《International Journal of Oral Science》：Cuproptosis promotes inflammatory osteolysis via GYS1-mediated glycogen metabolism
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本研究针对铜稳态失衡如何通过铜死亡(cuproptosis)机制加剧炎症性骨溶解这一科学问题，通过临床样本分析、动物模型和细胞实验，首次揭示了过量铜通过表观遗传抑制GYS1表达，阻断糖原代谢-PPP通路，导致NADPH/GSH耗竭而加剧巨噬细胞铜死亡和破骨细胞分化的新机制，为炎症性骨疾病治疗提供了新的代谢干预靶点。
骨骼作为人体重要的矿物质储存库，其中铜元素的平衡对维持骨健康至关重要。然而当这种平衡被打破，过量的铜会引发一系列连锁反应，最终导致炎症性骨溶解——这是类风湿关节炎、骨质疏松、根尖周炎等疾病的共同病理特征。传统研究多关注于炎症因子在骨破坏中的作用，而金属离子代谢异常与骨免疫系统的交叉对话机制却鲜为人知。
在这项发表于《International Journal of Oral Science》的研究中，研究人员从临床观察入手，发现慢性根尖周炎(CAP)患者病变组织中铜转运蛋白SLC31A1和铜死亡关键蛋白DLAT表达显著升高，且与骨丢失程度呈正相关。这一现象在小鼠模型中得到了验证，提示铜稳态失衡与炎症性骨溶解存在密切联系。
为了深入探索铜死亡如何影响骨代谢，研究团队建立了一套多层次的研究体系。他们收集了19例人慢性根尖周炎组织和13例健康口腔黏膜组织进行免疫组化分析，同时构建了小鼠根尖周炎模型和颅骨骨溶解模型。在细胞层面，采用铜离子载体Elesclomol(ES)与CuCl2联合处理骨髓源性巨噬细胞(BMDMs)诱导铜死亡模型，并通过非靶向代谢组学、13C6-葡萄糖同位素示踪等技术系统分析代谢通路变化。表观遗传机制研究则通过染色质免疫共沉淀(ChIP)等技术探讨铜与H3K27me3的相互作用。
骨吸收在慢性根尖周炎中与铜死亡相关
研究人员发现CAP病变组织中SLC31A1表达显著高于健康组织，且主要富集于巨噬细胞。DLAT的升高进一步证实了铜死亡的发生。临床样本与动物实验均显示SLC31A1/DLAT水平与骨丢失正相关，ICP-MS检测证实CAP组织中铜含量升高，确立了铜失衡与炎症性骨溶解的关联。
糖原合成在铜死亡巨噬细胞中受到抑制
代谢组学分析显示，ES-Cu处理的巨噬细胞中葡萄糖-6-磷酸(G6P)显著下调，糖原合成酶1(GYS1)表达明显受抑制。Western blot证实仅有GYS1下调，而其他糖原代谢酶无变化。糖原水平检测发现铜死亡导致糖原合成受阻，这一现象可被铜螯合剂TTM逆转。
铜通过抑制GYS1破坏糖原分解衍生的G6P流入PPP
同位素示踪实验显示，铜处理导致m+6 G1P和m+5 R5P显著减少，而m+3丙酮酸无变化。关键酶活性和表达分析排除了PPP本身被抑制的可能性，证实是底物可用性降低。GYS1抑制剂MZ-101实验进一步验证了铜通过抑制GYS1阻断G6P流向PPP的机制。
糖原代谢-PPP调节铜死亡中的巨噬细胞表型
抑制GYS1后，NADPH/NADP+和GSH/GSSG比值下降，ROS水平升高，细胞存活率降低。相反，过表达GYS1可逆转这些变化，保护细胞免受铜死亡影响，明确了糖原代谢-PPP轴在维持巨噬细胞氧化还原平衡中的关键作用。
糖原代谢调节铜死亡中的破骨细胞生成
条件培养基实验表明，铜死亡巨噬细胞的培养基可显著增强破骨细胞分化，TRAP染色阳性细胞增多，破骨细胞相关基因(Acp5、Oscar、Dcstamp、Fos)表达上调，MMP9和p-Src蛋白表达增加，证实铜死亡微环境促进破骨细胞形成。
铜与H3K27me3结合表观遗传抑制GYS1表达
机制上，铜处理增加H3K27me3水平，且铜与H3K27me3共定位。ChIP实验证实H3K27me3结合GYS1启动子区域抑制其转录。H3K27me3去甲基化酶抑制剂GSK-J4可模拟铜的效应，加剧铜死亡和破骨细胞分化。
糖原代谢破坏在体内加剧铜死亡和炎症性骨丢失
动物实验显示，GYS1抑制剂MZ-101处理加重ES-Cu诱导的小鼠颅骨骨溶解，增加破骨细胞数量和巨噬细胞浸润，DLAT表达升高表明铜死亡加剧。血清TNF-α和IL-6水平升高，证实糖原代谢紊乱放大炎症反应。
研究结论表明，铜死亡通过GYS1介导的糖原代谢紊乱促进炎症性骨溶解，这一机制涉及表观遗传调控、代谢重编程和骨免疫交叉对话的多层次调控网络。该研究不仅揭示了铜稳态在骨代谢中的新功能，还为治疗炎症性骨疾病提供了新的靶点策略——通过干预铜死亡相关代谢通路可能为类风湿关节炎、骨质疏松等疾病带来新的治疗思路。
