《Biomolecules》：Deubiquitinating Enzymes in Alzheimer’s Disease: From Protein Homeostasis to Diverse Pathological Processes
编辑推荐：
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种涉及多种病理过程的神经退行性疾病，包括β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）积聚、tau蛋白病理、自噬功能障碍、线粒体功能紊乱、神经炎症和突触功能障碍。去泛素化酶（deubiquitin
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种涉及多种病理过程的神经退行性疾病，包括β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）积聚、tau蛋白病理、自噬功能障碍、线粒体功能紊乱、神经炎症和突触功能障碍。去泛素化酶（deubiquitinating enzymes, DUBs）可逆转泛素化，调节蛋白质稳定性、降解及细胞信号转导。尽管目前关于DUBs在AD中的研究多集中于Aβ代谢和tau稳态，但越来越多的证据表明DUBs还参与自噬、神经炎症、线粒体功能和突触功能等更广泛的AD相关过程。多种DUBs已被发现参与上述一个以上过程，但这些效应通常是在不同实验模型中分别观察到的。本综述总结了DUBs在AD主要病理过程中的研究现状，讨论了个别DUBs可能影响AD不同病理方面的机制，并分析了当前研究的局限性以及以DUBs为靶点治疗AD的潜力和挑战。
论文主体部分内容总结如下：
**2. DUBs的分类及其在阿尔茨海默病中的失调**
人基因组编码约100种去泛素化酶（deubiquitinating enzymes, DUBs），分为七个主要家族：泛素特异性蛋白酶（ubiquitin-specific protease, USP）、泛素C端水解酶（ubiquitin C-terminal hydrolase, UCH）、卵巢肿瘤蛋白酶（ovarian tumor protease, OTU）、Machado–Josephin结构域蛋白酶（MJD）、MINDY以及ZUFSP/ZUP1家族，均为半胱氨酸蛋白酶；JAMM/MPN+家族则为锌依赖的金属蛋白酶。AD中存在泛素稳态失调，DUBs也可能在多个层面发生改变。临床队列研究显示脑脊液（CSF）中UCH-L1水平与疾病进展、简易精神状态检查（MMSE）评分及tau病理相关；血浆UCH-L1在AD所致轻度认知障碍中升高，并在粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子治疗后降低。遗传学证据方面，UCH-L1的S18Y多态性可能对女性散发AD具有保护作用；中国AD队列中约1%患者携带罕见的CYLD变异；ADNI数据分析发现USP10基因变异与海马亚区体积和认知表现相关。AD患者死后脑组织中USP10、USP11和USP13蛋白水平升高。
**3. DUBs在AD核心病理机制中的作用**
**3.1. DUBs调节tau清除和聚集**
OTUB1直接与tau相互作用，以催化活性依赖的方式去除K48连接的多聚泛素链，抑制tau降解，并在原代神经元和TauP301S小鼠中增加tau磷酸化和寡聚化。USP7通过与tau直接结合并拮抗CHIP介导的泛素化来稳定tau；在PS19小鼠中，USP7敲低可减少总tau和磷酸化tau、减轻胶质增生和tau播种活性，并改善记忆缺陷。USP10可直接去泛素化tau并延迟其降解；Aβ42可诱导USP10表达，其缺失或药理抑制可减少tau播种聚集，且USP10还以不依赖催化活性的方式促进tau阳性应激颗粒的形成。USP11使tau去泛素化并促进K274和K281乙酰化，在女性P301S小鼠中敲除Usp11选择性减少乙酰化tau积聚和tau病理。USP13在AD脑中升高约两倍，敲低可增强20S蛋白酶体活性并减少磷酸化tau，在rTg4510小鼠中增加磷酸化tau的泛素化和清除。USP9X和USP9Y具有性别特异表达特征，敲低实验表明其可能调控MAPT表达；但Usp9x在齿状回局部敲低反而增加tau磷酸化，提示其作用具有情境依赖性。USP14抑制可加速野生型及突变tau的降解，但不同实验系统间结果不一致；经功能化修饰的Cu
2?xSe纳米颗粒可抑制USP14并改善AD小鼠认知。UCH-L1与神经纤维缠结共定位，其可溶性水平与缠结负荷呈负相关；抑制或敲低UCH-L1增加tau磷酸化并影响tau聚集体形成。
**3.2. DUBs调节Aβ产生和代谢**
目前缺乏DUBs直接靶向Aβ肽的证据，DUBs主要通过调节淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）和β位点APP切割酶1（β-site APP-cleaving enzyme 1, BACE1）的稳定性间接影响Aβ生成。USP8通过去除BACE1的K501泛素化，限制其溶酶体靶向并促进回收，从而稳定BACE1并增加Aβ产生；USP8耗竭则促进BACE1降解并减少Aβ。USP14抑制剂IU1及其类似物在细胞和秀丽隐杆线虫AD模型中减轻Aβ毒性。USP25基因定位于21号染色体，其可通过去泛素化APP和BACE1并限制其溶酶体降解来促进淀粉样病理；在5×FAD小鼠中过表达USP25加重淀粉样沉积，而基因缺失或药理抑制则减少脑内Aβ和淀粉样负荷。UCH-L1可促进APP和BACE1降解，其过表达降低Aβ水平并改善AD小鼠学习记忆；Aβ1–42可通过NF-κB信号抑制UCH-L1活性，形成病理反馈环路。
**3.3. DUBs调节AD中的自噬**
DUBs通过对自噬核心蛋白及选择性自噬受体上的泛素链进行编辑，参与自噬多个阶段。例如USP1去除ULK1的K63泛素化以维持经典自噬；OTUB1稳定mTORC1抑制剂DEPTOR促进自噬；USP13稳定p62并促进p62介导的选择性自噬；USP8则通过去除p62的K11泛素化抑制其自噬活性。在AD相关机制中，USP7通过处理泛素前体UBA52维持细胞内游离泛素池，MLKL–USP7–UBA52轴失调可损害自噬流并加剧AD小鼠病理。USP9X在P301S tau病小鼠海马中上调，通过去泛素化Raptor激活mTORC1并抑制自噬，WP1130可逆转该过程并促进tau降解。USP11被鉴定为自噬负调控因子，其缺失增强自噬流并在线虫中减轻Aβ42聚集毒性。USP14抑制对自噬流的影响因实验情境而异，可能通过影响UVRAG降解而损害自噬体–溶酶体融合。
**3.4. DUBs调节神经炎症**
USP25过表达加剧5×FAD小鼠的小胶质细胞活化、神经炎症、突触丢失和认知损害，而USP25基因减少可恢复小胶质细胞稳态特征。OTUD1在AD小鼠模型和Aβ刺激的BV2小胶质细胞中上调，其通过去除C/EBPβ Lys253的K48泛素化稳定C/EBPβ，增强NF-κB信号并促进神经炎症。OTUD6A同样以C/EBPβ Lys253为靶点稳定该分子，其缺失减轻炎症和认知缺陷。YOD1通过去泛素化MYH9维持其稳定性，调节小胶质细胞迁移和吞噬功能；YOD1缺失可恢复小胶质细胞功能并改善AD小鼠认知。USP53在AD脑组织中表达升高，其与NOTCH2相互作用并稳定NOTCH2，增强IKKβ/NF-κB信号；Usp53缺失可减轻5×FAD小鼠的胶质细胞反应性和tau积聚。
**3.5. DUBs调节线粒体功能障碍**
多数证据来自帕金森病等模型：USP8去除Parkin上的K6连接泛素链并促进线粒体自噬；USP14抑制通过DRP1和MFN2依赖机制促进线粒体自噬；USP15和USP35抑制Parkin介导的线粒体自噬；USP33直接去泛素化Parkin并促进其线粒体募集。在AD相关研究中，USP19在Aβ1–40处理的SH-SY5Y细胞中通过稳定NOX4加剧氧化应激、铁死亡和线粒体动力学异常；敲低USP19可恢复MFN1/MFN2表达并降低DRP1。USP30定位于线粒体外膜，负调控PINK1/Parkin依赖的线粒体自噬；miR-137-5p可靶向USP30并在AD模型中减轻Aβ神经毒性，但其特异性仍需验证。UCH-L1在N端截短tau诱导的过度Parkin依赖性线粒体自噬中发挥作用，AD患者突触线粒体中可检测到内源性NH2htau与Parkin和UCH-L1的稳定结合。
**3.6. DUBs调节其他AD相关病理过程**
USP46调节AMPA受体（AMPARs）的泛素化与周转；Aβ暴露降低USP46并增加E3连接酶NEDD4，促进AMPAR泛素化降解。UCH-L1通过维持神经元泛素稳态和PKA–CREB信号支持突触可塑性，恢复其活性可减轻Aβ诱导的长时程增强损害并改善APP/PS1小鼠情境记忆。USP16通过限制神经祖细胞自我更新损害神经再生；在Tg-SwDI小鼠和APP突变人细胞模型中，USP16耗竭可恢复祖细胞功能并改善认知。
**4. DUBs参与多种AD相关病理过程**
单个DUB可通过不同底物和信号通路影响AD的多种病理过程。USP25既稳定APP和BACE1促进Aβ产生，又加剧小胶质细胞介导的神经炎症。USP7稳定tau并促进其病理积聚，同时也维持细胞内泛素稳态和自噬功能，其不同活性可能产生不同甚至相反的病理后果。USP9X对自噬和tau清除的调节呈情境依赖性。靶向USP11的IsoLiPro可同时减轻tau和淀粉样病理、突触损伤并改善认知；Usp53缺失也可减轻神经炎症、tau积聚并改善学习记忆，但这些广泛的表型改善并不必然证明相关DUB直接调控多种病理通路。未来需结合细胞类型特异性操作、跨病程纵向分析和蛋白质组学/泛素组学手段，以区分直接效应与继发变化。
**5. 靶向DUBs的药理学**
DUBs具有明确的催化活性和结构可及的催化口袋，是泛素系统中有吸引力的药物靶点。已有初步药理证据包括：USP25抑制剂AZ1减少5×FAD小鼠脑片淀粉样斑块负荷；USP14抑制剂IU1和IU1-47降低tau水平；靶向USP11的IsoLiPro长期口服可减少AD转基因小鼠的总tau和磷酸化tau，并减轻淀粉样沉积和突触损伤；功能化Cu
2?xSe纳米颗粒可抑制USP14并改善AD小鼠病理和认知。临床应用仍面临挑战：多数DUBs为半胱氨酸蛋白酶，同家族成员催化特征保守，实现选择性抑制难度较大；血脑屏障通透性和中枢药代动力学性质需重点评估；DUBs底物广泛，调节单一DUB可能产生多重效应。此外，治疗策略不应仅限于抑制，例如UCH-L1功能丧失与tau磷酸化增加和突触功能障碍相关，可能需要恢复其表达或活性。
**6. 结论**
AD涉及异常蛋白积聚、自噬受损、线粒体功能障碍、神经炎症和突触损伤等多种病理过程。DUBs不仅调控Aβ和tau代谢，也参与自噬、线粒体功能、神经炎症和突触功能。目前已在AD相关模型中研究的DUBs数量仍然有限，许多毒性蛋白清除和线粒体质量控制机制主要来自帕金森病等疾病模型。需要进一步鉴定AD相关的DUBs并确证其因果作用，区分直接底物与继发改变，补充来自人脑组织、患者来源细胞和脑类器官的证据。药物研究仍多处于临床前阶段，未来需明确靶点选择性、脑内暴露、长期安全性以及针对特定DUB是抑制还是功能恢复。
