综述：牙髓病学中的铜死亡：潜在机制与治疗应用

《Journal of Endocrinology》：Cuproptosis in endodontics: potential mechanisms and therapeutic applications

　　

铜死亡是最近被发现的一种区别于细胞凋亡、细胞焦亡和铁死亡的铜依赖性调控性细胞死亡形式。尽管越来越多的证据表明铜稳态失调会影响氧化应激、线粒体功能障碍和炎症性组织破坏，但其与牙髓病之间的关联仍不清楚。研究人员对截至2026年4月27日的PubMed数据库进行了结构化检索，使用的检索词包括铜死亡、铜、牙髓病学、牙髓炎和根尖周炎。收录了与该主题相关的原始研究、综述和机制性报告。仅当与牙髓炎症、根尖周炎、牙髓感染或铜基治疗策略明确相关时，才考虑来自肿瘤学、微生物学和材料科学的证据。当过量的铜与脂酰化的线粒体蛋白结合并使铁-硫簇蛋白不稳定时，就会发生铜死亡，从而导致蛋白质毒性应激和细胞死亡。在牙髓炎中，氧化应激、改变的谷胱甘肽代谢和细菌毒力因子可能促进成牙本质细胞谱系细胞中的铜积累和铜死亡。最近的人体牙髓炎证据证实了铜过载和铜死亡的激活。在根尖周病变中，过量的铜可能通过改变糖原代谢和磷酸戊糖途径活性，加剧破骨细胞生成和骨吸收。铜基材料也可能诱导类似铜死亡的细菌死亡，这表明其在牙髓病学中具有潜在的抗菌价值。治疗方法包括铜调节纳米材料、离子载体和微环境响应性递送系统，尽管毒性、耐药性和生物标志物验证仍然是需要关注的问题。鉴于直接的牙髓病学证据有限，这一概念框架表明，铜死亡可能将铜稳态失调与牙髓炎症、根尖周骨破坏和细菌杀灭联系起来。铜死亡的生物学作用值得在牙髓病学中进一步研究。

本文是一篇关于铜死亡在牙髓病学中潜在作用的概念性综述。铜是几乎所有细胞类型中参与多种生理过程的必需微量元素，但细胞内铜的过量积累可诱导氧化应激并破坏细胞功能。铜死亡是一种独特的、依赖于线粒体呼吸的调控性细胞死亡方式。本综述通过结构化文献检索，总结了铜死亡的分子机制，并批判性地探讨了其在牙髓组织、根尖周病变中的潜在作用，以及铜稳态失调对根尖周骨吸收的影响，同时概述了靶向铜代谢的潜在治疗策略、前景与挑战。

1. 引言

在牙髓病学领域，调控性细胞死亡的研究主要集中在细胞凋亡、细胞焦亡和铁死亡，特别是与炎症过程中牙髓干细胞和牙髓细胞的存活及再生能力相关。然而，在牙髓和根尖周疾病中，铜死亡的作用仍不清楚。铜在骨骼和牙体组织中含量丰富，在细胞代谢和毒性中起双重作用。因此，阐明铜死亡在牙髓和根尖周生物学中的作用非常重要。本概念性综述旨在总结当前对铜死亡分子机制的认识，并探讨其在牙髓病学中的潜在角色、与骨吸收的关系以及靶向铜代谢的治疗前景。

2. 方法

本综述对PubMed数据库进行了截至2026年4月27日的结构化文献检索。检索词组合包括“cuproptosis”、“copper”、“endodontics”、“pulpitis”、“apical periodontitis”等。纳入标准包括：（1）涉及铜诱导细胞死亡、铜死亡或铜依赖性抗菌效应的原创研究、综述和机制研究；（2）关于牙髓炎和根尖周炎的研究；（3）具有潜在牙科应用的铜基生物材料报告；（4）英文论文。由于直接研究牙髓组织中铜死亡的文献数量有限，也纳入了来自肿瘤学、微生物学和材料科学的相关机制与转化证据，以为牙髓病学假说提供信息。本文明确承认从非牙髓病领域推断研究结果存在局限性。

3. 铜死亡的分子机制

在哺乳动物中，细胞铜摄取主要由高亲和力铜转运蛋白SLC31A1介导，而铜外排则由ATP7A和ATP7B等转运蛋白控制。当铜稳态被严重破坏，细胞内铜超过临界阈值时，可能触发铜死亡。铜死亡依赖于线粒体呼吸，起始于过量的铜离子与三羧酸循环的脂酰化组分（例如，与α-硫辛酸共价连接的组分）直接结合。过量的铜与脂酰化线粒体蛋白（如丙酮酸脱氢酶复合体中的DLAT）结合，诱导其异常聚集。同时，铜过载会使铁-硫簇蛋白不稳定并耗竭。线粒体铁-硫蛋白FDX1参与电子传递和铜死亡调控，部分通过将Cu²⁺还原为Cu⁺。脂酰化蛋白聚集和Fe-S簇蛋白丢失共同产生严重的蛋白质毒性应激，不可逆地损害线粒体完整性并最终导致细胞死亡。

铜死亡与氧化应激之间的关系是协同且双向的。过量的铜通过类芬顿反应催化高活性羟基自由基的产生，并导致严重的氧化应激。铜过载还经常伴随着内源性抗氧化剂如谷胱甘肽的耗竭。在几种实验模型中，通过纳米材料（如载铜纳米异质结或CuWO₄纳米颗粒）递送的外源性铜显著增加活性氧生成，破坏线粒体完整性，并引发不可逆的铜死亡。因此，氧化应激是铜死亡途径的核心放大器，而非简单的铜毒性副产物。

4. 细菌中的铜诱导死亡：类铜死亡

尽管细菌缺乏线粒体和规范的脂酰化机制，但铜过载可触发一种功能类似但机制不同的细菌细胞死亡形式，被谨慎地称为“类铜死亡”。与依赖于线粒体FDX1和DLAT的真核生物经典铜死亡不同，这种细菌中的铜诱导死亡具有趋同特征，包括脂酰化蛋白聚集和呼吸/代谢崩溃，但在没有线粒体的情况下通过FDX1和DLAT的原核同源物运作。铜离子氧化脂酰化蛋白中的硫醇基团并破坏Fe-S簇，导致蛋白质毒性应激和代谢崩溃。细菌进化出了特定的铜抗性机制，包括铜外排蛋白CusCBA、铜抗性蛋白CopA和CopB等。然而，在高浓度铜下，这些防御机制可能被压倒，导致以脂酰化蛋白聚集、Fe-S簇解体和不可逆能量衰竭为特征的类铜死亡。

铜基材料对牙髓病原体表现出有效的抗菌活性。结合H₂O₂的富铜形状记忆合金线对与持续性根管感染相关的粪肠球菌具有很强的杀菌作用。铜纳米颗粒也被报道可显著抑制牙科应用中的粪肠球菌和金黄色葡萄球菌的生长。鉴于根管感染中抗生素耐药性的威胁日益增加，铜介导的类铜死亡可能代表一个有前景的治疗方向。

5. 铜死亡在牙髓病理生理学中的作用

牙髓组织是高度血管化和神经支配的结缔组织。其主要细胞成分，包括牙髓细胞、牙髓干细胞和成纤维细胞，严重依赖严格调控的代谢和离子稳态来维持组织活力和促进修复。牙髓细胞和牙髓干细胞中铜转运蛋白（如SLC31A1和ATP7A）的表达可能有助于向参与细胞外基质合成和抗氧化防御的铜酶提供铜，同时限制与铜过载相关的蛋白质毒性应激。

牙髓炎的特点是强烈的氧化应激、免疫细胞浸润和进行性细胞死亡。最近一项基于生物标志物的研究将铜稳态失调与牙髓炎中的铜死亡直接联系起来。在人类牙髓炎组织中，研究人员在成牙本质细胞中发现了铜水平升高和铜输入蛋白SLC31A1表达增加，并与细菌和DLAT聚集共定位。在培养的成前牙本质细胞样细胞中，脂磷壁酸或脂多糖上调SLC31A1并促进细胞内铜积累，这些变化诱导了伴有DLAT聚集的细胞死亡，并可被铜螯合剂四硫代钼酸铵减弱。在一种大鼠脂磷壁酸诱导的牙髓炎模型中，四硫代钼酸铵比细胞凋亡或细胞焦亡抑制剂更有效地限制了牙髓坏死和根尖周骨吸收。¹³C-葡萄糖示踪显示，过量的铜抑制葡萄糖-6-磷酸流入磷酸戊糖途径，从而降低NADPH和谷胱甘肽水平，损害铜解毒功能。

另一项研究提供了人类牙髓炎组织中铜沉积和铜死亡激活的进一步直接证据。在牙髓炎标本中发现了明显的铜积累和脂酰化DLAT表达升高。金属硫蛋白2A被确定为六个主要铜死亡相关基因中的保护性调节因子。在人类牙髓细胞中，铜死亡抑制剂四硫代钼酸铵减弱了铜过载、细胞死亡和脂酰化DLAT表达。相反，敲低MT2A增强了铜死亡。在炎症性人类牙髓细胞模型中，MT2A敲低也促进了巨噬细胞向M1表型极化，这提示牙髓细胞中的铜死亡与牙髓炎的免疫微环境存在联系。这些结果表明MT2A是抵御铜死亡的内源性保护因子。

牙髓干细胞是具有免疫调节和细胞保护特性的多能干细胞，在牙髓再生中起核心作用。牙髓干细胞发挥其保护作用的一种机制可能涉及细胞间线粒体转移。由于铜死亡从根本上是由线粒体功能障碍驱动的，如果得到证实，牙髓干细胞转移功能性线粒体的能力可能为保护邻近细胞提供一种合理的机制。一个更合理的解释是，线粒体转移在铜死亡的早期阶段通过减缓疾病进程起作用，而不是逆转已形成的损伤。这一概念需要在明确线粒体转移在哪个阶段仍具有生物学效应的模型中进行直接的实验验证。

6. 铜死亡在根尖周病变中的表现

当牙髓炎进展为牙髓坏死后，感染会扩散到根尖周组织，导致根尖周炎。慢性根尖周炎是一种以根尖周组织和牙槽骨破坏为特征的炎症性疾病。最近的整合多组学分析确定了八个与慢性根尖周炎相关的差异表达的铜死亡相关基因。这些基因与表达IV型胶原α1链的成纤维细胞和表达载脂蛋白E的巨噬细胞之间的细胞相互作用相关，提示铜死亡与病变进展之间存在潜在联系。这一概念得到铜死亡促进慢性根尖周炎炎症性骨溶解的证据的进一步支持。

在人类慢性根尖周炎标本中，铜输入蛋白SLC31A1和铜死亡标志物脂酰化DLAT表达上调，并与根尖周骨丧失程度呈正相关。单细胞RNA测序进一步确定巨噬细胞是主要的铜积累免疫细胞。从机制上讲，过量的铜抑制糖原合酶1，减少葡萄糖-6-磷酸流入磷酸戊糖途径，并降低NADP和谷胱甘肽水平。这些变化增加了巨噬细胞对氧化损伤和铜死亡的易感性。抑制GYS1在体内加剧了骨吸收、破骨细胞活化和巨噬细胞铜死亡，而铜螯合剂四硫代钼酸铵显示出保护作用。该研究存在一些局限性，例如人类组织证据基于19例慢性根尖周炎和13例对照样本的横断面比较，因此尚不清楚铜积累是发生在骨丧失之前还是继发于已建立的炎症。

7. 临床治疗策略与前景

通过铜过载诱导铜死亡已成为消除病变细胞或治疗抵抗性细胞的一种策略。一个主要靶点是ATP7A依赖性铜代谢轴。另一个治疗重点涉及克服对铜死亡的耐药性。然而，全身性铜螯合或补充可能面临脱靶毒性和扰乱健康组织中生理性铜依赖性过程的限制。

为了应对这些限制，当前研究正在转向开发能够调控特定病理微环境中铜稳态的靶向纳米药物。例如，牛血清白蛋白包被的碳酸铜锰纳米复合物等微环境适应性纳米平台允许动态功能切换。在早期炎症阶段的中性pH下，这些纳米颗粒清除活性氧并抑制M1巨噬细胞极化。在破骨细胞吸收阶段的酸性环境中，它们分解并释放Cu²⁺，选择性诱导成熟破骨细胞发生铜死亡。其他新兴方法包括铜基金属有机框架和封装表没食子儿茶素没食子酸酯铜配位胶囊的聚两性离子水凝胶。这些系统可以通过清除活性氧、抑制糖酵解和实现持续的局部铜释放来序贯重编程微环境，从而促进血管生成和组织重塑，而没有明显的全身毒性。将铜递送与靶向丝氨酸代谢或糖酵解的代谢抑制剂，或与自噬抑制剂相结合，也可能克服代偿性细胞机制，并放大病变细胞内的铜死亡应激。总的来说，这些多模式纳米调节剂可能为慢性根尖周炎等复杂的骨免疫疾病提供有前景的治疗方法。

然而，铜死亡/类铜死亡靶向治疗/抗菌方案的临床转化面临重大挑战。一个主要挑战是管理铜的双重性质。尽管诱导铜死亡可能有助于消除病原体或感染细胞，但释放铜的试剂也可能损伤健康的根尖周组织。因此，对治疗功效的主张需要针对对邻近结构（特别是牙根周围受限的解剖区域内）医源性损伤的风险进行仔细评估。通过根管系统内局部应用可降低全身毒性，但不能完全排除。还必须考虑潜在的耐药机制。需要可靠的生物标志物来监测局部对铜死亡诱导疗法的生物学反应，以提高临床实施的安全性。

8. 结论与未来方向

目前，绝大多数关于铜死亡的研究都集中在肿瘤学领域。铜死亡在牙科和颅面生物学中的研究仍处于起步阶段。由于直接的牙髓病学证据匮乏，本综述主要是概念性的，并依赖于其他学科的推断。一个主要的知识缺口是关于铜从有益的成骨和血管生成介质转变为牙髓和根尖周组织中铜死亡诱导剂的阈值。在根管系统的多微生物和炎症环境中，铜死亡与其他调控性细胞死亡途径之间的相互作用也仍不明确。未来的研究应通过靶向应用新兴技术来弥补这些差距。另一个重要方向是通过合理的组合策略克服细胞对铜死亡的障碍。将铜死亡与其他调控性细胞死亡方式联系起来的跨学科研究也值得进一步研究。在根尖周炎的背景下，在根尖切除术期间使用可注射的刺激响应性水凝胶可能提供一种适应动态骨免疫微环境的方法，并提供序贯的免疫调节、抗菌和靶向破骨细胞的铜死亡效应，以增强骨再生。