UBC9通过调控PINK1 SUMO化修饰介导线粒体自噬减轻氧化应激在帕金森病进程中的作用机制研究

《Cell Biology and Toxicology》：UBC9 mediates mitophagy to attenuate oxidative stress by regulating SUMOylation of PINK1 in the Parkinson’s disease progression

本研究针对帕金森病(PD)中线粒体功能障碍和氧化应激的关键病理环节，探讨了SUMO结合酶UBC9通过调控PINK1蛋白SUMO化修饰对线粒体自噬的调控作用。研究人员发现UBC9可增强PINK1蛋白稳定性，促进PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬，从而减轻MPP+/MPTP诱导的神经毒性。该研究揭示了UBC9-PINK1轴在PD中的神经保护机制，为PD治疗提供了新的潜在靶点。

　　

帕金森病作为一种常见的神经退行性疾病，全球患者人数已超过850万，其典型病理特征是中脑黑质多巴胺能神经元的进行性丢失以及路易体的异常聚集。尽管氧化应激和线粒体功能障碍被公认为PD发病的核心环节，但现有的治疗手段如左旋多巴仅能缓解症状，无法阻断疾病进展。在这一背景下，探寻新的神经保护靶点成为当前研究的热点。

近年来，蛋白翻译后修饰在神经退行性疾病中的作用日益受到关注。其中，SUMO化修饰（Small Ubiquitin-like Modifier）作为一种重要的蛋白修饰方式，通过影响靶蛋白的稳定性、亚细胞定位和功能活性，参与调控多种细胞过程。特别值得注意的是，SUMO结合酶UBC9（SUMO-conjugating enzyme UBC9）作为SUMO化修饰过程中的关键酶，已被发现在多种疾病中发挥重要作用，但其在PD中的具体功能尚不明确。

与此同时，线粒体质量控制的核心机制——线粒体自噬（mitophagy）的失调与PD的发病密切相关。PINK1（PTEN induced putative kinase 1）作为线粒体自噬的启动因子，其功能异常会导致受损线粒体的累积，进而引发氧化应激和神经元死亡。然而，调控PINK1蛋白稳定性的分子机制仍有待阐明。

基于这些科学问题，中南大学湘雅医院的研究团队在《Cell Biology and Toxicology》上发表了最新研究成果，首次揭示了UBC9通过调控PINK1的SUMO化修饰来促进线粒体自噬，从而减轻PD模型中的氧化应激和神经毒性。

研究人员主要采用了MPP⁺诱导的SH-SY5Y细胞模型和MPTP处理的C57BL/6小鼠模型模拟PD病理过程。通过细胞活力检测（CCK-8）、细胞增殖（EdU）和凋亡分析（Annexin V/PI染色）评估神经细胞功能；利用JC-1染色和DCFH-DA荧光探针分别检测线粒体膜电位和活性氧（ROS）水平；通过蛋白质免疫共沉淀（Co-IP）和Western blot验证蛋白相互作用和SUMO化修饰；采用免疫荧光和透射电镜观察线粒体自噬过程；并使用行为学测试（旷场实验和旋转棒实验）评估小鼠运动功能。

UBC9调控MPP⁺诱导的SH-SY5Y细胞活力和凋亡

研究人员首先发现，在MPP⁺处理的SH-SY5Y细胞中，PINK1和UBC9的表达均显著下调。通过SUMOplot分析程序预测到PINK1蛋白存在多个潜在的SUMO化修饰位点。进一步实验表明，过表达UBC9能够显著逆转MPP⁺引起的细胞活力下降和凋亡增加，提示UBC9在PD模型中具有神经保护作用。

UBC9通过调控线粒体自噬减轻氧化应激

为了探究UBC9发挥保护作用的具体机制，研究人员检测了线粒体自噬相关指标。结果显示，UBC9过表达可上调PINK1、Parkin和LC3II/I的表达，同时降低p62水平，这些效应可被线粒体自噬抑制剂环孢素A（CsA）所逆转。透射电镜观察进一步证实，UBC9过表达能够改善MPP⁺引起的线粒体形态异常。在氧化应激指标方面，UBC9过表达显著提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）的活性，同时降低了丙二醛（MDA）和ROS水平。

UBC9通过促进PINK1 SUMO化修饰增强其稳定性

机制探讨方面，研究人员通过点突变实验发现，PINK1的K522和K363位点是关键的SUMO化修饰位点。 cycloheximide（CHX）追踪实验表明，SUMO化缺陷的PINK1突变体半衰期显著缩短。Co-IP结果证实，UBC9能够直接介导PINK1的SUMO化修饰，而UBC9敲低则削弱了这一修饰过程。

UBC9通过PINK1介导的线粒体自噬调控细胞功能

为进一步验证UBC9的作用依赖于PINK1，研究人员在过表达UBC9的同时敲低PINK1。结果显示，PINK1敲低部分逆转了UBC9过表达对细胞活力、增殖和凋亡的保护作用，同时也削弱了UBC9对线粒体自噬和氧化应激的改善效应。

UBC9在体内实验中验证神经保护作用

在MPTP诱导的PD小鼠模型中，AAV介导的UBC9过表达显著改善了小鼠的运动功能障碍，提高了黑质区酪氨酸羟化酶（TH）阳性神经元的数量，并恢复了线粒体自噬相关蛋白的表达水平。行为学测试（旷场实验和旋转棒实验）表明，UBC9过表达组小鼠的运动协调能力明显优于模型组。

本研究系统阐明了UBC9通过促进PINK1蛋白SUMO化修饰，增强PINK1稳定性，进而激活PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬，最终减轻氧化应激和神经毒性的分子机制。这一发现不仅深化了对PD发病机制的理解，而且为PD的治疗提供了新的潜在靶点。值得注意的是，研究首次将SUMO化修饰、线粒体自噬和氧化应激三个关键病理环节有机联系起来，构建了完整的UBC9-PINK1调控轴。然而，该研究也存在一定局限性，如SUMO化修饰位点的验证主要依赖预测软件和Co-IP实验，未来需要质谱分析等更直接证据；此外，急性神经毒素模型不能完全模拟人类PD的慢性进展特征，需要在慢性模型中进行进一步验证。

总之，这项研究揭示了UBC9在PD中的神经保护作用，为开发以SUMO化修饰为靶点的PD治疗策略提供了重要的理论依据。随着对UBC9-PINK1轴调控机制的深入研究，有望为PD的早期诊断和精准治疗开辟新的方向。