DOI: https://doi.org/10.1007/s11596-024-2832-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38336987
تاريخ النشر: 2024-02-01
المؤلف: Xiao-xia Ban وآخرون
الموضوع الرئيسي: العناصر النزرة في الصحة
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة الدور الحاسم للنحاس كعنصر تتبع أساسي في الفسيولوجيا البشرية، مع التركيز بشكل خاص على مشاركته في الحفاظ على توازن النحاس. يمكن أن تؤدي الاضطرابات في مستويات النحاس، سواء كانت نقصًا أو زيادة، إلى آثار خلوية سلبية، بما في ذلك شكل محدد من موت الخلايا يعرف باسم الكوبروتوبسيس. يتميز هذا العملية بتجمع البروتينات الميتوكوندرية الملبسة بالليبيدات وفقدان بروتينات مجموعة الحديد والكبريت، مما يربط عدم تنظيم النحاس بمرض التنكس العصبي. تسلط المراجعة الضوء على التقدمات الأخيرة في فهم توازن النحاس والكوبروتوبسيس داخل الجهاز العصبي، مقترحة طرق علاجية محتملة لعلاج الاضطرابات التنكسية العصبية.
تؤكد الخاتمة على أهمية النحاس في مسارات بيولوجية كيميائية مختلفة، بما في ذلك التنفس الميتوكوندري وإدارة الإجهاد التأكسدي. يمكن أن تؤدي زيادة النحاس داخل الخلايا إلى أضرار أكسيد ضارة وتساهم في الالتهاب العصبي وتجمع البروتينات، مما يزيد من تفاقم الأمراض العصبية. يبرز النص ضرورة تنظيم مستويات النحاس بشكل دقيق، خاصة في الدماغ، لمنع السمية مع ضمان وظيفة فسيولوجية كافية. ويحدد توازن النحاس كهدف واعد لاستراتيجيات علاجية في الاضطرابات الوراثية والأمراض التنكسية العصبية، مثل مرض ويلسون، ومرض منكس، ومرض الزهايمر (AD)، ومرض باركنسون (PD)، والتصلب الجانبي الضموري (ALS)، ومرض هنتنغتون (HD). ومع ذلك، يشير أيضًا إلى أن المزيد من البحث مطلوب لتوضيح آليات نقل النحاس واستخدامه، مما قد يكشف عن أهداف علاجية إضافية.
نقاش
يسلط النقاش حول الأيض النحاسي النظامي والخلوى الضوء على الدور الأساسي للنحاس في عمليات بيولوجية مختلفة وآلياته التنظيمية المعقدة داخل جسم الإنسان. يعمل النحاس كعامل مساعد حاسم لأكثر من 20 إنزيمًا ويُخزن بشكل أساسي في العضلات والعظام والكبد. يحدث امتصاص النحاس بشكل أساسي في الأمعاء الدقيقة من خلال بروتين ناقل النحاس 1 (CTR1) ويسهل ذلك بواسطة مختزلات المعادن. من الجدير بالذكر أن حالات مثل مرض ويلسون ومرض منكس توضح عواقب عدم توازن النحاس، مما يؤدي إلى إما زيادة النحاس أو نقصه، على التوالي. في مرض ويلسون، تعيق الطفرات في جين ATP7B إفراز النحاس، مما يؤدي إلى تراكم سام، بينما ينشأ مرض منكس من طفرات ATP7A التي تعيق امتصاص النحاس، مما يؤدي إلى نقص نظامي.
على المستوى الخلوي، يتم تنظيم نقل النحاس وتوازنه بواسطة بروتينات شابير مختلفة، مثل ATOX1 وCCS، التي تسهل توصيل النحاس إلى أهداف خلوية محددة، بما في ذلك الميتوكوندريا وسوبر أكسيد ديسموتاز (SOD1). توازن النحاس أمر حاسم، حيث يمكن أن تؤدي كل من الزيادة والنقص إلى تلف خلوي وتكون مرتبطة بأمراض تنكسية عصبية مثل مرض الزهايمر ومرض هنتنغتون. في مرض الزهايمر، على سبيل المثال، يتفاعل النحاس مع ببتيدات الأميلويد-بيتا (Aβ)، مما يؤثر على تجمعها وتفككها، بينما يؤثر أيضًا على الالتهاب العصبي والإجهاد التأكسدي. تؤكد النتائج على تعقيد الأيض النحاسي وآثاره الكبيرة على الصحة والمرض، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث في التدخلات العلاجية التي تستهدف توازن النحاس.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11596-024-2832-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38336987
Publication Date: 2024-02-01
Author(s): Xiao-xia Ban et al.
Primary Topic: Trace Elements in Health
Overview
The section discusses the critical role of copper as an essential trace element in human physiology, particularly emphasizing its involvement in maintaining copper homeostasis. Disruptions in copper levels, whether deficiency or excess, can lead to adverse cellular effects, including a specific form of cell death known as cuproptosis. This process is characterized by the aggregation of mitochondrial lipoylated proteins and the loss of iron-sulfur cluster proteins, linking copper dysregulation to the pathogenesis of neurodegenerative diseases. The review highlights recent advancements in understanding copper homeostasis and cuproptosis within the nervous system, suggesting potential therapeutic avenues for treating neurodegenerative disorders.
The conclusion reiterates copper’s significance in various biochemical pathways, including mitochondrial respiration and oxidative stress management. Excessive intracellular copper can lead to harmful oxidative damage and contribute to neuroinflammation and protein aggregation, exacerbating neurological diseases. The text underscores the necessity of tightly regulating copper levels, particularly in the brain, to prevent toxicity while ensuring adequate physiological function. It identifies copper homeostasis as a promising target for therapeutic strategies in genetic disorders and neurodegenerative diseases, such as Wilson disease, Menkes disease, Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and Huntington’s disease (HD). However, it also notes that further research is needed to elucidate the mechanisms of copper transport and utilization, which could unveil additional therapeutic targets.
Discussion
The discussion on systemic and cellular copper metabolism highlights the essential role of copper in various biological processes and its intricate regulatory mechanisms within the human body. Copper serves as a critical cofactor for over 20 enzymes and is predominantly stored in muscle, bone, and the liver. The absorption of copper occurs primarily in the small intestine through copper transporter protein 1 (CTR1) and is facilitated by metal reductases. Notably, conditions such as Wilson disease and Menkes disease illustrate the consequences of disrupted copper homeostasis, leading to either copper overload or deficiency, respectively. In Wilson disease, mutations in the ATP7B gene hinder copper excretion, resulting in toxic accumulation, while Menkes disease arises from ATP7A mutations that impair copper absorption, leading to systemic deficiency.
At the cellular level, copper transport and homeostasis are regulated by various chaperone proteins, such as ATOX1 and CCS, which facilitate copper delivery to specific cellular targets, including mitochondria and superoxide dismutase (SOD1). The balance of copper is crucial, as both excess and deficiency can lead to cellular damage and are implicated in neurodegenerative diseases like Alzheimer’s and Huntington’s disease. In Alzheimer’s disease, for instance, copper interacts with amyloid-beta (Aβ) peptides, influencing their aggregation and degradation, while also affecting neuroinflammation and oxidative stress. The findings underscore the complexity of copper metabolism and its significant implications for health and disease, emphasizing the need for further research into therapeutic interventions targeting copper homeostasis.