铜死亡与肾细胞癌关系的研究进展

曾丹，施鸿金，王剑松，海冰，张劲松

1 昆明医科大学第二附属医院泌尿外科，昆明 650101；2 昆明医科大学第二附属医院呼吸内科

肾细胞癌（RCC）又称肾腺癌，简称肾癌，发病率占成人恶性肿瘤的2%～3%，是泌尿系统致死率最高的恶性肿瘤。RCC 分为许多不同类型，其中透明细胞肾癌是肾细胞癌的主要组织学亚型，另外还有乳头状肾细胞癌、MIT 家族易位性肾细胞癌等，不同类型肾癌在遗传学、生物学和行为学等方面都有差异［1］。肾癌的诊断包括临床诊断及病理诊断，临床诊断主要依靠影像学检查，但肾癌确诊需依据病理学检查。随着人们对体检越来越重视及影像学等检查的进步，大部分患者在诊断时属于无症状，但仍有部分患者诊断时已是晚期或正逐步进展至晚期［2］。肾癌的治疗方式主要由其分期决定，目前主要治疗方法包括外科手术治疗、药物靶向治疗和免疫治疗。铜离子是人体内许多生物酶的辅助因子，但当细胞内铜累积后可能导致细胞死亡，即铜死亡［3］。铁氧还原蛋白1（FDX1）和蛋白脂酰化是铜离子载体诱导细胞死亡过程中的关键调节因子，该过程的关键信号通路为铁氧还原蛋白1-硫辛酸合成酶（FDX1-LIAS）轴。且有研究发现，铜死亡相关基因的突变及差异表达广泛存在于多种恶性肿瘤中［4］。铜离子的过度积累会产生细胞毒性，增加细胞内铜离子浓度还可以对癌细胞起到特异性杀伤作用［5］。铁死亡是一种独特的铁依赖的非凋亡细胞死亡形式，铁死亡的激活导致某些癌细胞的非凋亡性破坏［6］，既往有研究发现铁死亡有望成为肿瘤精准治疗的潜在靶点［7］，铜死亡作为一种新发现的细胞死亡方式，也可能在肾细胞癌诊疗过程中发挥作用而成为新的研究方向，本研究对铜死亡与肾细胞癌的关系综述如下。

1 铜死亡概述

1.1 铜死亡定义 铜是一种微量元素，是一种氧化还原活性金属离子，是大多数需氧生物所必需的。铜是酶的催化和结构辅因子，这些酶在能量产生、铁获取、氧运输、细胞代谢等许多过程中发挥作用。铜是必需酶的辅因子，因此在从细菌和真菌到植物、动物和人类的生物体中的生物活性中起关键作用，无论是缺乏还是过量都可能导致疾病的发生［8］。正常生理状态下，机体通过精准的代谢调控将胞内的铜离子维持在相对稳定的水平，但当其浓度超过一定阈值时，就会对机体产生毒害作用，严重时甚至诱发细胞死亡。铜离子通过铜离子载体穿梭到细胞内，当细胞内铜累积后可能导致细胞死亡。

1.2 铜死亡机制 作为一种新发现的细胞死亡机制，铜诱导的细胞死亡与细胞代谢尤其是铜代谢的变化密切相关。铜中毒后铜离子直接结合三羧酸循环途径的脂质酰化组分，导致脂质酰化蛋白质的异常聚集和铁硫簇蛋白质的损失，并导致蛋白毒性应激反应，导致细胞死亡，过量铜引发的蛋白硫辛酰化水平下降及Fe-S 簇蛋白的不稳定可能是导致细胞死亡的重要原因，且具有高水平脂酰化蛋白的细胞系对铜诱导的细胞死亡敏感［3］。目前研究表明，FDX1 和蛋白脂酰化是铜离子载体诱导细胞死亡过程中的关键调节因子，该过程的关键信号通路FDX1-LIAS 轴在调节细胞氧化应激中发挥重要作用，可诱导或促进细胞死亡［4］。

2 铜死亡与肾癌的关系

2.1 铜死亡与肿瘤微环境（TME）浸润 TME 即肿瘤细胞产生和生活的内环境，其中不仅包括了肿瘤细胞本身，还有其周围的成纤维细胞、免疫和炎性细胞、胶质细胞等各种细胞，同时也包括附近区域内的细胞间质、微血管以及浸润在其中的生物分子。肾细胞癌肿瘤微环境具有广泛免疫浸润性、高度血管化及纤维化的特点，这些特征是免疫治疗应用于肾癌的基础，肿瘤微环境可影响患者的治疗反应和预后［9］。

不同铜死亡相关基因表达模式的透明细胞肾癌患者在临床特征、免疫细胞浸润和功能、生物学过程等方面有明显差异［10］。有研究发现，铜死亡特征与肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）浸润相关，铜死亡高得分组TIL 效应基因表达水平较高［11］。铜死亡相关基因可反应不同类型免疫细胞的浸润水平，铜死亡可能通过调节免疫微环境影响透明细胞肾癌的治疗和预后［12］。利用铜死亡基因构建的风险评分可预测患者各免疫细胞浸润水平，该风险评分与B 细胞、CD8+T细胞、自然杀伤细胞、调节性T 细胞和T 细胞的浸润呈正相关，而与嗜酸性粒细胞、肥大细胞和中性粒细胞呈负相关［13］。铜死亡基因与TME 密切相关，这有可能增强对铜死亡的了解并支持更有效的免疫治疗策略的开发，但其与透明细胞肾癌肿瘤免疫之间的潜在机制目前尚不清楚，值得进一步研究。

关于铜死亡核心基因FDX1 基因的研究发现，FDX1 基因表达与不同的免疫细胞浸润表现出不同的相关性；T 细胞耗竭标志物如程序性死亡受体1（PD-1）、细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4、淋巴细胞活化基因3 与FDX1 表达呈负相关［14］。另一项包括FDX1 在内的4 个铜死亡基因在内的研究也发现，FDX1 可以反映免疫细胞浸润与肿瘤突变负荷，且FDX1 低表达组预后较差［11］。FDX1 可能在透明细胞肾癌的免疫调节过程中起关键作用，还可能影响免疫细胞浸润和免疫治疗的结局。

长链非编码RNA（LncRNA）是指长度大于200个核苷酸的非编码RNA［15］。而关于LncRNA 的研究发现，预后不良的高危组具有较高的免疫和肿瘤纯度（ESTIMATE）评分，较低的肿瘤纯度，并且各种免疫细胞浸润明显不同［16］。表明除了铜死亡基因，铜死亡LncRNA 特征也能够评估个体免疫细胞的浸润水平，但仍需要进一步的前瞻性研究进行验证，铜死亡在肿瘤微环境中的机制也需进一步探索。

除了对透明细胞肾癌的研究，还有研究对乳头状细胞肾癌进行探讨，使用铜死亡相关基因建立了铜死亡评分，发现较高的风险评分与较高的免疫学评分、ESTIMATE 评分等显著相关［17］。铜死亡在评估除了透明细胞肾癌的其他肾癌亚型的免疫细胞浸润方面也有一定潜力。

铜死亡相关特征与肾癌患者肿瘤微环境浸润相关，进一步研究后可用于临床预测肾癌患者的免疫细胞浸润情况，而肿瘤微环境的一系列特征是免疫治疗的基础，通过铜死亡相关特征，评估患者肿瘤微环境可以更精准的指导患者的治疗。

2.2 铜死亡与肾癌治疗 随着对肾癌认识的提高，肾癌的治疗已由单一外科治疗向综合性治疗转变。局限性肾细胞癌首选手术，局部进展期肾癌予根治性肾切除术，晚期/转移性肾癌以免疫治疗及靶向治疗等全身药物治疗为主。

有研究发现，铜死亡相关基因的表达可以指导肾透明细胞癌患者的治疗。铜死亡相关基因低表达组对PD-1 抑制剂治疗反应明显优于高表达组［4］，提示铜死亡可以指导肾透明细胞癌免疫治疗。另一项研究证实，利用铜死亡相关基因构建的评分系统可用于指导肾透明细胞癌患者的免疫治疗及靶向治疗，该研究还提出对于低铜死亡评分组，常规靶向治疗结合指南推荐的免疫治疗可作为一线治疗方案，而高评分组则推荐阿昔替尼、帕博利珠单抗、转化生长因子β1抑制剂作为一线治疗方案［18］。铜死亡相关基因能有效预测靶向治疗和免疫治疗的预后和疗效，对肾癌治疗有一定的指导作用，但需要更多的免疫治疗和靶向治疗队列来验证和优化结论。

一项研究利用FDX1 在内的四种铜死亡基因构建了CuproScore评分系统，发现PD-1和CTLA 4在高风险组和低风险组中的表达不同，PD-1 在低风险组中高度表达，而CTLA4 在高风险组中高度表达，更重要的是，该评分系统能够预测抗PD-1 治疗反应［11］。使用13 个铜死亡相关基因特征（CuAGS-13）作为肾透明细胞癌患者对免疫检查点抑制剂（ICI）、贝伐珠单抗、舒尼替尼治疗反应预测因子的另一项研究发现，CuAGS-13评分可作为肾透明细胞癌患者对ICI、ICI加抗血管生成药物、舒尼替尼治疗反应的预测指标［19］。

铜死亡可预测ICB、mTOR 抑制剂的疗效，并为肾癌的治疗提供指导。有研究基于43 个铜死亡相关基因构建了铜死亡特征，结果显示高分组对免疫检查点阻断（ICB）治疗显示出更好的疗效［20］。通过单变量和多变量Cox 风险回归建立铜死亡相关预后（CRP）模型，并对不同CRP 风险组患者对哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制剂的反应进行研究，发现CRP低风险患者使用mTOR抑制剂依维莫司治疗可能获得更好的临床疗效［21］。

对乳头状肾细胞癌的研究发现，高肿瘤突变负荷（TMB）患者可能比低TMB 患者对免疫治疗的反应更好；铜死亡高风险类别的TMB 低于低风险类别，低风险类别可能从免疫治疗中获益［17］。铜死亡相关特征不仅可用于指导透明细胞肾癌用药，也可用于指导其他亚型肾癌的治疗。

除了对相关基因的研究，还有研究利用铜死亡相关的10 个LncRNA 构建预后模型，发现高风险组患者对ICI 治疗的反应可能较差［22］，该预测模型可能有助于更好的选择透明细胞肾癌治疗方案。同样关于铜死亡相关LncRNA 的另一项研究中，根据LncRNA 构建的预后特征，并预测了不同药物在癌细胞中的半数抑制浓度，证实LncRNA 同样具有预测药物疗效的潜力［16］。除了铜死亡相关基因，其相关LncRNA也可以用于指导肾细胞癌患者的治疗。

转移性肾癌的全身治疗包括化疗、靶向治疗及免疫治疗等，其中免疫检查点的单药或联合治疗由于可使转移性肾细胞癌患者在生存上明显获益而被列为已、二线治疗用药。铜死亡相关基因、LncRNA等特征可预测肾细胞癌患者对不同药物的反应，具有预测不同药物疗效的潜力。若在治疗前可筛选出疗效更佳的药物，有望改善肾癌患者预后。

2.3 铜死亡与肾癌预后 影响肾癌预后的主要因素包括包括肿瘤的解剖因素、组织学因素、临床因素、分子因素等。美国东部肿瘤协作组评分、Fuhrman 分级、肿瘤分期是影响肾癌患者预后的独立因素［23］。目前用于预测肾癌患者预后的评价体系较多，如加利福尼亚大学洛杉矶分校科研人员开发的肾癌风险分级系统、斯罗恩-凯特琳纪念癌症中心模型、肿瘤分期、肿瘤大小、肿瘤病理分级以及肿瘤坏的评分系统等［24］，而近期研究发现，依据铜死亡相关特征建立的评分系统也可用于预测肾癌患者的生存率及预后。

有研究筛选7 个铜死亡基因并建立铜死亡风险评分，发现高风险组比低风险组死亡病例更多、生存概率差；肿瘤分级和分期较高患者的风险评分较高，而不同年龄和性别之间的风险评分比较差异无统计学意义，表明该风险评分可以预测透明细胞肾癌个体的预后［20］。而另一项关于铜死亡基因的研究发现风险评分与男性、较高的肿瘤分期和较高的组织学分级显著相关；进一步验证发现，高风险组总生存率显著低于低风险组［13］。以上两项研究均使用铜死亡相关基因建立风险评分，并研究评分与透明细胞肾癌患者预后之间的关系，最后均证实基于铜死亡相关基因的风险评分与患者病理特征、预后及生存率相关，可用于预测患者生存率及预后。但两项研究属于回顾性研究，还需前瞻性研究进一步验证。另外有研究发现，铜死亡相关基因的风险评分与患者总生存期显著负相关，铜相关基因标记可以作为透明细胞肾癌患者的潜在预后预测因子，并可能为癌症治疗提供新的见解［25］。利用铜死亡相关基因构建的预测模型可以高度准确地预测患者总生存期（OS）/无进展生存时间，甚至是复发风险［19］，以铜死亡基因为基础的预后模型对透明细胞肾癌患者的预后有较好的预测效果和临床应用价值［10］。

关于核心基因FDX1 的研究发现，FDX1 在透明细胞肾癌中具有良好的诊断效能，且FDX1 表达水平还可预测患者预后［12］。透明细胞肾癌样本的FDX1 基因表达水平显著低于正常组织样本；较低的FDX1 基因表达水平与较高的癌症分级和更晚期的肿瘤-淋巴结-转移阶段密切相关；低FDX1 表达的透明细胞肾癌患者的OS 短于高FDX1 表达的患者；单因素和多因素Cox回归分析显示FDX1基因是透明细胞肾癌的独立预后因素［14，26-27］。铜死亡基因FDX1 表达减弱与预后不良相关，高表达FDX1 是个好的预后因素［11］，FDX1 可能在透明细胞肾癌的发生、发展中起关键作用，FDX1 对透明细胞肾癌患者的总生存期、疾病特异性生存期和无进展生存期有潜在预测价值［19，28］。

有关铜死亡相关LncRNA 与透明细胞肾癌患者预后的研究鉴定了与铜死亡显著相关的LncRNA后，构建了CRG 评分，结果发现III、IV 期患者CRG评分明显高于I、II 期患者，表明该评分系统可以区分透明细胞肾癌患者的临床病理特征，还与患者的生存期等密切相关，CRG 评分有潜力成为透明细胞肾癌独立预后预测因素［16］。而另一项研究则使用10 种铜死亡相关LncRNA 来构建预后预测模型，并进行风险评分，结果发现高风险组总生存期显著较短，高风险组的无进展生存期显著低于低风险组；还发现对于不同的分组，除N1 期外，低风险组的总生存率均较低风险组高［22］。基于铜死亡相关LncRNA的预测模型在预测透明细胞肾癌患者预后方面具有高度准确性［29］。结果均显示铜死亡相关LncRNA 可用于预测透明细胞肾癌患者的预后，为透明细胞肾癌患者的个体化治疗提供了重要依据。在未来，靶向铜死亡相关LncRNA 将成为透明细胞肾癌一种有前景的治疗策略。但几项研究均存在一定限制，还需进一步研究验证。

此外，有研究建立了可预测乳头状肾细胞癌患者预后和治疗反应性的铜死亡评分，并在乳头状肾细胞癌患者中进行了验证，证实风险评分的1、3、5年预后效率受试者工作特征曲线下面积高，该评分具有预测乳头状肾细胞癌患者预期寿命的能力，且较低的风险评分与较高的肿瘤突变负荷和免疫活性相关，提示预后较好［17］。目前的大量研究均是针对透明细胞肾癌，而此项研究则是针对乳头状细胞肾癌，其结果同样证明铜死亡相关特征可用于预测肾癌患者预后。

以往评分体系的评价指标为患者TNM 分期、Fuhrman 分级、肿瘤坏死及大小等特征，而根据患者铜死亡构建的评分系统建立在铜死亡基因、LncRNA等特征之上，与以往评分系统大不相同，可极大丰富肾癌患者预后评价系统，有助于更准确预测患者预后。

肾癌作为泌尿系致死率高的肿瘤，严重威胁患者生命安全。不断寻找更简便的诊断方法和更精准的治疗策略对改善肾癌患者预后有重要意义。目前有关铜死亡在肾癌诊疗过程中作用的研究均为回顾性研究，且样本例数等有限，仍存在一定局限性，还需要大量前瞻性的研究进行进一步的验证，且铜死亡在恶性肿瘤各环节中发挥作用的具体机制也还需进一步明确。此外，目前大量研究局限于透明细胞肾癌一种肾癌亚型，对于其他亚型的研究极少，仍需更大量的研究对铜死亡在透明细胞肾癌中的应用进行深入研究，并拓展铜死亡在其他肾癌亚型中的研究。更深入研究铜死亡在恶性肿瘤发生、发展中发挥的作用及其机制，可以促进肾癌及其他恶性肿瘤诊疗的进一步发展。