвующие в росте и прогрессировании опухолей конкретного пациента [56, 298]. Учитывая, что медь является питательным веществом для роста раковых клеток, ангиогенеза и метастазирования, она может быть привлекательной мишенью в терапии рака [163]. Соединения, связывающиеся с медью, обладают большим потенциалом в терапии рака. Прежде всего речь идет о хелаторах меди и ионофорах меди.

Хелаторы меди. В предыдущих разделах уже упоминалось, что медь-хелатирующие агенты, такие как TTM, триентин и D-пеницилламин, были разработаны и протестированы на предмет их противоопухолевой активности как на моделях животных, так и в клинических испытаниях. На моделях животных было установлено, что истощение ионов меди с помощью хелаторов задерживает метастазирование раковых опухолей путем ингибирования васкуляризации поражений, в частности на моделях карциномы VX2 у кроликов [39] и гепатоцеллюлярной карциномы у мышей [293], а также плоскоклеточного рака головы и шеи [57]. Антиметастатическую активность хелаторов меди можно объяснить их способностью предотвращать рекрутирование эндотелиальных клеток-предшественников, которые играют важную роль в регенерации тканей, в ангиогенезе и в развитии макроскопических раковых метастазов [71]. В экспериментах начала XXI в. было показано, что истощение меди у трансгенных мышей HER2/neu вызывало уменьшение опухоли, подавляло ангиогенез и ингибировало прогрессирование микроскопических опухолей в макроскопические [187, 188]. На модели мышиной опухоли мезотелиомы установили, что применение с лечебными целями триентина, D-пеницилламина и TTM также оказывало ингибирующее действие на рост опухоли и препятствовало ангиогенезу опухоли [60].

Применение хелатора меди триентина ингибирует экспрессию ИЛ-8 и оказывает противоопухолевый эффект при гепатоцеллюлярной карциноме [172]. В экспериментах по изучению лечебного эффекта триентина показано, что препарат снижает экспрессию клеток фенотипа CD31 и ингибирует пролиферацию эндотелиальных клеток [293]. Позже в исследованиях in vivo было показано, что D-пеницилламин ингибирует активность LOX, что приводит к нарушению образования поперечных связей коллагена, снижению экспрессии VEGF и задержке прогрессирования глиобластомы [162] В исследованиях S.S. Brem и соавт. [40] показано, что сочетание лечения D-пеницилламином с диетой, имеющей низкое содержание меди, снижало массу опухоли и плотность сосудов у животных на модели ксенотрансплантата глиосаркомы.

Среди различных хелаторов меди, разработанных на сегодняшний день, TTM как один из первых препаратов был хорошо изучен на нескольких моделях. Например, у мышей фенотипа RIP1-Tag2, моделирующей нейроэндокринную опухоль поджелудочной железы, введение препарата TTM задерживает ангиогенез в предраковых состояниях, а также уменьшает рост опухоли на поздней стадии заболевания [119]. TTM может оказывать противоопухолевое действие путем подавления транскрипционной активности NF-κB, это, в свою очередь, снижает выработку и секрецию последующих ангиогенных факторов, включая VEGF и цитокины, такие как ИЛ-1α и ИЛ-8, тем самым уменьшает ангиогенез [187]. TTM индуцирует деградацию HIF-1α и снижает экспрессию проангиогенных факторов [130]. TTM также может подавлять белки-шапероны меди, ингибируя доставку ионов меди к купроэнзимам, прежде всего к LOX [15, 192]. Более того, снижение уровней ионов меди с помощью препарата TTM влияет на активность киназы MEK1/2 и управляемый BRAF опухолегенез, уменьшая рост ксенотрансплантированной BRAF опухоли. Исследование II фазы по изучению эффектов ТТМ у пациентов со злокачественной мезотелиомой показало, что ТТМ оказывает антиангиогенное действие и задерживает прогрессирование заболевания у пациентов с мезотелиомой I и II стадии [192]. В другом исследовании II фазы показано, что, хотя ТТМ не может улучшить выживаемость у пациентов с раком почки при использовании препарата в качестве монотерапии, его использование может быть более эффективным в сочетании с другими антиангиогенными средствами [207].

Ионофоры меди. Некоторые ионофоры меди, такие как элескломол, дисульфирам (DSF) а также аналоги бис-тиосемикарбазона [Cu^II(atsm) и Cu^II(gtsm)], повышают внутриклеточные концентрации ионов меди и проявляют противоопухолевую активность. Цитотоксические свойства ионофоров меди по отношению к раковым клеткам могут частично объясняться их способностью увеличивать продукцию АФК и/или ингибировать убиквитин-протеасомную систему [66, 286]. В частности, лечение с помощью комплекса дисульфирам-медь может снижать экспрессию гена-супрессора опухоли PTEN и активировать передачу сигналов AKT при раке молочной железы человека, что дает обоснование для тестирования комбинированной терапии с использованием ионофоров меди и ингибиторов PI3K-AKT в будущих клинических исследованиях [295]. Что касается глиобластомы, цитотоксические эффекты стандартного лекарственного средства темозоломида могут быть усилены добавлением комплекса дисульфирам-медь, а комбинация дисульфирам-медь с темозоломидом способна ингибировать рост опухоли и улучшать выживаемость животных у мышиной модели с ксенотрансплантатом [155]. Комплекс дисульфирам–медь проявляет цитотоксичность по отношению к альдегиддегидрогеназе фенотипа ALDH⁺ раковых стволовых клеток из-за его ингибирующего действия на активность альдегиддегидрогеназы [152, 153].

Элескломол является классическым ионофором меди, который, как было показано, доставляет медь в митохондрии и впоследствии усиливает окислительный стресс и вызывает гибель клеток [31, 194] (рис. 6).

 

Рис. 6. Структурная формула комплекса элескломол-медь

Fig. 6. Structural formula of the elesclomol-copper complex

 

Элескломол в качестве кандидата на лекарственный препарат повышает терапевтическую эффективность паклитаксела (таксола) у пациентов с рефрактерными солидными опухолями и с IV стадией метастатической меланомы [27, 297]. В клиническом исследовании III фазы, включавшем пациентов с прогрессирующей меланомой, лечение элескломолом приводит к более благоприятному исходу у пациентов с нормальным уровнем ЛДГ по сравнению с пациентами с высоким уровнем ЛДГ, что позволяет предположить, что элескломол может быть менее эффективным при лечении видов рака с высокой скоростью гликолиза [181].

Установлено, что препарат дисульфирам также способен индуцировать купроптоз [261]. Дальнейшие исследования in vitro показали, что в сочетании с ионом меди [Cu(II)] дисульфирам обладает противоопухолевой активностью при различных видах рака (рис. 7) [118, 125].

 

Рис. 7. Терапевтические стратегии применения модуляторов купроптоза в лечении раковых заболеваний (с изменениями по X. Kang и соавт. [125]. DSF — дисульфирам; Cu — медь; CuET — Cu-диэтилдитиокарбамат

Fig. 7. Therapeutic strategies using cuproptosis modulators for cancer treatment (adapted from Kang et al. [125]). DSF — disulfiram; Cu — copper; CuET — Cu-diethyldithiocarbamate

 

Основываясь на предыдущем выводе о том, что дисульфирам ингибирует альдегиддегидрогеназу были проведены доклинические исследования, которые показали, что комбинация дисульфирама и ионов Cu²⁺ избирательно нацелена на раковые стволовые клетки, имеющие фенотип ALDH⁺ и убивает их, при этом снижается риск рецидива опухоли [272, 283]. В клинических испытаниях дисульфирама, который может легко проникать через ГЭБ, было продемонстрировано противоопухолевое и химиосенсибилизирующее действие препарата при лечении пациентов с глиобластомой [113, 266, 291]. Более того, клинические испытания на стадии фазы I показали, что комбинация дисульфирам-медь с темозоломидом имеет приемлемый профиль безопасности и увеличивает выживаемость пациентов с глиобластомой без ее прогрессирования (см. табл. 1) [111]. Эти данные свидетельствуют о том, что ионофор-опосредованная доставка меди во внутриклеточный компартмент может быть многообещающей терапевтической стратегией для разных подтипов опухолей, поэтому другие комплексы ионофоров меди, нацеленные на купроптоз, требуют дальнейшей разработки.

КУПРОПТОЗ КАК ФАКТОР СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Роль дисбаланса меди в патогенезе атеросклероза. Медь и купроптоз играют существенную роль в патогенезе атеросклероза [271], поскольку накоплены многочисленные данные, указывающие на важную роль микроэлементов, включая медь, в жизни человека [2, 4]. Эпидемиологические данные связывают высокие уровни ионов меди в сыворотке крови людей с повышенным риском развития атеросклеротических заболеваний [88, 134]. Установлено, что в атеросклеротических бляшках человека повышен уровень ионов меди. В эксперименте было показано, что локальное высвобождение ионов меди вокруг сонных артерий крыс способствует утолщению неоинтимы и образованию атеросклеротических поражений в ответ на повреждение сосудов [268], в то время как применение хелаторов меди оказывает ингибирующее действие на воспаление сосудов, развитие атеросклеротических поражений и формирование неоинтимы в ответ на повреждение сосудов у мышей с нокаутом ApoE [276–278]. В неоинтимальных гладкомышечных клетках сосудов (VSMCs) или в повреждениях интимы атеросклеротических сосудов обнаружено, что шаперон меди ATOX1 и транспортер ATP7A высоко экспрессированы [19, 204, 268]. В эксперименте на мышах фенотипа Atox1^−/− было показано, что расширение внеклеточного матрикса и формирование неоинтимальных клеток ингибировались в ответ на повреждение сосудов, сопровождающееся уменьшением накопления VSMCs в неоинтиме и сниженной активностью LOX [133].

Точный механизм, с помощью которого избыток меди способствует развитию атеросклероза, в настоящее время не установлен. Один из вариантов предполагаемого механизма заключается в том, что медь может играть роль в воспалительных реакциях, связанных с атеросклерозом. Дефицит меди снижает экспрессию молекул адгезии, таких как ICAM-1 и VCAM-1, которые обеспечивают адгезию лейкоцитов к активированным эндотелиальным клеткам [222]. Ионы меди способны взаимодействовать с факторами риска атерогенного процесса, прежде всего с липопротеидами низкой плотности и при взаимодействии с гомоцистеином для усиления перекисного окисления липидов [237, 238, 242].

Кроме того, дефицит меди может вызывать повышение уровня общего холестерина, ключевого фактора увеличения риска атеросклероза, а также к снижению уровня NO за счет снижения уровня СОД1, в свою очередь это способствует развитию атеросклероза благодаря нарушению функции эндотелия, снижения вазодилатации и усиления окислительного стресса [16]. Учитывая, что как избыток, так и дефицит ионов меди потенциально вредны для целостности и функционирования сосудов, поддержание гомеостаза ионов меди весьма важно для профилактики атеросклероза и связанных с ним сердечно-сосудистых заболеваний.

Роль дисбаланса меди в патогенезе гипертрофии сердца. Современные представления о кардиопатиях указывают на важность сохранения определенного уровня меди в сердечной ткани [127]. Установлено, что высокий уровень меди требуется для поддержания функции митохондрий и выработки большого количества энергии, необходимой для нормальной сердечной деятельности. На экспериментальных моделях животных установлено, что дефицит меди в тканях сердца может приводить к дисбалансу в синтезе цитохром С-оксидазы (SCO₂) и кардиомиопатии [69, 169]. У людей, имевших мутации в передаче меди цитохром C-оксидазой, также наблюдалась кардиомиопатия [114]. Изменения морфологии сердца из-за дефицита меди в тканях сердца обычно включают набухание и фрагментацию митохондрий, нарушение миофибрилл и увеличение миоцитов [128]. Нарушенная дыхательная функция митохондрий и электрокардиографические нарушения также наблюдались в тканях сердца с дефицитом меди [124, 128].

Восполнение меди с помощью медикаментозных средств или пищевых добавок может ликвидировать многие неблагоприятные эффекты дефицита меди в тканях сердца [75]. В эксперименте на мышах показано, что у мышей с дефицитом меди липиды откладываются в ткани миокарда с гипертрофией сердца, разбуханием клеточных митохондрий и притупленной реакцией на изопротеренол (агонист бета-адренорецепторов); при этом добавление в диету меди может прератить эти изменения в сердце и улучшить электропроводность [75, 118]. Имеются данные, что у пациента с мутациями в SCO₂, имевшего тяжелую гипертрофическую кардиомиопатию, прием препарата медь-гистидин приводил к улучшению функции сердца, тем самым демонстрируя ослабление кардиомиопатии и нормализацию артериального давления [90].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оригинальные исследования P. Tsvetkov и соавт. [261] показали, что митохондриальный глутатион может замедлять медь-индуцированную гибель клеток путем подавления трансформации липоилирования ферментов цикла Кребса и стимулирования олигомеризации DLAT. Однако ряд морфологических изменений в митохондриях, включая сокращение митохондрий, увеличение плотности мембран и фрагментацию митохондрий, которые наблюдаются во время ферроптоза, не обнаруживаются при купроптозе.

Хотя механизм купроптоза как недавно открытой формы клеточной гибели продолжает усиленно изучаться, точные детали, лежащие в его основе, в настоящее время изучены недостаточно, однако показано, что трансформация пути липоевой кислоты играет ключевую роль в развитии купроптоза. Остаются открытыми вопросы о том, участвуют ли в купроптозе и другие метаболические пути и как агрегация липоилированных митохондриальных ферментов запускает медь-зависимые сигнальные каскады, которые приводят к гибели клеток.

Принимая во внимание, что накопление меди происходит при различных заболеваниях и состояниях, включая болезнь Вильсона, некоторые нейродегенеративные и раковые заболевания, разумно предположить, что купроптоз может участвовать в патогенезе этих заболеваний и, следовательно, служить потенциальной терапевтической мишенью. Основываясь на выводе о том, что хелаторы меди проявляют мощный подавляющий эффект на купроптоз, было бы важно осуществлять соответствующие стратегии депривации меди для снижения уровня внутриклеточных ионов Cu²⁺ в условиях избытка меди, например, используя хелатор меди, чтобы уменьшить потребление меди с пищей и/или генетически модифицированные транспортеры ионов меди.

Поскольку купроптоз был выявлен совсем недавно, к настоящему времени еще не выявлены его надежные биомаркеры, что ограничивает возможность определять, вовлечен ли купроптоз в конкретное патологическое состояние человека. Отсутствие специфичных для купроптоза биомаркеров ограничивает развитие клинических применений, нацеленных на купроптоз. Таким образом, необходимо установить надежные и чувствительные биомаркеры купроптоза для его идентификации при различных заболеваниях.

Современная стратегия лечения купрозависимых заболеваний — использование высокопроизводительного функционального скрининга в сочетании с искусственным интеллектом, что ускорит разработку новых комплексных соединений, нацеленных на купроптоз. Для максимальной безопасности и эффективности этих терапевтических препаратов фармакологические исследования должны подтвердить их специфичную целенаправленную доставку в пораженные органы человека.

Преодоление этих ключевых препятствий улучшит понимание современными учеными роли, которую купроптоз играет в различных патофизиологических состояниях, обеспечит четкое научное обоснование клинической разработки стратегий, направленных на использование купроптоза с целью лечения и/или для профилактики заболеваний, обусловленных избытком меди.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Вклад каждого автора: В.И. Ващенко, А.Б. Чухловин, П.Д. Шабанов — анализ данных литературы, обсуждение, написание статьи; В.И. Ващенко — общая концепция.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contributions. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria (all authors made a significant contribution to the concept development, research, and preparation of the article, and read and approved the final version before publication). Contribution of each author: V.I. Vashchenko, A.B. Chukhlovin, P.D. Shabanov — analysis of data literature, discussion, article writing; V.I. Vashchenko — general concept.

Conflict of interest. The authors declare no obvious or potential conflicts of interest related to the publication of this article.

Source of funding. The authors declare that they received no external funding for the study.

About the authors

Vladimir I. Vashchenko

Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: vladimir-vaschenko@yandex.ru

Dr. Sci. (Biology)

Russian Federation, 194044 Saint Petersburg, Academician Lebedev str., 6

Alexey B. Chuklovin

Raisa Gorbacheva Memorial Research Institute of Pediatric Oncology, Hematology and Transplantation

Email: alexei.chukh@mail.ru
SPIN-code: 3050-7030

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Kirov Military Medical Academy

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

MD, Dr. Sci. (Medicine), professor

Russian Federation, 194044 Saint Petersburg, Academician Lebedev str., 6

References

Supplementary files