铜转运蛋白CTR1/CHCA-1缺陷的铜缺乏症：饮食干预拯救线虫模型表型

《PLOS Genetics》：A C. elegans model of copper deficiency: Dietary interventions rescue CTR1/CHCA-1 copper transporter mutant phenotype

本研究通过构建铜转运蛋白CTR1/CHCA-1缺陷的线虫模型，揭示其因铜缺乏导致发育迟缓的表型与人类患者症状相似。研究发现，通过切换至OP50菌株或补充谷胱甘肽二硫化物（GSSG）可重塑突变体转录组、上调CTR1样铜转运蛋白表达，从而挽救表型，为铜缺乏症提供了潜在饮食干预策略。

　　

铜转运蛋白CHCA-1在HT115饮食下对线虫发育至关重要

研究通过筛选发现，携带chca-1基因突变的线虫在食用HT115菌株时出现严重发育延迟，而该表型可通过肠道特异性表达chca-1基因挽救，表明CHCA-1在肠道中发挥核心作用。

chca-1突变体在HT115饮食下的发育表型源于铜缺乏

突变体体内铜含量显著降低，补充氯化铜（CuCl₂）或铜离子载体elesclomol（ES）可恢复铜水平并挽救发育缺陷。同时，突变体ATP合成减少，提示铜缺乏损害线粒体呼吸功能。

饮食切换改善chca-1突变体发育缺陷

突变体在OP50饮食下发育速率接近野生型，且铜含量和ATP水平显著提升。值得注意的是，OP50与HT115的铜总量无差异，表明OP50中特定成分（如GSSG）而非铜含量本身介导了拯救效应。其他B菌株（如BL21）同样可缓解表型，而K-12菌株（如BW25113）则无此效果。

OP50补充挽救chca-1突变体表型

仅添加1% OP50至HT115饮食即可显著改善突变体发育延迟和铜缺乏，提示OP50中存在强效铜吸收促进因子。

GSSG补充部分挽救chca-1突变体缺陷

GSSG在OP50中富集（较K-12菌株高34倍），补充GSSG可提升突变体铜含量并改善发育速率，但对细菌自身铜含量无影响。此外，GSSG还能恢复突变体的咽泵频率、繁殖能力和运动能力，且不改变细胞内谷胱甘肽（GSH）水平，表明其作用独立于GSH代谢。

携带患者突变位点的chca-1敲入线虫重现表型

构建对应人类CTR1-L79P的线虫CHCA-1-L63P突变体，其表现出与chca-1缺失突变体相似的发育延迟和铜缺乏，且该表型同样可被OP50、CuCl₂、ES或GSSG干预挽救，证实该突变在疾病中的致病性。

饮食干预重塑chca-1突变体转录组

RNA-seq分析显示，OP50饮食、GSSG或铜补充均能使突变体转录谱向野生型靠拢，提示饮食干预通过全局性基因表达调控缓解表型。

饮食干预上调CTR1样铜转运蛋白表达

qPCR发现OP50或GSSG补充可上调多个CTR1样转运蛋白（如K12C11.3、K12C11.6、K12C11.7）的表达。过表达这些蛋白均可挽救突变体表型，表明其功能冗余性。此外，铜伴侣蛋白cuc-1（ATOX1同源物）的表达在干预后上升，可能促进细胞内铜转运。

讨论与展望

该模型为CTR1缺陷相关铜缺乏症提供了首个可遗传的动物平台，揭示了饮食干预（如GSSG）通过调控替代铜转运蛋白表达补偿CTR1功能的潜力。未来需解析OP50中其他活性成分及其与微生物群的互作机制，以推动临床治疗策略开发。