小泛素樣修飾蛋白對周圍神經損傷后再生作用的研究進展

周圍神經損傷一般是指周圍神經干或其分支受到外力作用而引起的損傷，多表現為所支配區域運動方面，感覺方面及營養方面的障礙。周圍神經有一定再生能力，但其修復過程很緩慢，另外顯微外科技術雖已經產生了極大的飛躍，但其治愈率仍不理想，周圍神經損傷仍在嚴重影響著人們的日常生活

。因此，研究加速周圍神經損傷后再生的分子機制仍是十分必要的。蛋白質翻譯后修飾在調節和多樣化蛋白方面起著重要作用

，其中小泛素樣修飾蛋白(small ubiquitin-related modified protein, SUMO)化修飾近年來被廣為提及，通過調節蛋白質的定位、活性及其穩定性，已被證明在調控神經元形態和功能的信號通路中具有關鍵作用

，故擬將SUMO及其在周圍神經再生中的作用總結如下。

1 SUMO概述

1.1 SUMO家族 SUMO是一類蛋白質家族，廣泛存在于真核生物中，其發展歷史并不久遠，首見于Meluh和Koshland在1995年釀酒酵母中發現的一種蛋白質

。隨后在1997年Mahajan等

發現該蛋白質與泛素具有相關性，因此將其命名為SUMO。在哺乳動物中，SUMO家族已發現有5個成員，SUMO1-5。它們都含有約100個氨基酸，11KDa大小，且有相似的三維結構。SUMO1-3在哺乳動物中廣泛表達，SUMO4-5卻很少見，近年來才被建議成為另外兩位成員

。在20世紀90年代末期第一個SUMO1被Johnson等

發現，緊接著SUMO2、SUMO3因其同源性而被篩選出來，SUMO2、SUMO3同源性為97%，常將其合并為SUMO2/3，然而SUMO1與之僅有約50%的同源性，因此相較之下，SUMO2及SUMO3更為相似

。SUMO1主要在與蛋白質結合狀態下存在，而SUMO2/3常是游離的，可在應激狀態下迅速與蛋白質結合

。目前關于SUMO4與SUMO5報道較少，故不做特別介紹。SUMO可以在特定酶作用下通過共價方式結合靶底物的賴氨酸殘基，以使靶蛋白結構與功能發生相應改變，如靶蛋白與其他蛋白間結合作用減弱，影響靶蛋白的催化及穩定特性等

。近來，Zhang等

通過觀察SUMO在坐骨神經損傷后的表達已經證實SUMO在周圍神經再生中起作用。

1.2 SUMO化 SUMO化修飾并非是一個簡單的步驟，而是SUMO通過多個酶級聯構成的富有復雜性和動態性的過程。SUMO最初為無活性的前體，SUMO蛋白酶水解其C端氨基酸，暴露二甘氨酸基序(diglycine,GG)而使其成熟，成熟這一過程是隨后過程的先決條件，成熟的SUMO既要消耗三磷酸腺苷又要與激活酶連接而使自身激活，緊接著激活酶傳遞部分SUMO至唯一確定的結合酶Ubc9的半胱氨酸殘基上，然后，Ubc9進一步識別含有Ψ-Lys-X-Asp/Glu基序的目標底物(Ψ為疏水性殘基，Lys為目標賴氨酸，X可為任何殘基)并在連接酶促進作用下使得SUMO與目標蛋白上的賴氨酸殘基共價結合，即完成目標蛋白的SUMO化

。雖然并非所有SUMO底物都含有此基序，但Hendriks等

通過質譜分析表明，此基序在共價結合處明顯富集，可以說，大部分目標底物都具有此基序，所以常常就被稱之為共識基序。Lutz等

證明神經細胞黏附因子(neural cell adhesion factors molecule,L1-70)因共識基序被識別而與SUMO共價結合，在組織蛋白酶E介導下促進L1-30的生成進而加速了雪旺細胞遷移及背根神經節軸突的髓鞘化。

1.3 SUMO化的可逆特性 SUMO化是動態可逆的，在SUMO歷經成熟、激活、結合、連接以后，仍要歷經解離過程。SUMO蛋白酶會使目標蛋白與SUMO的連接處切割開，分離的SUMO進入下一循環而表現出可逆特性，此過程也可稱之為去SUMO化

。目前哺乳動物中主要的SUMO蛋白酶是SUMO特異性蛋白酶(SUMO-specific protease, SENPs)，已經發現了6種分別為：SENP1、SENP2、SENP3、SENP5、SENP6、SENP7。人們又將這6種蛋白根據對應的可解離SUMO亞型分為3類。第1類SENP-1和SENP-2，可以去除哺乳動物中SUMO亞型(SUMO1-3)；第2類SENP-3和SENP-5，可以優先解離SUMO2/3；第3類SENP-6和SENP-7，可以將基板中SUMO2/3有效解離

。除SUMO特異性蛋白酶SENPs之外又發現兩類，其一是位于胞漿和細胞核中的去SUMO化異肽酶-1及其密切相關的位于細胞質中的去SUMO化異肽酶-2

，其二是位于核內卡哈爾體中的泛素樣特異性蛋白酶1

。總的來說，SUMO蛋白酶既可將前體SUMO水解使其成熟又可以解離SUMO與目標蛋白，所以SUMO蛋白酶在調節SUMO化與去SUMO化中具有極其關鍵的作用。近來人們發現

，代謝型谷氨酸受體的短暫激活可以捕捉Ubc9通過SUMO化修飾而改變神經元的興奮性，一段時間后隨著SENP1的突觸后累積可以去SUMO化以維持神經元興奮的穩定程度。

2 SUMO在調控周圍神經損傷后再生中的作用

SUMO通過與不同的周圍神經相關的靶蛋白底物作用，從而影響周圍神經的再生過程。其中，SUMO的目標底物如微管相關蛋白Tau(microtubule-associated protein tau)、基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP9)、細胞質蛋白MAX-1(cytoplasmic protein MAX-1)、活性區蛋白Rab3互作分子1α(the active zone protein Rab3-interacting molecule 1α,RIM1α)是周圍神經再生過程，瓦勒變性、髓鞘再生、軸突再生、信號轉導等不同環節中的關鍵因子

。

2.1 SUMO與瓦勒變性 Tau蛋白是微管相關蛋白的其中一種，存在于高等真核生物中，主要通過與微管相互作用從而介導微管的組裝和穩定

。已知Tau在大多數組織和器官中都表達，在中樞神經系統的神經元中表達較密集，且已證明Tau在中樞神經系統中起著重要作用，但在周圍神經中Tau卻很少提及。Zha等

通過坐骨神經粉碎實驗發現在周圍神經損傷以后，Tau的mRNA表達在損傷后早期下降，但在后期逐漸上升，認為Tau不僅在周圍神經中表達且與周圍神經損傷關系密切。那么Tau與周圍神經損傷有何關系呢？最新的研究提到

，編碼Tau的基因通過小干擾RNA轉染的體內實驗表明其抑制了坐骨神經損傷后的髓磷脂和脂質碎片的消除，且沉默Tau的小鼠表現出了雪旺細胞遷移率的降低。可以說，Tau在周圍神經損傷后再生過程中既促進雪旺細胞遷移又利于髓鞘碎片的清除速率。

2.4 SUMO與信號轉導 RIMs是一類定位于突觸前的保守的支架蛋白，促進突觸前Ca

通道聚集、調節突觸囊泡對接且在穩態突觸可塑性中有重要作用

。有研究通過GST標記的Ubc9親和純化的神經元提取物發現RIM1/RIM2和SUMO1在海馬神經元中表現出廣泛的共定位且通過突變的賴氨酸(K502R處突變)完全阻止了RIM1α SUMO化表明K502R是唯一的SUMO附著位點

。有文獻提到SUMO化的RIM1α 對Ca

通道聚集的促進作用是在突觸前去極化誘發Ca

信號所必需的

，敲除內源性RIM1α替換為非SUMO化突變體，結果Ca

內流受損。另外，Girach等

通過染料負載實驗，響應電場刺激誘導囊泡向突觸前膜移動及遞質釋放，K502R處RIM1α證實能夠使其卸載總量明顯下降，且下降率高于非K502R處RIM1α誘導的遞質釋放。總的來說，RIM1α SUMO化促進突觸前Ca

通道聚集，增加了去極化誘導的Ca

內流，從而加速囊泡向突觸前膜移動及遞質釋放，進而將興奮傳遞到突觸后膜。也可以說，RIM1α SUMO化在信號轉導和興奮性傳遞方面起作用。

師新民(2007:61-62)在探討考古名詞英譯的時候提出文物翻譯要遵循簡潔性原則，即文物翻譯應言簡意賅，特別是文物譯名，另外還應考慮西方讀者的接受能力，在簡潔的前提下盡量使譯名具有自釋性，否則會影響讀者的理解。因此，筆者建議文物英譯名稱的中心詞前面應去掉過多的修飾詞，化繁為簡，將其顏色、形狀、工藝等在故宮的英文官網單列成索引項，以簡化其題目長度。

2.2 SUMO與髓鞘再生 MMPs是一類能夠降解細胞外基質的酶，在神經系統發育過程中有重要作用

。Qin等

表明MMPs在周圍神經損傷再生中也很有用，大多數MMPs在坐骨神經粉碎后表達升高，提示其能夠加速細胞的降解和重塑，為構建周圍神經損傷再生提供適宜的微環境。其中，Muscella等

認為MMP9通過調節細胞外基質重塑，發揮了促進雪旺細胞功能分化、遷移和髓鞘化的作用。Kim等

也提出了類似的觀點，MMP-9 在損傷后早期對髓鞘再生有重要影響，與基質金屬蛋白酶抑制劑1共同參與著雪旺細胞成熟和軸突髓鞘化的調節。

傳統授課模式下，考核方式多采用單一考核方式，即終結性考核，主要做法是通過期末考試的方式來確定學生的成績。這樣的方式雖然簡單，但并不合理，試卷的成績可以看出學生對理論知識的機械記憶程度，但并不能完全判斷出學生對知識的理解程度和對技能的掌握程度，這樣的考核方式既不合理，也不全面。

2.3 SUMO與軸突再生 MAX-1在網蛋白誘導的軸突排斥中很有用，MAX-1和跨膜受體UNC5(UnCoorDinated-5)之間的相互平衡是正確地引導運動神經元軸突的前提

。谷胱甘肽S-轉移酶(glutathione S-transferase,GST)融合MAX-1體外實驗顯示MAX-1在SUMO連接酶GEI-17作用下可以SUMO化，且通過SENP1可以去SUMO化而進一步證實MAX-1是SUMO的底物。研究也報告了MAX-1與UNC5相互作用，MAX-1 SUMO化后二者相互作用減弱甚至解離，即SUMO化作為動態開關調節UNC-5受體的轉運和降解而影響軸突排斥。最后通過光漂白UNC5后的熒光修復并觀察其在軸突內的轉運狀態，SUMO化MAX-1的回收率明顯優于MAX-1，進一步證明了UNC5在受體轉運中受SUMO化調節

。也就是說，SUMO化通過動態平衡MAX-1和UNC5，從而助于正確引導軸突排斥。

另外，Ubc9作為哺乳動物中唯一確定的SUMO結合酶能夠直接了當地反映出SUMO化的作用

。Ubc9的沉默降低了腫瘤壞死因子-α誘導的MMP9的表達

。可以說，Ubc9通過對MMP9的調節從而調控髓鞘再生。

值得注意的是，有研究表明Tau可以通過SUMO1在K340處被SUMO化

，也就是說，Tau是SUMO的目標蛋白。那么，Tau的SUMO化有什么樣的作用呢？Luo等

認為Tau的SUMO化抑制了Tau的泛素化，從而抑制了Tau的降解，進而促進了Tau發揮其自身作用。總的來說，Tau的SUMO化能夠通過抑制其泛素化從而利于瓦勒變性。

習近平總書記指出,我國生態環境質量持續好轉,出現了穩中向好態勢,但成效并不穩固。經濟新常態(增速上的放緩)某種程度上為環保工作創造了重要的“窗口期”;市場出現飽和(產能過剩)為我們在環境保護上提出較高要求和標準創造了條件;財力增長、技術進步和經驗積累使我們有能力和條件解決生態環境問題。[注]莊貴陽、薄凡:《厚植生態文明 耕耘美麗中國——“形勢與政策”專題講稿》,《時事報告·大學生版》(增刊),2018年8月,第86-99頁。

3 小結

綜上所述，SUMO化修飾參與了瓦勒變性、軸突引導、雪旺細胞去分化及遷移、髓鞘化，又參與了血管化營養神經以及神經元突觸過程，表明SUMO有助于周圍神經損傷后再生過程。然而，由于SUMO復雜的動態性，在不同微環境中SUMO蛋白酶如何合理調控SUMO化與去SUMO化的機制有待進一步考量，是否依賴于其他物質參與還有待發現。

H社區的資金受到區政府限制，并且資金的審批過程復雜，時間長，效率低，導致許多老舊小區的消防安全設施無法得到有效完善，存在一定的安全隱患，對居民的人身安全具有潛在的威脅。

目前周圍神經再生仍是臨床上急需克服的難題。再生微環境中各類蛋白及信號通路的精細而又復雜的調控是良好的周圍神經損傷后再生所必需的，如SUMO。SUMO在神經系統疾病中的作用已經受到廣泛關注，但已有的研究多集中在中樞神經系統中

。然而值得關注的是，SUMO在周圍神經損傷中也發揮著重要作用，是一個具有潛力的研究靶點，目前SUMO化修飾在周圍神經損傷和再生中的作用研究相對較少，更缺乏系統性的綜述。因此，未來研究者應當將眼光著眼于SUMO在周圍神經再生中的聯系，挖掘SUMO動態調控的確切分子機制，探討其在周圍神經損傷后康復進程中如何運用，從而為改善周圍神經損傷后患者生活質量作出新貢獻。

[1] 馬書杰, 吳佳佳, 華續赟, 等.周圍神經損傷及腦功能重塑研究進展[J].中國康復, 2019,34(3):165-168.

[2] 李貝貝, 白躍宏.周圍神經損傷評定的研究進展[J].中國康復, 2017,32(5):421-424.

[3] Yau T Y, Molina O, Courey A J.SUMOylation in development and neurodegeneration[J].Development, 2020,147(6)：dev175703.

[4] Henley J M, Seager R, Nakamura Y, et al.SUMOylation of synaptic and synapse-associated proteins: An update[J].J Neurochem, 2021,156(2):145-161.

[5] Meluh P B, Koshland D.Evidence that the MIF2 gene of Saccharomyces cerevisiae encodes a centromere protein with homology to the mammalian centromere protein CENP-C[J].Mol Biol Cell, 1995,6(7):793-807.

[6] Mahajan R, Delphin C, Guan T, et al.A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein RanBP2[J].Cell, 1997,88(1):97-107.

[7] Colnaghi L, Russo L, Natale C, et al.Super Resolution Microscopy of SUMO Proteins in Neurons[J].Front Cell Neurosci, 2019,13:486.

[8] Johnson E S, Schwienhorst I, Dohmen R J, et al.The ubiquitin-like protein Smt3p is activated for conjugation to other proteins by an Aos1p/Uba2p heterodimer[J].EMBO J,1997,16(18):5509-551.

[9] 劉曉智, 楊新宇.小泛素樣修飾體在神經系統疾病中的功能研究進展[J].天津醫科大學學報, 2017,23(3):280-283.

[10] Correa-Vázquez J F, Juárez-Vicente F, García-Gutiérrez P, et al.The Sumo proteome of proliferating and neuronal-differentiating cells reveals Utf1 among key Sumo targets involved in neurogenesis[J].Cell Death Dis, 2021,12(4):305.

[11] Gupta D, Garapati H S, Kakumanu A, et al.SUMOylation in fungi: A potential target for intervention[J].Comput Struct Biotechnol J, 2020,18:3484-3493.

[12] Zhang D, Yu K, Yang Z, et al.Variation in expression of small ubiquitin-like modifiers in injured sciatic nerve of mice.[J].Neural regeneration research, 2019,14(8):1455-1461.

[13] Gwizdek C, Cassé F, Martin S.Protein sumoylation in brain development, neuronal morphology and spinogenesis[J].Neuromolecular Med, 2013,15(4):677-691.

[14] Cappadocia L, Lima C D.Ubiquitin-like Protein Conjugation: Structures, Chemistry, and Mechanism[J].Chem Rev, 2018,118(3):889-918.

[15] Hendriks I A, Vertegaal A C.A comprehensive compilation of SUMO proteomics[J].Nat Rev Mol Cell Biol, 2016,17(9):581-595.

[16] Lutz D, Wolters-Eisfeld G, Schachner M, et al.Cathepsin E generates a sumoylated intracellular fragment of the cell adhesion molecule L1 to promote neuronal and Schwann cell migration as well as myelination[J].Journal of Neurochemistry, 2014,128(5):713-724.

[17] Chang H M, Yeh E.SUMO: From Bench to Bedside[J].Physiol Rev, 2020,100(4):1599-1619.

[18] Shin E J, Shin H M, Nam E, et al.DeSUMOylating isopeptidase: a second class of SUMO protease[J].EMBO Rep, 2012,13(4):339-346.

[19] Schorova L, Pronot M, Poupon G, et al.The synaptic balance between sumoylation and desumoylation is maintained by the activation of metabotropic mGlu5 receptors[J].Cell Mol Life Sci, 2019,76(15):3019-3031.

[20] Yi S, Liu Q, Wang X, et al.Tau modulates Schwann cell proliferation, migration and differentiation following peripheral nerve injury[J].J Cell Sci, 2019,132(6):jcs222059.

[21] Kim Y, Remacle A G, Chernov A V, et al.The MMP-9/TIMP-1 axis controls the status of differentiation and function of myelin-forming Schwann cells in nerve regeneration[J].PLoS One, 2012,7(3):e33664.

[22] Huang X, Cheng H J, Tessier-Lavigne M, et al.MAX-1, a novel PH/MyTH4/FERM domain cytoplasmic protein implicated in netrin-mediated axon repulsion[J].Neuron, 2002,34(4):563-557.

[23] Müller M, Liu K S, Sigrist S J, et al.RIM controls homeostatic plasticity through modulation of the readily-releasable vesicle pool[J].J Neurosci, 2012,32(47):16574-16585.

[24] Martin L, Latypova X, Terro F.Post-translational modifications of tau protein: implications for Alzheimer's disease[J].Neurochem Int, 2011,58(4):458-471.

[25] Zha G B, Shen M, Gu X S, et al.Changes in microtubule-associated protein tau during peripheral nerve injury and regeneration[J].Neural Regen Res, 2016,11(9):1506-1511.

[26] Luo H B, Xia Y Y, Shu X J, et al.SUMOylation at K340 inhibits tau degradation through deregulating its phosphorylation and ubiquitination[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2014,111(46):16586-16591.

[27] Planas A M, Solé S, Justicia C.Expression and activation of matrix metalloproteinase-2 and-9 in rat brain after transient focal cerebral ischemia[J].Neurobiol Dis, 2001,8(5):834-846.

[28] Qin J, Zha G B, Yu J, et al.Differential temporal expression of matrix metalloproteinases following sciatic nerve crush[J].Neural Regen Res, 2016,11(7):1165-1171.

[29] Muscella A, Vetrugno C, Cossa L G, et al.TGF-β1 activates RSC96 Schwann cells migration and invasion through MMP-2 and MMP-9 activities[J].J Neurochem, 2020,153(4):525-538.

[30] Wang G, Yang F, Gao T, et al.Effect of deletion of SUMOylation on dendritic cell function in septic mice and its role in sepsis[J].Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban, 2020,45(3):314-321.

[31] Li F, Li X, Kou L, et al.SUMO-conjugating enzyme UBC9 promotes proliferation and migration of fibroblast-like synoviocytes in rheumatoid arthritis[J].Inflammation, 2014,37(4):1134-1141.

[32] Decourcelle A, Very N, Djouina M, et al.O-GlcNAcylation Links Nutrition to the Epigenetic Downregulation of UNC5A during Colon Carcinogenesis[J].Cancers(Basel), 2020,12(11):3168.

[33] Chen S Y, Ho C T, Liu W W, et al.Regulation of axon repulsion by MAX-1 SUMOylation and AP-3[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2018,115(35):E8236-E8245.

[34] Girach F, Craig T J, Rocca D L, et al.RIM1α SUMOylation is required for fast synaptic vesicle exocytosis[J].Cell Rep, 2013,5(5):1294-1301.

[35] Henley J M, Carmichael R E, Wilkinson K A.Extranuclear SUMOylation in Neurons[J].Trends Neurosci, 2018,41(4):198-210.

[36] 王大鵬, 海艦.SUMO化在中樞神經系統疾病中的作用機制研究進展[J].中風與神經疾病雜志, 2019,36(4):356-358.