生物学における銅

母乳中の銅含有量は比較的少なく、新生児の肝臓の銅貯蔵量は出生後急速に減少するため、授乳期間中に急速に成長する体に銅が供給されます。これらの供給は、細胞呼吸、メラニン色素および結合組織の合成、鉄代謝、フリーラジカル防御、遺伝子発現、乳児の心臓および免疫系の正常な機能などの代謝機能を実行するために必要です。^{[ 16 ]}

鉄分や亜鉛の過剰摂取は体内の銅の利用可能性を阻害するため、貧血治療のために鉄剤を処方された妊婦や、風邪治療のために亜鉛剤を処方された妊婦は、服用している妊娠前サプリメントに栄養的に重要な量の銅が含まれているかどうかを医師に相談すべきである。

新生児が母乳で育てられている場合、赤ちゃんの肝臓と母親の母乳から、生後4～6ヶ月間は十分な量の銅が供給されます。離乳後は、バランスの取れた食事によって十分な量の銅を摂取できるようになります。

牛乳や一部の古いタイプの乳児用粉ミルクは銅が不足している。現在では、ほとんどの粉ミルクに銅が添加され、銅の不足を防いでいる。

栄養状態の良い子供のほとんどは、銅を十分に摂取しています。しかし、早産児、栄養失調児、低出生体重児、感染症にかかった子供、急激な成長期を迎える子供など、健康状態に問題を抱えている子供は、銅欠乏症のリスクが高くなります。幸いなことに、銅欠乏症が疑われる場合、子供の銅欠乏症の診断は明確かつ確実です。医師の指導の下でサプリメントを服用すれば、通常は完全に回復します。

銅は、体内で吸収、輸送、分布、貯蔵、排泄される過程が複雑で恒常的なプロセスに従って行われ、微量栄養素の一定かつ十分な供給が確保されると同時に、過剰摂取が回避されます。^{[ 13 ]}短期間に銅の摂取量が不足すると、肝臓の銅貯蔵量が枯渇します。この枯渇が続くと、銅欠乏症を発症する可能性があります。銅を過剰に摂取すると、過剰症を発症する可能性があります。欠乏症と過剰症のどちらの状態も、組織の損傷や疾患につながる可能性があります。しかし、恒常性調節により、人体は健康な個人のニーズに合わせて幅広い銅摂取量をバランスよく調整することができます。^{[ 17 ]}

銅の恒常性に関する多くの側面は分子レベルで知られています。^{[ 18 ] [ 19 ]}銅の必須性は、酸化状態が Cu ¹⁺ (銅1 ) と Cu ²⁺ (銅2 ) の間で変動する際に、電子供与体または電子受容体として作用する能力によるものです。^{[ 20 ]}約12種類の銅酵素の構成要素として、銅はミトコンドリア呼吸、メラニンの合成、コラーゲンの架橋などの必須代謝プロセスにおける重要な酸化還元反応に関与しています。^{[ 21 ]}銅は抗酸化酵素である銅亜鉛スーパーオキシドジスムターゼの不可欠な構成要素であり、セルロプラスミンの補因子として鉄の恒常性にも関与しています。^{[ 2 ] [ 20 ]}以下に、銅を含む主要な酵素とその機能の一覧をまとめます。

生体内における銅の輸送と代謝は、現在活発な研究の対象となっている。細胞レベルでの銅の輸送は、細胞外の銅が特殊な輸送体によって細胞膜を通過して細胞内へ移動することを含む。^{[ 19 ]}血流中では、銅はアルブミン、セルロプラスミン、およびその他のタンパク質によって全身に運ばれる。血液中の銅（または血清中の銅）の大部分はセルロプラスミンに結合している。セルロプラスミンに結合した銅の割合は70～95%の範囲であり、ホルモン周期、季節、銅の状態などによって個人差がある。細胞内の銅は、メタロシャペロンと呼ばれる特殊なタンパク質によって、銅を必要とする酵素の合成部位や細胞小器官へと運ばれる。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}これらの輸送体の別のセットは、銅を細胞内小器官へと運ぶ。^{[ 24 ] [ 25 ]}細胞から銅を放出する特定のメカニズムが存在する。特殊な輸送体は、貯蔵されなかった余分な銅を肝臓に戻し、さらに貯蔵したり胆汁排泄したりします。^{[ 22 ] [ 23 ]}これらのメカニズムにより、遊離した毒性のあるイオン銅が大多数の人々（つまり、遺伝的な銅代謝異常のない人々）に存在する可能性は低くなります。^{[ 26 ]}

哺乳類では銅は胃と小腸で吸収されるが、最大吸収部位に関しては種によって違いがあるようだ。^{[ 27 ]}ラットでは銅は胃と十二指腸から吸収され^{[ 28 ]}、ハムスターでは小腸下部から吸収される。^{[ 29 ]}ヒトにおける銅の最大吸収部位は不明であるが、経口投与後に血漿中に^64Cuが急速に出現することから、胃と小腸上部であると推測されている。 ^{[ 30 ]}

銅の吸収率は、銅の含有量、銅の形態、食事の構成によって15～97%の範囲で変動する。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

銅の吸収にはさまざまな要因が影響します。たとえば、動物性タンパク質、クエン酸塩、リン酸塩の摂取により銅の吸収が促進されます。グルコン酸銅、酢酸銅、硫酸銅などの銅塩は容易に吸収されます。酸化銅は吸収されません。^{[ 36 ]}食事中の亜鉛やカドミウムの濃度が高い場合、フィチン酸や単糖類（果糖、ショ糖）の摂取量が多い場合、食事からの銅の吸収が阻害されます。^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}さらに、食事中の銅の濃度が低いと鉄の吸収が阻害されるようです。^{[ 43 ]}

銅の形態によっては胃酸に溶けず、胃や小腸から吸収されないものもあります。また、一部の食品には銅と結合する消化されない食物繊維が含まれている場合があります。亜鉛を過剰に摂取すると、銅の吸収が著しく低下する可能性があります。ビタミンCや鉄を過剰に摂取すると銅の吸収にも影響が出るため、微量栄養素はバランスよく摂取する必要があることを改めて認識させられます。これが、特定の微量栄養素を過剰に摂取することが推奨されない理由の一つです。^{[ 44 ]}慢性的な消化器系の問題を抱えている人は、銅を豊富に含む食品を摂取していても、十分な量の銅を吸収できない場合があります。

銅を細胞膜を介して輸送できる銅輸送体はいくつか同定されている。^{[ 45 ] [ 46 ]}他の腸管銅輸送体も存在する可能性がある。腸管での銅の吸収はCtr1によって触媒される可能性がある。Ctr1は、腸上皮細胞を含むこれまでに調査されたすべての細胞型で発現しており、細胞膜を介したCu+1の輸送を触媒する。^{[ 47 ]}

過剰な銅（および亜鉛やカドミウムなどの他の重金属イオン）は、メタロチオネインによって結合され、腸上皮細胞（すなわち、小腸粘膜の主要細胞）の細胞内小胞内に隔離される可能性がある。

腸管細胞から放出された銅は漿膜（すなわち薄い膜で覆われた）毛細血管に移動し、そこで門脈血中のアルブミン、グルタチオン、アミノ酸と結合する。 ^{[ 48 ] [ 49 ]}また、血漿銅輸送に特異的な役割を持つ小さなタンパク質であるトランスキュプレインの存在も示唆されている。 ^{[ 50 ]}これらの銅結合分子のいくつかまたはすべてが血清銅輸送に関与している可能性がある。門脈循環からの銅は主に肝臓に取り込まれる。肝臓に入ると、銅は銅を必要とするタンパク質に組み込まれ、その後血液中に分泌される。肝臓から排泄される銅の大部分（70～95％）は、血液中の主要な銅キャリアであるセルロプラスミンに組み込まれる。銅はセルロプラスミン、^{[ 51 ]}アルブミン、アミノ酸によって肝外組織に輸送されるか、胆汁中に排泄される。^{[ 20 ]}肝臓は銅の放出を調節することで、肝臓以外の銅の恒常性制御を行っている。^{[ 23 ]}

胆汁は銅の排泄の主要な経路であり、肝臓の銅レベルの制御に極めて重要である。^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}糞便中の銅の大部分は胆汁排泄によるものであり、残りは吸収されなかった銅と剥離した粘膜細胞からの銅に由来する。

世界保健機関は、銅の最小許容摂取量を約1.3  mg/日と推奨しています。^{[ 56 ]}これらの値は、一般人口のほとんどにとって適切かつ安全であると考えられています。北米では、米国医学研究所（IOM）が、健康な成人男性と女性の銅の推奨栄養所要量（RDA）を0.9  mg/日と設定しました。^{[ 57 ] [ 58 ]}安全性に関しては、IOMは、十分な証拠がある場合、ビタミンとミネラルの許容上限摂取量（UL）も設定しています。銅の場合、ULは10  mg/日に設定されています。^{[ 58 ]}欧州食品安全機関は同じ安全性の問題を検討し、ULを5  mg/日に設定しました。^{[ 59 ]}

正期産児と早産児は、成人よりも銅欠乏症に敏感です。胎児は妊娠後期の3ヶ月間に銅を蓄積するため、早産児は肝臓に十分な量の銅を蓄える時間が十分になく、正期産児よりも出生時に多くの銅を必要とします。

北米で推奨されている正期産児の安全かつ適切な摂取量は約0.2mg  /日です。未熟児の場合はかなり高く、 1mg/日です。世界保健機関も同様の最低限の適切な摂取量を推奨しており、未熟児には銅欠乏症の発症を防ぐために銅を追加した粉ミルクを与えるよう勧告しています。^{[ 44 ]}

北米では、IOMは妊娠中のRDAを1.0  mg/日、授乳中のRDAを1.3  mg/日と定めている。^{[ 58 ]}欧州食品安全機関（EFSA）は、この情報セットを食事参照値と呼び、RDAの代わりに人口参照摂取量（PRI）を用いている。妊娠中のPRIは1.6  mg/日、授乳中のPRIは1.6  mg/日であり、米国のRDAよりも高い。^{[ 60 ]}

銅サプリメントは銅欠乏症を予防できます。銅サプリメントは処方薬ではなく、ビタミン剤やハーブ製品を扱う店、食料品店、オンラインストアなどで購入できます。銅サプリメントの種類によって吸収率が異なります。例えば、酸化銅サプリメントからの銅の吸収率は、グルコン酸銅、硫酸銅、炭酸銅サプリメントからの吸収率よりも低くなります。

バランスの取れた食事を幅広く摂取している健康な成人には、一般的にサプリメントの摂取は推奨されません。ただし、早産児や低出生体重児、生後1年間に強化されていない粉ミルクや牛乳を与えられた乳児、栄養失調の幼児には、医師の管理下でのサプリメント摂取が必要になる場合があります。医師は、1) 消化を低下させる病気 (例: 頻繁に下痢や感染症にかかっている子供、アルコール依存症患者)、2) 食事摂取量が不十分 (例:高齢者、虚弱者、摂食障害のある人、ダイエット中の人)、3) 体内の銅の利用を阻害する薬を服用している患者、4) 鉄剤で治療中の貧血患者、5) 亜鉛サプリメントを服用している人、6)骨粗鬆症の人に対して、銅のサプリメント摂取を検討する場合があります。

多くの一般的なビタミンサプリメントには、酸化銅などの小さな無機分子として銅が含まれています。これらのサプリメントは、銅が血液脳関門を直接通過できるため、脳内の遊離銅濃度を過剰に高める可能性があります。通常、食品中の有機銅はまず肝臓で処理され、肝臓が遊離銅濃度を制御しています。

米国における銅欠乏の程度については相反する報告がある。ある調査によると、青少年、成人、65歳以上の人の約25%が銅の推奨摂取量を満たしていない。^{[ 18 ]}別の情報源では、それほど一般的ではないとされている。連邦政府の食品消費調査によると、19歳以上の女性と男性の平均食品および飲料からの摂取量は それぞれ1.11mg/日と1.54mg/日であった。女性では10%が推定平均必要量よりも摂取量が少なく、男性では3%未満であった。^{[ 71 ]}

後天性銅欠乏症は、最近、成人発症進行性脊髄神経障害^{[ 72 ]}や骨髄異形成症候群を含む重篤な血液疾患の発症に関与していることが示唆されている^{[ 19 ] [ 73 ] [ 74 ]}。幸いなことに、銅欠乏症は、血液中の銅およびセルロプラスミンの濃度が非常に低いことで確認できる。

銅欠乏に関連するその他の疾患には、骨粗鬆症、変形性関節症、関節リウマチ、心血管疾患、結腸癌、骨、結合組織、心臓、血管、神経系、免疫系に関わる慢性疾患などがあります。 [ 18 ] ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]銅欠乏は}、鉄、セレン、グルタチオンなどの抗酸化作用に関与する他の細胞成分の役割を変化させるため、酸化ストレスが増加する疾患において重要な役割を果たします。軽度、つまり「軽微な」銅欠乏は、以前考えられていたよりも広範囲に及んでいると考えられており、微妙な方法で人間の健康を損なう可能性があります。^{[ 65 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 76 ]}

銅欠乏症になりやすい集団には、メンケス病の遺伝的欠陥を持つ人、低出生体重児、母乳や強化粉ミルクの代わりに牛乳を与えられた乳児、妊婦や授乳中の母親、完全静脈栄養を受けている患者、「吸収不良症候群」（食事吸収障害）の人、糖尿病患者、アルコール依存症など食事摂取量が少ない慢性疾患を持つ人、摂食障害のある人などが含まれます。高齢者やアスリートも、 1日の必要量を増やす特別なニーズがあるため、銅欠乏症のリスクが高くなる可能性があります。^{[ 42 ]}ベジタリアンは、銅の生物学的利用能が低い植物性食品を摂取するため、銅の摂取量が減少する可能性があります。一方、Bo Lönnerdal は、Gibson の研究ではベジタリアンの食事がより多くの銅を提供していることが示されたと述べています。^{[ 39 ] [ 81 ] [ 82 ]}重度の銅欠乏症の女性の胎児や乳児は、低出生体重、筋力低下、神経学的問題のリスクが高くなります。これらの集団における銅欠乏症は、貧血、骨の異常、成長障害、体重増加、頻繁な感染症（風邪、インフルエンザ、肺炎）、運動協調性の低下、エネルギー不足を引き起こす可能性があります。

銅の過剰摂取は、現在多くの研究の対象となっている。銅の過剰摂取の要因は、正常な集団と、有害な影響に対する感受性が高まっている集団、およびまれな遺伝性疾患を持つ集団とでは異なることが研究から明らかになっている。^{[ 21 ] [ 65 ]}このため、保健機関から、知識のない人には混乱を招くような声明が出されている。例えば、米国医学研究所の報告書^{[ 58 ]}によると、人口のかなりの割合で銅の摂取量が推奨量よりも低い。一方、米国国立研究評議会^{[ 83 ]}は、報告書「飲料水中の銅」の中で、感受性の高い集団における銅毒性への懸念があると結論付け、銅に敏感な集団を特定し特徴づけるための追加研究を実施することを推奨している。

銅の過剰摂取は、胃の不調、吐き気、下痢を引き起こし、組織の損傷や病気につながる可能性があります。

銅の酸化電位は、過剰摂取の場合の毒性の原因の一部である可能性がある。高濃度の銅は、脂質やその他の高分子の過酸化を含む、生物系への酸化損傷を引き起こすことが知られている。^{[ 84 ]}

アルツハイマー病の原因と進行は十分に解明されていませんが、研究によると、他のいくつかの重要な観察結果の中でも、鉄^{[ 85 ] [ 86 ]}、アルミニウム^{[ 87 ]}、銅^{[ 88 ] [ 89 ]}がアルツハイマー病患者の脳に蓄積することが示されています。しかし、この蓄積が病気の原因なのか結果なのかはまだわかっていません。

過去 20 年間にわたり、銅がアルツハイマー病の原因物質なのか予防物質なのかを解明するための研究が続けられてきました。例えば、原因物質または金属ホメオスタシス障害の発現として、銅はアルツハイマー病患者の脳内でタンパク質凝集塊の成長を促進する役割を果たしている可能性があることが研究で示されています^{[ 90 ]} 。これは、脳内のアミロイド ベータ(Aβ)の毒性蓄積を除去する分子を損傷することによって起こる可能性があります^{[ 91 ]} 。銅と鉄、飽和脂肪を豊富に含む食事とアルツハイマー病の間には関連性があります^{[ 92 ]} 。一方で、銅はアルツハイマー病を引き起こすのではなく、治療する上で有益な役割を果たす可能性があることも研究で示されています。^{[ 93 ]}例えば、銅は、1) アミロイドβ前駆体タンパク質（APP）の非アミロイド生成処理を促進し、細胞培養系におけるアミロイドβ（Aβ）産生を低下させること、 2) APPトランスジェニックマウスの寿命を延ばし、可溶性アミロイド産生を減少させること、3)アルツハイマー病患者の脳脊髄液中のAβレベルを低下させることが示されている。 ^{[ 94 ]}

さらに、長期にわたる銅治療（8  mgの銅（Cu-(II)-オロチン酸二水和物）の経口摂取）は、ヒトを対象とした注目すべき臨床試験においてアルツハイマー病のリスク因子として除外されており^{[ 95 ]}、アルツハイマー病における銅の潜在的に有益な役割は、毒性ペプチドであり疾患のバイオマーカーであるAβ42の脳脊髄液レベルにおいて実証されている^{[ 96 ]} 。アルツハイマー病患者における金属恒常性の障害を理解し、これらの障害に治療的に対処する方法については、さらなる研究が必要である。この実験ではCu-(II)-オロチン酸二水和物を使用しているため、サプリメント中の酸化銅の効果とは関係がない^{[ 97 ] 。}

ヒトでは、肝臓が銅誘発毒性の主要な臓器である。その他の標的臓器には、骨、中枢神経系、免疫系が含まれる。^{[ 21 ]}過剰な銅摂取は、他の栄養素と相互作用することによって間接的に毒性を誘発する。例えば、過剰な銅摂取は、鉄の輸送や代謝を阻害することによって貧血を引き起こす。^{[ 20 ] [ 21 ]}

銅代謝の遺伝性疾患が重度の銅毒性（すなわちウィルソン病）を引き起こすことが特定されたことで、銅恒常性の分子遺伝学および生物学の研究が促進されました（詳細については、銅遺伝性疾患に関する次のセクションを参照してください）。多くの注目が、正常集団および潜在的に感受性のある集団における銅毒性の潜在的な影響に集まっています。潜在的に感受性のあるサブグループには、血液透析患者および慢性肝疾患患者が含まれます。最近、ウィルソン病の遺伝的欠陥のヘテロ接合体キャリア（すなわち、正常なウィルソン銅ATPase遺伝子と変異したウィルソン銅ATPase遺伝子をそれぞれ1つずつ持つ人）でありながら、ウィルソン病を発症していない人（ウィルソン病の発症には両方の関連遺伝子の欠陥が必要）の肝疾患に対する潜在的な感受性について懸念が表明されました。^{[ 98 ]}しかし、現在までに、この仮説を支持または反証するデータは入手できていません。

人間が意図的または偶発的に高濃度の銅塩を摂取した症例報告（摂取量は通常不明だが、 銅20～70グラムと報告されている）では、腹痛、頭痛、吐き気、めまい、嘔吐と下痢、頻脈、呼吸困難、溶血性貧血、血尿、大量の消化管出血、肝不全と腎不全、そして死亡を含む症状の進行が観察された。

高濃度の銅（一般的に3～6mg  /L以上）を含む飲料水を1回または複数回摂取した後に起こる急性胃腸障害は、吐き気、嘔吐、胃の炎症を特徴とする。これらの症状は、飲料水源中の銅濃度が低下すると解消する。

3 つの実験研究が行われ、 健康な成人では約 4～5 mg/L が急性胃腸障害の閾値であることが示されましたが、これらの結果から症状が銅の急性刺激作用によるものか、金属味、苦味、塩味によるものかは明らかではありません。^{[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]}健康な成人を対象とした実験研究では、水道水、脱イオン水、またはミネラルウォーター中の硫酸銅と塩化銅の平均味覚閾値は 2.5～3.5  mg/L でした。^{[ 103 ]}これは、急性胃腸障害の実験的閾値よりわずかに低い値です。

銅の長期毒性はヒトでは十分に研究されていませんが、銅恒常性の遺伝的欠陥のない正常な集団ではまれです。^{[ 104 ]}

慢性的な銅への曝露が肝障害以外の全身的な影響をもたらすことを示す証拠はほとんどない。 ^{[ 83 ]} 遺伝的感受性が知られていない若い成人男性が、3年間ミネラルサプリメントとして1日30～60mgの銅を摂取し、慢性的な銅中毒により肝不全に至ったことが報告されている。 ^{[ 105 ]}銅濃度が3mg/Lを超える水道水が供給される米国の家庭に居住する人々は 、健康への悪影響を示さなかった。^{[ 106 ]}

健康な若いヒトボランティアに銅を 6 ～ 10 mg/日投与して​​最大 12 週間投与したところ、血清肝酵素、酸化ストレスのバイオマーカー、およびその他の生化学的エンドポイントに対する銅補給の影響は観察されなかった。 ^{[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ] [ 110 ]} 9 か月間2 mg Cu/L を含む水を摂取した 3 ～ 12 か月の乳児は、消化管 (GIT) 症状、成長率、罹患率、血清肝酵素およびビリルビン値、およびその他の生化学的エンドポイントにおいて、同時期の対照群と差がなかった。 ^{[ 111 ]}）血清セルロプラスミンは、曝露された乳児群で 9 か月目に一時的に上昇し、12 か月目には対照群と同様であったことから、恒常性適応および/または恒常性反応の成熟が示唆された。^{[ 19 ]}  

皮膚への曝露は全身毒性とは関連付けられていないが、アレルギー反応の逸話的な報告はニッケルに対する感作と銅との交差反応、または銅による皮膚刺激である可能性がある。^{[ 21 ]}銅の空気中濃度が高い場所に曝露された労働者（推定摂取量200  mg Cu/日）は、銅毒性を示唆する兆候（例：血清銅濃度の上昇、肝腫大）を発症した。しかし、殺虫剤への同時曝露や鉱業および製錬における曝露もこれらの影響に寄与している可能性がある。^{[ 21 ]}銅吸入の影響は、職場の空気と労働者の安全に関する業界後援プログラムによって徹底的に調査されている。この複数年にわたる研究努力は2011年に完了する予定である。

銅欠乏症の診断に役立つ指標はいくつかあるが、食事摂取による銅過剰の信頼できるバイオマーカーはない。銅過剰状態の最も信頼できる指標は肝臓の銅濃度である。しかし、ヒトにおけるこのエンドポイントの測定は侵襲的であり、銅中毒が疑われる場合を除いて一般的には行われない。血清銅またはセルロプラスミン濃度の上昇は、炎症、感染症、疾患、悪性腫瘍、妊娠、その他の生物学的ストレスによって濃度が上昇する可能性があるため、銅毒性と確実に関連しているとは言えない。シトクロムcオキシダーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、ジアミナーゼオキシダーゼなどの銅含有酵素のレベルは、銅の状態だけでなく、他のさまざまな生理学的および生化学的要因にも反応して変化するため、銅過剰状態の一貫性のないマーカーである。^{[ 112 ]}

近年、銅過剰症および銅欠乏症の新たなバイオマーカー候補が浮上している。この候補マーカーは、抗酸化タンパク質SOD1（銅・亜鉛スーパーオキシドジスムターゼ）に銅を運搬するシャペロンタンパク質である。「SOD1用銅シャペロン」（CCS）と呼ばれ、優れた動物実験データは、赤血球などのアクセス可能な細胞における銅欠乏症および銅過剰症のマーカーとしての有用性を裏付けている。CCSは現在、ヒトにおけるバイオマーカーとして試験されている。

メンケス病は銅欠乏症の遺伝性疾患で、1962年にジョン・メンケスによって初めて記述されました。これはまれなX連鎖性疾患で、出生児約20万人に1人の割合で発症し、主に男児にみられます。^{[ 18 ]}メンケス病患者の肝臓は、生存に必要な必須銅を吸収することができません。通常、死は幼児期に起こり、ほとんどの患者は10歳になる前に亡くなりますが、10代後半から20代前半まで生存した患者もいます。^{[ 114 ]}

メンケス遺伝子によって産生されるタンパク質は、銅を消化管粘膜と血液脳関門を介して輸送する役割を担っています。[ 19 ] [ 114 ^{]銅ATPaseをコードする}遺伝子の突然変異により、銅は小腸の内壁に閉じ込められたままになります。そのため、銅は腸細胞から血液中に送り出されて肝臓、ひいては体の他の部分に運ばれることができません。^{[ 114 ] [ 115 ]}そのため、この疾患は、銅を十分に摂取しているにもかかわらず、重度の栄養性銅欠乏症に似ています。

この病気の症状には、粗くもろく、色素が抜けた毛髪のほか、体温調節障害、知的障害、骨格異常、結合組織の異常な成長など、新生児にみられる様々な問題が含まれる。

メンケス病患者は、脳の発達に必要な銅依存性酵素がいくつか欠乏しているためと思われる重度の神経学的異常を示します^{[ 65 ] [ 116 ]}。これには、シトクロムcオキシダーゼ活性の低下が含まれます^{[ 114 ]}。鋼鉄のような外観のもろく縮れた低色素性の毛髪は、未同定の銅酵素の欠乏によるものです。リジルオキシダーゼ活性の低下は、コラーゲンとエラスチンの重合の欠陥と、大動脈瘤、皮膚の弛緩、骨の脆弱化などの対応する結合組織の異常をもたらします。

早期診断と、中枢神経系へのヒスチジン銅の腹腔内および髄腔内への毎日の注射からなる治療により、重篤な神経学的問題の一部を回避し、生存期間を延長できる可能性がある。しかし、メンケス病患者は異常な骨および結合組織の障害が残り、軽度から重度の知的障害を示す。 ^{[ 115 ]}早期診断と治療を行ったとしても、メンケス病は通常致命的である。

メンケス病に関する継続的な研究は、銅の恒常性^{[ 89 ]} 、この疾患に関与する生化学的メカニズム、および治療の可能性のある方法^{[ 117 ]}についての理解を深めることにつながっています。遺伝子改変マウスの研究に基づく血液脳関門を介した銅の輸送に関する調査は、研究者がメンケス病における銅欠乏の根本原因を理解するのに役立つように設計されています。トランスジェニックマウスの遺伝子構成は、研究者が銅欠乏について新しい視点を得るのに役立つように変更されています。これまでの研究は価値があり、さまざまな程度の欠乏を調べるために遺伝子を徐々にオフにすることができます。

研究者たちは試験管内で、メンケス病患者の細胞内の損傷したDNAを修復できることを実証した。将来的には、人体内の損傷した遺伝子を修復するために必要な手順が見つかるかもしれない。

ウィルソン病は、銅輸送のまれな常染色体（13番染色体）劣性遺伝疾患であり、肝臓に過剰な銅が蓄積する原因となります。^{[ 89 ] [ 118 ] [ 119 ]}これにより、肝毒性などの症状が現れます。^{[ 120 ]}この疾患は現在治療可能です。

ウィルソン病は、銅を肝臓から胆汁に輸送して排泄するタンパク質の突然変異によって引き起こされます。^{[ 89 ]}この病気は、セルロプラスミンへの銅の取り込み不良と胆汁中の銅排泄障害を伴い、通常はウィルソン銅ATPaseの機能を損なう突然変異によって引き起こされます。これらの遺伝子変異は、主に肝臓と脳、そして程度は低いものの腎臓、眼、その他の臓器に過剰な銅が蓄積することにより、銅中毒を引き起こします。

男女ともに約3万人に1人の割合で発症するこの疾患^{[ 21 ]}は、乳児期から成人初期までいつでも臨床的に明らかになる可能性がある。ウィルソン病の発症年齢は3歳から50歳までである。初期症状には、肝臓、神経、または精神障害があり、まれに腎臓、骨格、または内分泌系の症状が現れる。黄疸が進行し、脳症、重度の凝固異常（血管内凝固を伴う場合もある）、および進行した慢性腎臓病が発症する。上肢の特異なタイプの振戦、動作の緩慢さ、および気質の変化が明らかになる。カイザー・フライシャー環は、銅の沈着により虹彩の外縁に錆びたような茶色の変色が現れるもので、患者の90%に見られ、銅が蓄積して神経系に影響を与え始めると顕著になる。^{[ 121 ]}

ほとんどの場合、この病気は治療されないと死に至ります。^{[ 65 ]}幸いなことに、ウィルソン病のほとんどの症例の原因となっているウィルソンATPase遺伝子の変異が特定されたことで、診断のためのDNA検査が可能になりました。

ウィルソン病の患者は、早期に診断および治療すれば、長く生産的な生活を送ることができます。^{[ 117 ]}ウィルソン病は、D-ペニシラミン（銅を捕捉して結合し、患者が肝臓に蓄積した過剰な銅を排泄できるようにする）による銅キレート療法^{[ 122 ]}、硫酸亜鉛または酢酸亜鉛による治療、およびチョコレート、牡蠣、キノコの除去などの食事による金属摂取制限によって管理されます。^{[ 65 ]}亜鉛療法は現在、第一選択の治療法です。亜鉛は、粘膜細胞内で銅を結合し、細胞が剥がれ落ちて糞便中に排泄されるまで、メタロチオネインを誘導することによって粘膜ブロックを生成します。^{[ 123 ]}また、 DMT1 （二価金属トランスポーター1）による腸内での銅の吸収を競合します。最近では、テトラチオモリブデン酸塩による実験的治療が有望な結果を示しています。テトラチオモリブデン酸塩は、神経症状のある患者の初期治療として優れた形態であると思われます。ペニシラミン療法とは対照的に、テトラチオモリブデン酸塩による初期治療では、それ以上の、しばしば不可逆的な神経学的悪化を許容することはまれである。^{[ 124 ]}

ウィルソン病を引き起こす100種類以上の遺伝子欠陥が報告されており、インターネットで入手可能です。変異の中には地理的に集中しているものもある。^{[ 125 ]}

ウィルソン病患者の多くは、13番染色体のそれぞれに異なる変異を持っています（つまり、 複合ヘテロ接合体です）。^{[ 65 ]}変異のホモ接合体である個人でも、病気の発症と重症度は異なる場合があります。^{[ 121 ] [ 126 ]}重篤な変異（例えば、タンパク質を短縮する変異）のホモ接合体である個人は、病気の発症が早くなります。病気の重症度は、食事中の銅の量や、銅の恒常性に影響を与える他のタンパク質の機能の変動など、環境要因にも左右される可能性があります。

ウィルソン病遺伝子変異のヘテロ接合体保因者は、一般集団よりも銅摂取量の増加に対して感受性が高い可能性があると示唆されている。^{[ 83 ]}全体集団におけるヘテロ接合体の頻度は1/90と推定されている。^{[ 21 ]}しかし、この推測を裏付ける証拠はない。^{[ 19 ]}さらに、ヒトの単一対立遺伝子常染色体劣性疾患に関するデータのレビューでは、ヘテロ接合体保因者が遺伝子状態の変化によって悪影響を受ける可能性が高いとは示唆されていない。

銅代謝異常が関与していると思われる他の疾患には、インド小児肝硬変（ICC）、チロル風土病性銅中毒症（ETIC）、および特発性銅中毒症（ICT）（非インド小児肝硬変とも呼ばれる）がある。ICTは、20世紀初頭に主にオーストリアのチロル地方とインドのプネー地方で認識された遺伝性疾患である。^{[ 65 ]}

ICC、ICT、ETICは、明らかな病因と症状が類似している乳児症候群である。^{[ 127 ]}どちらも遺伝的要因と銅摂取量の増加が関与していると考えられる。

ICC の場合、銅の摂取量の増加は、牛乳を銅または真鍮の容器で加熱および/または保存することによるものです。一方、ICT の場合は、水道水中の銅濃度の上昇が原因です。^{[ 21 ] [ 128 ]}銅濃度の上昇への曝露は両方の疾患でよく見られますが、一部の症例は、完全母乳育児の子供や水道水中の銅濃度が低い子供に発症するようです。^{[ 128 ]}現在有力な仮説は、ICT は銅代謝障害を引き起こす遺伝子病変と高銅摂取の組み合わせによるものであるというものです。この仮説は、これらの症例のほとんどで両親の近親婚が頻繁に発生していることによって裏付けられています。この近親婚は、飲料水中の銅濃度が高い地域では見られず、これらの症候群は発生していません。^{[ 128 ]}

ICTは、影響を受けた集団内の遺伝的多様性の増加と、調理済みの食品に直接触れる銅製の鍋やフライパンの代わりに缶詰の調理器具を使用するようにする教育プログラムと相まって、消滅しつつあるようです。ドイツで10年間にわたって確認された幼児期肝硬変の症例の大部分は、銅の外部源とも肝臓の金属濃度の上昇とも関連していませんでした^{[ 129 ]}。今日では、ICTの自然発生例はごくまれにしか発生しません。

土壌中の銅濃度は世界中で均一ではありません。多くの地域では、土壌中の銅濃度が不足しています。銅が自然に不足している土壌では、穀物などの農作物を栽培する前に、銅の補給が必要となることがよくあります。

土壌中の銅欠乏は作物の不作につながる可能性があります。銅欠乏は世界の食料生産における大きな問題であり、収量減少や生産物の品質低下を引き起こします。窒素肥料は農耕地の銅欠乏を悪化させる可能性があります。

世界で最も重要な食糧作物である米と小麦は、銅欠乏症に非常に弱い。柑橘類、オート麦、ほうれん草、ニンジンなど、他の重要な食品も同様である。一方、ココナッツ、大豆、アスパラガスなどの一部の食品は、銅欠乏土壌に対して特に敏感ではない。

銅欠乏症に対処する最も効果的な方法は、土壌に銅を補給することであり、通常は硫酸銅の形で施用される。また、一部の地域では、下水汚泥を用いて農地に有機物や銅を含む微量金属を補給することもある。

家畜では、牛や羊は銅欠乏症になるとよく兆候を示す。銅欠乏症に関連する羊の病気であるスウェイバックは、世界中の農家、特にヨーロッパ、北米、および多くの熱帯諸国で莫大なコストを課している。豚の場合、銅は成長促進剤であることが示されている。^{[ 151 ]}