DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1243629
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38883186
تاريخ النشر: 2024-05-31
المؤلف: Wei Song وآخرون
الموضوع الرئيسي: العناصر النزرة في الصحة
نظرة عامة
تناقش هذه القسم الدور الحاسم للنحاس (Cu) كعنصر مغذي أساسي في فسيولوجيا الإنسان، وخاصة في صحة الرئة. ويؤكد على أن التوازن السليم للنحاس أمر حيوي لعمليات خلوية متنوعة، وأن عدم التنظيم يمكن أن يؤدي إلى حالات مرضية، بما في ذلك الأمراض التنفسية مثل الربو، ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)، والتليف الرئوي مجهول السبب، وسرطان الرئة. تم تحديد شكل جديد من موت الخلايا المعتمد على النحاس، يسمى “كوبروبتوسيس”، والذي يحدث من خلال ارتباط أيونات النحاس بمكونات مدهونة بالليبوي في دورة حمض التريكربوكسيليك (TCA)، مما يؤدي إلى تجمع البروتينات وسُمية خلوية.
تؤكد المراجعة على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات التي يتفاعل بها النحاس مع العدوى والاستجابات المناعية في الأمراض التنفسية، فضلاً عن الإمكانات العلاجية لاستهداف النحاس وكوبروبتوسيس. كما تسلط الضوء على ارتباط مستويات النحاس المتغيرة بمختلف أمراض الرئة وتقترح أن كوبروبتوسيس قد يكون نقطة تقاطع حاسمة في مسببات الأمراض المرتبطة بالأمراض التنفسية المصاحبة. تدعو النتائج إلى مزيد من الدراسات التجريبية والسريرية لاستكشاف علاج النحاس كاستراتيجية علاجية محتملة لهذه الأمراض، مما يعزز فهم استقلاب النحاس وآثاره على صحة الجهاز التنفسي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للنحاس (Cu) كمعادن نشطة في الأكسدة والاختزال تشارك في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية، وخاصة كعامل مساعد في ما لا يقل عن 30 بروتين معدني ينظم العمليات الفسيولوجية الأساسية، بما في ذلك استقلاب الطاقة والتنفس الميتوكوندري. بينما يعتبر النحاس حيويًا لوظائف خلوية متنوعة، فإن تراكمه يمكن أن يؤدي إلى اختلالات استقلابية وموت الخلايا من خلال آليات مثل موت الخلايا المبرمج، والبيوروبتوسيس، والالتهام الذاتي. تم تحديد مسار جديد لموت الخلايا يسمى “كوبروبتوسيس”، الذي حددته تسفيتكوف وآخرون في عام 2022، يكشف أن النحاس يمكن أن يحفز موت الخلايا المنظم من خلال الارتباط بالبروتينات المدهونة بالليبوي في دورة حمض التريكربوكسيليك (TCA)، مما يؤدي إلى إجهاد بروتيني.
تتناول المقدمة أيضًا الزيادة المتزايدة في حالات الأمراض التنفسية الحادة والمزمنة، والتي تم ربطها بارتفاع مستويات النحاس في البلغم وأنسجة الرئة للمرضى المتأثرين. يرتبط عدم تنظيم توازن النحاس باضطراب المناعة، والإجهاد التأكسدي، والالتهاب المزمن، وكلها قد تفاقم الحالات التنفسية. تهدف الدراسة إلى تلخيص العلاقة بين عدم تنظيم النحاس والأمراض التنفسية مع استكشاف الأهداف العلاجية المحتملة للعلاج السريري.
نقاش
يتناول قسم النقاش في ورقة البحث توازن النحاس (Cu)، وأدواره الفسيولوجية، وآثار عدم تنظيم النحاس في الأمراض التنفسية. يتم الحصول على النحاس بشكل أساسي من المدخول الغذائي، حيث يتراوح المدخول اليومي الموصى به للبالغين من 0.8 إلى 2.4 ملغ. يحافظ الجسم على مستويات النحاس من خلال نظام معقد يتضمن الناقلات والمرافقين الذين ينظمون امتصاصه، وتوزيعه، وإخراجه. من الجدير بالذكر أن النحاس ضروري لوظيفة الإنزيمات النشطة في الأكسدة والاختزال ويلعب دورًا كبيرًا في الاستجابة المناعية، وإدارة الإجهاد التأكسدي، والالتهاب. يمكن أن يؤدي عدم تنظيم مستويات النحاس – سواء كان نقصًا أو زيادة – إلى مجموعة متنوعة من المشاكل الصحية، وخاصة الأمراض الرئوية المزمنة مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن والربو، من خلال إضعاف وظيفة المناعة وتعزيز الإجهاد التأكسدي.
يتناول القسم أيضًا الدور المزدوج للنحاس في الالتهاب وتكوين الأوعية. يمكن أن تؤدي مستويات النحاس المرتفعة إلى تفاقم الاستجابات الالتهابية والحالات الرئوية المزمنة من خلال تنشيط مسارات الإشارة التي تزيد من السيتوكينات المؤيدة للالتهاب. من ناحية أخرى، يرتبط نقص النحاس بالالتهاب المزمن، مما يشير إلى تفاعل معقد بين مستويات النحاس والاستجابات المناعية. علاوة على ذلك، يتم تسليط الضوء على دور النحاس في تكوين الأوعية، حيث إنه ضروري لوظيفة خلايا بطانة الأوعية وقد يساهم في حالات مرضية مثل ارتفاع ضغط الدم الرئوي والسرطان. يتم تقديم المفهوم الناشئ لـ “كوبروبتوسيس”، وهو شكل من موت الخلايا المعتمد على النحاس يختلف عن المسارات المعروفة الأخرى، مما يشير إلى إمكانية النحاس كهدف علاجي في علاج السرطان وعلاقته المعقدة مع نقص الأكسجين واستقلاب الخلايا. بشكل عام، تؤكد النتائج على التوازن الحاسم المطلوب لتوازن النحاس وتأثيره المتعدد الأوجه على الصحة، وخاصة في الأمراض التنفسية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1243629
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38883186
Publication Date: 2024-05-31
Author(s): Wei Song et al.
Primary Topic: Trace Elements in Health
Overview
The section discusses the critical role of copper (Cu) as an essential micronutrient in human physiology, particularly in lung health. It emphasizes that proper Cu homeostasis is vital for various cellular processes, and dysregulation can lead to pathological conditions, including respiratory diseases such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), idiopathic interstitial fibrosis, and lung cancer. A novel form of Cu-dependent cell death, termed cuproptosis, has been identified, which occurs through the binding of Cu ions to lipoylated components of the tricarboxylic acid (TCA) cycle, resulting in protein aggregation and cellular toxicity.
The review underscores the need for further investigation into the mechanisms by which Cu interacts with infections and immune responses in respiratory diseases, as well as the therapeutic potential of targeting Cu and cuproptosis. It highlights the association of altered Cu levels with various lung diseases and suggests that cuproptosis may serve as a critical intersection in the pathogenesis of comorbid respiratory conditions. The findings advocate for additional experimental and clinical studies to explore Cu therapy as a potential treatment strategy for these diseases, thereby enhancing the understanding of Cu metabolism and its implications in respiratory health.
Introduction
The introduction highlights the critical role of copper (Cu) as a redox-active metal involved in numerous biochemical reactions, particularly as a cofactor in at least 30 metalloproteins that regulate essential physiological processes, including energy metabolism and mitochondrial respiration. While Cu is vital for various cellular functions, its accumulation can lead to metabolic dysfunctions and cell death through mechanisms such as apoptosis, pyroptosis, and autophagy. A novel cell death pathway termed “cuproptosis,” identified by Tsvetkov et al. in 2022, reveals that Cu can induce regulated cell death by binding to lipoylated proteins in the tricarboxylic acid (TCA) cycle, resulting in proteotoxic stress.
The introduction further discusses the increasing incidence of acute and chronic respiratory diseases, which have been correlated with elevated Cu levels in the sputum and lung tissues of affected patients. Dysregulated Cu homeostasis is implicated in immune dysregulation, oxidative stress, and chronic inflammation, all of which may exacerbate respiratory conditions. The study aims to summarize the relationship between Cu dysregulation and respiratory diseases while exploring potential therapeutic targets for clinical treatment.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on copper (Cu) homeostasis, its physiological roles, and the implications of Cu dysregulation in respiratory diseases. Cu is primarily sourced from dietary intake, with recommended daily intake for adults ranging from 0.8 to 2.4 mg. The body maintains Cu levels through a complex system involving transporters and chaperones that regulate its absorption, distribution, and excretion. Notably, Cu is crucial for the function of redox-active enzymes and plays a significant role in immune response, oxidative stress management, and inflammation. Dysregulation of Cu levels—either deficiency or excess—can lead to various health issues, particularly chronic lung diseases such as COPD and asthma, by impairing immune function and promoting oxidative stress.
The section also discusses the dual role of Cu in inflammation and angiogenesis. Elevated Cu levels can exacerbate inflammatory responses and chronic lung conditions by activating signaling pathways that increase pro-inflammatory cytokines. Conversely, Cu deficiency is linked to chronic inflammation, suggesting a complex interplay between Cu levels and immune responses. Furthermore, Cu’s role in angiogenesis is highlighted, as it is essential for endothelial cell function and may contribute to pathological conditions like pulmonary hypertension and cancer. The emerging concept of “cuproptosis,” a form of Cu-dependent cell death distinct from other known pathways, is introduced, indicating Cu’s potential as a therapeutic target in cancer treatment and its complex relationship with hypoxia and cellular metabolism. Overall, the findings underscore the critical balance required for Cu homeostasis and its multifaceted impact on health, particularly in respiratory diseases.