蛋白质泛素化是一种在所有细胞中发生的翻译后修饰（Posttranslational Modification, PTM），可调控众多生物学过程。蛋白质的泛素化由酶促级联反应完成，其中E3泛素连接酶催化泛素向底物转移的最后步骤。本综述聚焦于E3泛素连接酶对少突胶质细胞（Oligodendrocyte, OL）的调控作用，OL是中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）中的一种胶质细胞类型，对轴突髓鞘形成及整体神经元健康至关重要。研究人员在此重点探讨由E3泛素连接酶驱动的蛋白质泛素化如何改变OL的发育、维持及疾病发病机制。
蛋白质泛素化机制
泛素（Ubiquitin, Ub）是一种由76个氨基酸组成的蛋白质，通过共价键与底物蛋白质结合。这种8.6 kDa的PTM可以多种构型发生，导致底物产生多样性的命运结局。其中一个突出例子是通过赖氨酸-48（Lysine-48）连接组装多聚泛素链，可启动底物通过泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin Proteasome System, UPS）降解。另一例是通过赖氨酸-63（Lysine-63）连接组装多聚泛素链，常导致底物通过溶酶体途径降解。蛋白质泛素依赖性过程的紊乱，包括泛素机制中的突变，已与多种神经系统疾病相关联。
泛素化标记的决定由酶促传递级联驱动，始于泛素与泛素激活酶（E1）的结合，继而转移至泛素结合酶（E2），最终传递至泛素连接酶（E3）。E3泛素连接酶是最后直接参与将泛素转移至底物的成员。编码E1和E2的基因类别较为有限（约40种），而编码E3泛素连接酶的基因范围在600至800种之间。因此，E3泛素连接酶主要决定底物选择性。庞大的E3泛素连接酶类被细分为四个不同家族：最大的是真正有趣的新基因（Really Interesting New Gene, RING）家族，包含约600个基因。对于RING型E3，携带泛素的E2与E3泛素连接酶中的RING结构域结合，同时E3结合目标底物，使E2靠近以转移其泛素。第二个家族是含同源E6-AP C端（Homologous to E6-AP C-terminus, HECT）结构域的E3泛素连接酶，利用其HECT结构域内的硫酯键中间体直接将泛素转移至底物。RING-in-between-RING（RBR）类E3泛素连接酶作为RING和HECT型E3的杂合体，涉及E2-泛素界面与硫酯键连接的结合以转移泛素。最后一类是含U-box结构域的E3，其工作方式与RING E3家族类似，但使用U-box结构域使携带泛素的E2靠近底物以实现高效的泛素转移。
OL功能中蛋白质泛素化的早期线索
最初，从大鼠少突胶质细胞中分离的催化性蛋白质泛素结合物检测率低至无法检测，曾被认为是这些细胞类型在正常条件下不具备泛素形成能力的证据。这些发现与先前研究形成对比，后者在阿尔茨海默病、皮克病和嗜银颗粒痴呆中鉴定出泛素阳性的少突胶质细胞微管团块，以及多系统萎缩（Multiple System Atrophy, MSA）中的细胞质包涵体。提示少突胶质细胞具有支持蛋白质泛素化过程能力的研究来自原代培养的少突胶质细胞前体细胞（Oligodendrocyte Progenitor Cells, OPCs），其中用抑制剂乳胱霉素抑制26S蛋白酶体可诱导其分化和髓鞘样膜片形成。后续研究发现，蛋白酶体抑制还导致培养OPCs中蛋白质泛素结合物的积累，提示这些细胞确实可能支持蛋白质泛素化过程以调控关键功能。上述研究表明，少突胶质细胞中的泛素化过程可能是致病的，或在分化、成熟等特定事件下被触发。另一种可能是少突胶质细胞中泛素化蛋白质的半衰期较短，或许由于去泛素化酶（另一类去除泛素标签的庞大酶家族）的高表达和活性所致。最后一种可能是泛素依赖性结合过程可能为少突胶质细胞致病性或主要发育事件所预留。
E3泛素连接酶在OL发育中的功能
在胚胎发育过程中，神经元和OLs从神经干细胞（Neural Stem Cell, NSC）中顺序产生，哺乳动物大脑中神经发生先于少突胶质发生。少突胶质发生始于Olig转录因子Olig1和Olig2的表达，导致NSCs向OL谱系定向。进一步分化为OPCs由血小板衍生生长因子受体α（Platelet Derived Growth Factor Receptor alpha, PDGFRα）和硫酸软骨素蛋白多糖神经/胶质抗原2（Neural/glial Antigen 2, NG2）的表达完成。OPCs通过特定分化阶段，表达特定蛋白质，最终产生髓鞘化OLs。这些阶段包括表达2'-3'-环核苷酸3'-磷酸二酯酶（2'-3'-Cyclic Nucleotide 3'-Phosphodiesterase, CNPase）和RNA结合蛋白quaking 7（即CC1）的前髓鞘化OLs，最终成熟为表达髓鞘碱性蛋白（Myelin Basic Protein, MBP）和髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein, MOG）等髓鞘蛋白质的髓鞘化OLs。髓鞘化OLs延伸突起包裹轴突并螺旋缠绕形成郎飞结间沿轴突分布的髓鞘节段。OL发育的各个阶段直至轴突髓鞘化受到Notch、PDGF和Wnt等信号通路的严格调控，这些通路又受到以下所述的不同E3泛素每秒化连接酶的调控。
NSCs中OL谱系的定向
少突胶质发生始于胚胎脑和脊髓的腹侧脑室区，NSCs在此做出两个关键命运决定：（ⅰ）自我更新与分化；（ⅱ）分化为神经元与OLs。Notch信号在调控这两个决定点中发挥重要作用ANNED作用，该通路的任何紊乱都会导致人类和小鼠的发育缺陷。Notch是表达于细胞表面的跨膜受体，与相邻细胞的膜结合配体相互作用。跨细胞Notch受体-配体相互作用导致配体及结合的胞外Notch片段在相邻细胞中内吞。胞外Notch片段从表达Notch的细胞中移除后，触发其Notch胞内结构域向核内转位，从而激活信号级联反应，初期促进增殖，随后促进少突胶质发生。该胞内通路的抑制对NSCs的神经元分化至关重要，由含F-box和WD重复结构域7（F-box and WD Repeat Domain-Containing Protein 7, FBXW7）的多亚基RING型E3连接酶复合物组分实现，FBXW7也称为FBW7、Cdc4或SEL-10，靶向Notch受体胞内结构域（Notch Intracellular Domain 1, NICD1）和c-Jun进行泛素依赖性降解。具体而言，小鼠神经祖细胞中Fbxw7的条件性缺失导致促凋亡因子c-Jun及NICD1表达增加，伴随细胞死亡增加和NSC分化。这些发现表明FBXW7-NICD1相互作用使NSCs停止自我更新并开始分化为神经元，而FBXW7-c-Jun相互作用增加NSCs的存活以维持干细胞库。虽然该研究未专门评估OL谱系，但已知Notch通路的激活限制神经元分化并增加OL产生。通过筛选破坏斑马鱼OL发育的突变，发现Fbxw7的点突变增加了OPC数量。与上述类似，OPCs中Notch升高，可通过缓和Notch信号得到挽救。综上所述，这些发现表明FBXW7通过Notch的泛素依赖性降解调控少突胶质发生。
相反，RING E3连接酶Neuralized（NEUR）和Mind Bomb（MIB）可通过泛素化及Notch配体的内吞及其结合的胞外Notch受体来激活Notch通路。因此，小鼠和斑马鱼中MIB的突变导致神经元过度产生并伴有干细胞库耗竭，最终阻断少突胶质发生。尽管在调控Notch信号方面，NEUR尚未在少突胶质发生中得到评估，提示其可能对特定组织类型具有特异性。值得注意的是，NEUR和MIB也与Notch配体Delta的不同区域相互作用并具有不同功能，表明其特异性存在差异。累积而言，通过增加MIB介导的Notch配体内吞或减少FBXW7介导的Notch受体蛋白水解来激活Notch信号，均可将神经干细胞命运切换至OL谱系并增加OPC的产生。
前髓鞘化OLs的发育
少突胶质发生通过以不同标志物表达区分的各个发育阶段进行，起始于表达PDGFRα的OPCs的产生，PDGFRα是一种结合血小板衍生生长因子PDGF-AA的受体酪氨酸激酶。OPCs的进一步分化需要下调PDGF信号以限制其增殖。这通过配体PDGF-AA和/或其受体PDGFRα的丢失实现，最终导致脑和脊髓中成熟OL数量减少但更加成熟。降低PDGF信号的关键过程是由RING E3泛素连接酶Cbl将PDGFRα从质膜上移除。机制上，随着PDGFRα R554位点精氨酸甲基化的逐渐丢失，Cbl结合位点暴露，使得PDGFRα胞内结构域Y555位点的泛素化成为可能。因此，Cbl功能对OPCs适时分化为OLs至关重要。
OPCs中另一高丰度蛋白质是G蛋白偶联受体GPR17，其下调以启动OPCs分化为OLs。GPR17信号在OPCs中由G蛋白受体激酶GRK2调控，GRK2磷酸化GPR17导致其脱敏。GPR17水平还受哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Mechanistic Target of Rapamycin, mTOR）信号调控，因为mTOR抑制剂雷帕霉素处理后GPR17上调，损害OPC成熟。重要的是，GRK2蛋白质水平由RING E3泛素连接酶Mdm2（murine double minute-2，亦为p53的成熟E3泛素连接酶）介导的泛素依赖性降解调控。值得注意的是，Mdm2被发现有介导GRK2与mTOR的相互作用，因为雷帕霉素处理增加了Mdm2与GRK2的相互作用，建立了雷帕霉素诱导GPR17升高的机制。Nutlin-3破坏p53-Mdm2复合物也会增强Mdm2与GRK2的相互作用，使Mdm2对GRK2的降解增加GPR17信号。这种信号转换也抑制了OPCs向OLs的分化。综上所述，这些发现表明Mdm2介导的GRK2降解负向调控OPC分化。
PDGFRα和Gpr17还受Wnt信号通路调控，该通路在OPCs中高活性发挥以减少其向OLs的分化。Daam2（Dishevelled Associated Activator of Morphogenesis 2）通过聚类Wnt受体于细胞膜来加速OPCs中的Wnt活性。小鼠中Daam2的缺失增加了成熟OL数量，也提高了VHL（von Hippel-Lindau）水平，VHL是多亚基RING E3连接酶的底物识别组分。有趣的是，Daam2过表达抑制OPC分化，而VHL过表达可恢复分化，表明Daam2促进E3泛素连接酶VHL的降解以防止OPC过早分化。OPCs的后期分化由HECT E3泛素连接酶Nedd4（Neural Precursor Cell Expressed Developmentally Downregulated 4，亦称Nedd4-1）通过组装K63连接泛素链稳定VHL蛋白而促进，Nedd4的缺失导致VHL不稳定。因此，Nedd4敲除小鼠显示分化的OLs显著减少而OPC数量无变化。因此，E3连接酶在调控Wnt通路的同时还通过直接降低PDGFRα和Gpr17的表达，在OPC分化的适时机控中发挥重要作用。
髓鞘化OLs的发育
髓鞘化OLs的产生涉及髓鞘蛋白的表达及其突起的扩展以形成髓鞘。该成熟过程受到正负调控因子的严格调控以确保神经元髓鞘化的适当时机。该过程中的一个负调控因子是G蛋白偶联受体GPR37（亦称Pael-R），其表达随OLs开始形成髓鞘而增加。事实上，GPR37的基因缺失导致OLs过早分化和髓鞘过度形成，且在成年小鼠脑中持续存在。Parkin是RBR型E3-泛素连接酶，其突变导致青少年型帕金森病，可增强GPR37的蛋白酶体降解。虽然Parkin被描述为GPR37的底物，但尚不清楚Parkin是否能在健康发育中的脑内泛素化少突胶质细胞GPR37。然而，两个基因表达模式的证据表明，OPCs分化过程中Parkin表达的降低可能负责成熟OLs中GPR37表达的增加。因此，Parkin可能间接帮助增加发育脑中髓鞘化OLs的产生。
少突胶质细胞突起的延伸以包裹轴突，继而扁平突起螺旋缠绕轴突，主要由肌动蛋白细胞骨架重塑驱动。OL突起延伸和包裹的第一步需要肌动蛋白丝组装，而髓鞘包裹的下一步需要肌动蛋白解聚以促进轴突周围致密髓鞘的形成。突起延伸和OL形态复杂性的增加依赖于Rho家族GTP酶对肌动蛋白细胞骨架的调控，包括RhoA，其激活时阻止复杂突起的形成。RhoA的下调确实增强OL突起生长和延伸。RhoA还受大麻素通路调控，该通路是成熟的髓鞘形成驱动因素。THC处理激活大麻素信号降低RhoA蛋白质水平，联合应用蛋白酶体抑制剂MG132可恢复。在体内敲低HECT E3泛素连接酶Smurf1和多亚基RING E3泛素连接酶Cullin3（CUL3）也可阻断这些效应。这些发现表明，OL在髓鞘形成过程中降低RhoA活性的主要机制之一是依赖HECT E3泛素连接酶Smurf1和CUL3介导的泛素依赖性蛋白酶体降解。
突起延伸后的肌动蛋白解聚对膜紧密化和扁平化以诱导髓鞘包裹至关重要，由凝溶胶蛋白（Gelsolin, Gsn）等肌动蛋白解聚蛋白介导。事实上，Gsn表达随OL成熟而增加，在髓鞘化OLs中水平最高。过早增加Gsn蛋白质水平导致前髓鞘化阶段OL过度分支，最终产生无法支持轴突功能的结构性髓鞘缺陷。发育中的白质内，Daam2驱动的泛素依赖性Gsn降解实际上阻止了OLs的过早成熟。Daam2介导的Gsn降解作用由HECT E3泛素连接酶Nedd4促进。类似地，前髓鞘化OLs中Nedd4条件性缺失的小鼠显示异常髓鞘化，而分化OL密度无变化。因此，Nedd4通过促进OPC向前髓鞘化OL的成熟，但延迟其向髓鞘化OL的分化，在维持髓鞘化适当时机中发挥关键作用。
E3泛素连接酶在轴突-髓鞘健康维持中的作用
髓鞘轴突的同心圆包裹在数周内重塑，尽管OL本身是长寿的，人脑白质年更新率约0.3%。成年脑中维持髓鞘健康的关键蛋白之一是由有丝分裂后OLs表达的转录因子髓鞘调节因子（Myelin Regulatory Factor, MYRF）。MYRF的缺失导致髓鞘蛋白下调最终导致脱髓鞘。MYRF是E3泛素连接酶FBXW7的底物，后者直接与N端DNA结合区域相互作用诱导其蛋白酶体降解。因此，OLs中FBXW7的缺失增加MYRF水平，导致髓鞘节段延长而不改变OLs包裹的郎飞结数量或髓鞘厚度。它还导致皮层OLs的年龄依赖性丢失、郎飞结组织结构破坏、轴突周围髓鞘外褶的出现以及神经元胞体的异位髓鞘化。因此，MYRF水平的严格调控对成年脑中髓鞘蛋白的持续稳态表达至关重要。
除MYRF的转录调控外，持续的蛋白质合成对维持髓鞘结构也是必需的。蛋白质合成在髓鞘稳态中的重要性在消失性白质病中得到证明，这是一种由真核翻译起始因子2B（Eukaryotic Translation Initiation Factor 2B, eIF2B）突变引起的严重髓鞘丢失的白质营养不良，eIF2B对蛋白质翻译至关重要。内质网（Endoplasmic Reticulum, ER）中调控蛋白质翻译的两个主要机制是未折叠蛋白反应（Unfolded Protein Response, UPR）和ER相关降解（ER-Associated Degradation, ERAD）通路。ER中未折叠或错误折叠蛋白质的积累被传感器检测，触发UPR以恢复蛋白质稳态，促进蛋白质折叠、减少蛋白质合成并激活ERAD。ERAD过程则识别ER中的未折叠或错误折叠蛋白质，将其转位至细胞质进行泛素依赖性蛋白酶体降解。已知有16种以上的E3连接酶复合物参与ERAD，但研究最深入的是RING E3 Sel1L-Hrd1（Suppressor/Enhancer of Lin12 Like-Hydroxymethylglutaryl Reductase Degradation Protein 1）泛素连接酶复合物。Sel1L-Hrd1复合物位于ER膜，是ERAD机器的核心组分，在ER应激时将错误/未折叠蛋白质在蛋白酶体中降解。Sel1L调控Hrd1的稳定性，其在OLs中的缺失导致进行性髓鞘变薄，强调了该复合物在髓鞘蛋白质稳态中的功能需求。Sel1L缺失的效应源于受损的ERAD导致错误/未折叠蛋白质积累增加，最终激活PERK抑制髓鞘蛋白翻译，作为UPR的一部分。ERAD还通过控制ER应激传感器PERK、肌醇需求酶1α（Inositol Requiring Enzyme1α, IRE1）和激活转录因子6α（Activating Transcription Factor 6α, ATF6α）的降解直接调控UPR。因此，Sel1L-Hrd1泛素连接酶复合物通过确保适当的ER应激反应和及时的错误/未折叠蛋白质降解，帮助维持髓鞘结构稳定性。
髓鞘不仅促进动作电位的快速传播，还通过提供能量储备支持轴突健康。E3连接酶在维持轴突健康中的作用来自OL特异性Fbxo7（Park15）缺失的研究，该缺失导致轴突变性而不引起脱髓鞘。Fbxo7敲除小鼠还显示糖酵解和氧化磷酸化相关蛋白质水平降低，表明OLs向轴突能量传递存在缺陷。Fbxo7主要在OLs中表达，也促进线粒体自噬并促进蛋白质蛋白酶体降解，但尚不清楚这些过程的紊乱是否有助于敲除小鼠中观察到的轴突效应。因此，E3连接酶不仅在髓鞘蛋白的转录和翻译调控中发挥基本作用，还在向轴突的能量传递中发挥关键作用，从而维持髓鞘稳态。
泛素连接酶在髓鞘修复与再生中的作用
在患病神经系统中，髓鞘因成熟OLs的细胞死亡而丢失，但可通过OPCs或NSCs产生新OLs来恢复。这一髓鞘再生过程即髓鞘修复，涉及前体细胞分化为新形成的OLs，后者成熟产生新的鞘状包裹脱髓鞘轴突的髓鞘。因此，髓鞘修复失败可能是由于前体细胞增殖和分化不足，以及新形成OLs成熟受阻所致。大多数参与调控发育性髓鞘形成的E3连接酶在髓鞘修复中也发挥类似作用，但有些E3连接酶在白质损伤时被选择性激活。
例如，E3连接酶Nedd4在OL再生中的需求与其发育作用类似。在毒素诱导脱髓鞘模型中，Nedd4的缺失导致损伤灶内成熟OLs减少而OPC数量无影响。在人脑中，Nedd4在OL谱系中表达，但在MS病灶中其表达与其底物VHL均显著降低，提示Nedd4的缺失可能导致MS中髓鞘修复失败。
相反，RNF43是RING指E3连接酶，在人脑缺氧缺血性损伤和MS后白质损伤时选择性富集于OPCs中。这也保守存在于小鼠中，脱髓鞘损伤灶导致OPCs中RNF43的显著上调。虽然RNF43表达在病理脑中被高Wnt信号诱导，它也作为该通路的反馈抑制因子，靶向Wnt受体Frizzled进行泛素化。该泛素化事件启动Frizzled从膜上移除以触发溶酶体依赖性降解。OPCs中Rnf43的缺失增加Frizzled1的表达，导致OPCs中Wnt信号升高，从而减少其向OLs分化以进行髓鞘修复。
近期热疗、桑拿和热水浴形式重新引起人们对治疗阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）和MS等神经退行性疾病的兴趣，因为研究表明其可改善认知功能并降低痴呆风险。热疗增加热休克蛋白（Heat Shock Proteins, HSPs）的表达，并诱导HSP70从细胞质向核内转移。这种核转位依赖热休克蛋白核输入因子Hikeshi（亦称HSPNIF），其突变导致婴儿低髓鞘化白质营养不良。HSP70也被隔离在MSA的OLs细胞质中，MSA是一种以OLs中α-突触核蛋白包涵体为特征的进展性脱髓鞘疾病，进一步突出其核转位的重要性。此外，降低HSP70表达损害小鼠脑中毒素诱导脱髓鞘后的髓鞘修复。HSP70结合核内Sox10（OL生成的必需转录因子），保护其免受E3泛素连接酶FBXW7的蛋白酶体降解，从而促进髓鞘形成。Hsp70还与U-Box E3泛素连接酶辅助伴侣蛋白CHIP（Carboxyl Terminus of Hsp70-Interacting Protein，由STUB1基因编码）相互作用。热休克后，CHIP与转录因子HSF1（Heat Shock Factor 1）一起转位至核内，后者通过结合HSP70启动子中的HSE（Heat Shock Element）序列直接上调Hsp70转录。另一方面，CHIP-Hsp70相互作用降低ATP酶活性和底物亲和力，此外还促进Hsp70本身的非典型多泛素化，提示CHIP的伴侣功能和连接酶功能之间需要精细平衡。为此，CHIP泛素连接酶功能的点突变缺失导致小鼠认知和运动功能障碍，这与其完全缺失的表型不同。相反，CHIP在小鼠脑中的过表达增强认知功能，上调Hsp70，并显著增加APP/PS1 AD小鼠模型海马中的OLs数量。因此，适当的髓鞘修复需要激活除发育期间功能不同的E3连接酶。
E3泛素连接酶在白质疾病中的作用
E3泛素连接酶的突变（其中83种）涉及70种不同的神经系统疾病。E3泛素连接酶在多种白质完整性受损的情况中也发生改变，如多发性硬化（Multiple Sclerosis, MS）、肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic Lateral Scleroses, ALS）和AD。
多发性硬化：MS是一种自身免疫性疾病，CNS慢性炎症导致髓鞘退化，继而发生神经退行性变。线粒体功能障碍与MS发病机制相关，并在实验性自身免疫性脑脊髓炎（Experimental Autoimmune Encephalitis, EAE）小鼠模型中重现，该模型常用于研究该病的神经炎症。Parkin是RBR型E3泛素连接酶，通过磷酸化激活，诱导其募集至线粒体促进线粒体自噬。Parkin还通过毒素诱导脱髓鞘损伤激活。虽然MS患者中发现其水平升高，Parkin的缺失通过增加神经炎症和脱髓鞘以及脑和脊髓中异常线粒体积累而增加EAE模型中的疾病严重程度。Parkin缺失后神经炎症增强可能是由于线粒体抗原呈递受抑制所致。因此，Parkin不仅在线粒体自噬中发挥重要作用，还调控免疫系统对脱髓鞘损伤的反应，作为防御机制对抗MS的炎症成分。
线粒体功能障碍常导致氧化应激，可被E3连接酶抑制。特别是RING E3泛素连接酶TRIM37通过促进高效的过氧化物酶体功能抑制OLs中的氧化应激并增加其存活。机制上，TRIM37单泛素化过氧化物酶体受体PEX5以稳定其在过氧化物酶体膜上的表达并防止其降解。虽然TRIM37突变已在遗传性过氧化物酶体障碍Mulibrey侏儒症中被鉴定，但其在MS病灶中下调，其过表达阻止MS的MOG-EAE小鼠模型中的脱髓鞘。因此，增加Parkin和TRIM37功能对维持线粒体功能和克服MS中的氧化应激是必需的。
脱髓鞘导致髓鞘分解为脂质，在MS活动性病灶的巨噬细胞和小胶质细胞中积累。过多的细胞内脂质积累产生炎症表型并进一步促进神经退行性变。相反，增加细胞脂质外排保护泡沫巨噬细胞免于炎症表型。脂质外排的主要介质之一是三磷酸腺苷结合盒转运蛋白A1（ATP-Binding Cassette Transporter A1, ABCA1），其将胆固醇和磷脂转移至载脂蛋白A1（Apolipoprotein A1, ApoA-1），并被HECT E3泛素蛋白连接酶A（UBE3A）降解。在MS病灶中，髓鞘内化增加巨噬细胞中UBE3A水平以限制脂质外排，从而促进与疾病相关的巨噬细胞炎症表型并减少修复。因此，UBE3A的缺失增加ABCA1水平以促进修复性巨噬细胞表型，并在毒素诱导MS模型中增加髓鞘修复。总体而言，Parkin和TRIM37的功能似乎是阻断脱髓鞘，而UBE3A限制MS中的髓鞘修复过程。
白质营养不良症：白质营养不良症（Leukodystrophies, LDs）是遗传性神经发育障碍，以髓鞘异常为特征。它们或为低髓鞘化型，髓鞘发育存在缺陷；或为脱髓鞘型，正常发育后髓鞘丢失。RING E3泛素连接酶RNF220的突变导致低髓鞘化白质营养不良-23（Hypomyelinating Leukodystrophy-23, HLD-23），受累者表现出智力障碍和胼胝体发育不全症状。RNF220在所有类型的人脑和小鼠脑细胞中表达，但在OL谱系中富集，OPCs和成熟OLs中均可见表达。RNF220已被证明促进OPCs的增殖和分化。在小鼠中，OL谱系特异性RNF220缺失导致因脑髓鞘减少而产生的学习和记忆缺陷，而不影响轴突数量。此外，小鼠脑原代OPCs中Rnf220敲低降低OPC增殖及向OLs的分化。这些效应被认为是由于RNF220介导的K63连接多泛素化稳定OL转录因子Olig1和Olig2所致。在这种情况下，RNF220的缺失降低Olig1和Olig2的蛋白质水平，导致髓鞘修复受损，可通过过表达这些转录因子恢复。总体而言，这些研究表明RNF220是OL发育和髓鞘维持的重要调控因子，其功能障碍通过转录因子不稳定和髓鞘修复受损导致低髓鞘化LD。
Angelman综合征：Angelman综合征（Angelman Syndrome, AS）是一种主要由母源遗传UBE3A突变引起的神经发育障碍。UBE3A在神经元、星形胶质细胞和OLs中表达，但父源等位基因在神经元中发生表观遗传沉默，反义转录本仅在神经元中表达，使这些细胞对母源等位基因功能丧失突变更为敏感。AS的临床体征和症状包括发育迟缓、语言缺失、运动功能受损、儿童癫痫发作和小头畸形。MRI脑成像显示髓鞘形成减少和延迟，白质体积减少伴胼胝体变薄，脑室周围白质高信号在婴儿期和青春期更为明显。母源UBE3A缺失在MRI图像的小鼠脑 adolescent 发育阶段产生小头畸形和白质体积严重减少。白质减少并非由于轴突丢失，而是与AS小鼠中较小轴突直径分布的正向偏移相关，这与AS的神经发育性质相符。与人体成像一致，新生AS小鼠脑中MBP表达开始延迟，而成年脑中髓鞘形成正常。AS中的髓鞘延迟可能是由于脂质外排增加导致OLs中脂质积累不足以产生髓鞘。值得注意的是，UBE3A在少突胶质细胞中双等位基因表达，包括成熟产髓鞘OLs。UBE3A在OLs中的表达也高于脑中其他胶质细胞。因此，单倍剂量不足可能削弱OLs产生髓鞘的能力。
海绵状脑病：海绵状脑病是观察到的几种神经退行性疾病的空泡性脑病理，如朊病毒病、HIV脑病、AD以及某些LDs如Canavan病和Pelizaeus-Merzbacher病。其特征为大的膜结合空泡，主要影响白质。空泡化的可能原因是膜蛋白的内吞-溶酶体运输受损，涉及内吞体分选转运复合物（Endosomal Sorting Complex Required for Transport, ESCRT）蛋白，其识别内吞体中的泛素化膜蛋白并将其包装入多泡体进行溶酶体降解。该通路参与OLs中MBP、髓鞘蛋白脂蛋白（Proteolipid Protein, PLP）、CNP和MOG等髓鞘蛋白的运输。OLs特别容易受到该通路紊乱的影响，因为它们产生大量细胞内膜用于髓鞘生成。海绵状白质变性与内吞-溶酶体运输紊乱之间的联系来自mahoganoid突变小鼠的证据，该小鼠缺乏RING E3泛素连接酶mahogunin ring finger 1（MGRN1）。在这些小鼠中，脑富含髓鞘区域的空泡化始于6-9月龄，随年龄增长大小和数量增加。MGRN1被发现多位点单泛素化ESCRT蛋白TSG101。与MGRN1突变小鼠类似，OL特异性TSG101缺失复制并加速了空泡化表型。TSG101在OLs中的缺失也导致多泡体积累，破坏髓鞘稳态，导致这些小鼠的进行性脱髓鞘。
肌萎缩侧索硬化：ALS是一种致命的神经退行性运动神经元疾病，表现为进行性肌肉萎缩和瘫痪，最终导致症状出现后3-5年死亡。OLs的损伤越来越被认为是致病因素，因为ALS个体存在髓鞘体积和OLs的丢失。在细胞水平上，家族性和散发性ALS个体在神经元和OLs的细胞质中病理性积累泛素化的TAR DNA结合蛋白43（TAR DNA-Binding Protein 43, TDP-43）。ALS相关突变TDP43在啮齿动物和非人灵长类动物中诱导脱髓鞘和运动神经元退行性变。TDP-43调控mRNA转录、剪接和稳定性，对OLs存活和髓鞘形成至关重要。因此，发育中小鼠OLs中Tardbp的条件性缺失导致OLs肥大和关键髓鞘基因的错误剪接，导致产生更少、更薄的髓鞘，以及神经元胞体和血管的不当髓鞘化。发育中OLs中Tardbp的缺失也足以导致显著的运动异常，包括后肢无力和抓握、尾巴下垂。这些发现表明OLs中TDP-43的表达对确保适当的髓鞘形成和运动功能至关重要。生理学上，TDP-43由E3泛理事Parkin泛素化，促进其降解。然而，Cullin-RING E3泛素连接酶Cullin2（CUL2）被发现促进TDP-43片段化形式的降解。在病理条件下，ALS组织中高度泛素化的TDP-43细胞质包涵体由错误折叠的TDP-43和VHL蛋白组成。VHL是CUL2 E3泛素连接酶复合物的底物结合蛋白，特异性聚集细胞质中错误折叠的TDP-43形式。因此，VHL和CUL2之间的不平衡可能构成ALS中OL功能障碍的基础。
阿尔茨海默病：AD是一种导致认知衰退的神经退行性疾病，常以病理性β-淀粉样蛋白（β-amyloid, Aβ）斑块和tau阳性神经原纤维缠结形成为特征。虽然AD导致灰质丢失，白质改变包括髓鞘异常也很普遍。AD中E3泛素连接酶基因未直接突变，但E3连接酶表达的变化已与AD相关。例如，FBXW7已在近期基于AD基因组学的研究中持续被鉴定为风险基因。在健康脑中，Fbxw7在髓鞘化OLs中的条件性缺失导致MYRF增加，这是髓鞘形成的主调控因子，导致异常髓鞘化伴髓鞘外褶增加和神经元胞体髓鞘化。FBXW7在AD模型小鼠和人AD脑中也持续降低，与敲除小鼠中观察到的类似髓鞘病理。确实，FBXW7的过表达能够挽救7月龄PS19 AD小鼠的认知缺陷和tau病理。
其他白质疾病中的意义：虽然黑质（Substantia Nigra, SN）中多巴胺能神经元的退行性变是帕金森病（Parkinson's Disease, PD）的主要表型，近期研究发现OL功能障碍也可能促进PD病理。除灰质异常外，MRI成像显示PD个体也存在髓鞘化破坏。此外，PD个体OLs中已鉴定出α-突触核蛋白包涵体。这些变化与OLs在PD中高度受影响的单细胞转录组学发现相结合，提示OL功能障碍可能直接驱动PD发病机制。有趣的是，PARKIN突变导致早发性PD，Parkin信号在散发性PD中已知受影响。近期，GPR37在PD患者黑质致密部OLs中特异性上调。OLs中GPR37的上调被认为是致病性的，因为去除OLs中的GPR37可在两种独立PD小鼠模型中减轻PD病理。OLs中GPR37的上调可能是由于OL特异性Parkin功能破坏所致，鉴于GPR37上述被描述为Parkin底物。
Gordon Holmes综合征是一种常染色体隐性神经退行性疾病，以RBR E3连接酶RNF216和U-Box E3连接酶CHIP/STUB1突变为特征。GHS个体白质改变的发生率很高。RNF216被发现表达于包括OLs和OPCs在内的胶质细胞。MO3.13人OL细胞系中RNF216的RNA介导沉默降低OL增殖。此外，CHIP/STUB1突变也导致脊髓小脑性共济失调48型（Spinocerebellar Ataxia 48, SCA48），表现为白质完整性的显著变化。
结论
本文综述了E3泛素连接酶调控OL功能的现状。总体而言，这些酶参与产生成熟髓鞘化OLs的所有关键阶段，并暗示存在调控的拮抗作用。贯穿发育、维持和修复过程，E3连接酶作为底物特异性的关键组分，协调各种信号通路——包括Notch信号、Wnt信号、细胞骨架重塑和ERAD——以确保OL分化和功能的精确时序调控。值得注意的是，E3泛素连接酶还具有改变少突胶质细胞发生多个阶段的能力，如FBXW7通过对两种不同底物（Notch和MYRF）的作用来控制OPC形成和前髓鞘化OLs向髓鞘化OLs的转换，这取决于底物可用性和细胞状态。这些研究突出了E3连接酶的重要作用，它们具有阶段特异性并通过其多样底物的作用在OL发育、维持和功能中发挥依赖环境的作用。
该领域的新近证据发现，E3泛素连接酶的上调也是髓鞘损伤后髓鞘修复的关键因素。鉴于其功能，这些酶的突变或表达变化破坏OL生成的关键特征如髓鞘形成受损、修复缺陷并促进更广泛的神经退行性过程，这凸显了这些E3连接酶在各种情况下的重要性。虽然E3泛素连接酶的每个类别都在OL功能中有所体现，但关于这些酶如何在 lifespan 中具有协调和拮抗作用仍存在许多未解问题。虽然似乎没有专门在OLs中表达的E3泛素连接酶，但它们的调控和底物库可能在不同细胞类型间存在巨大差异。未来工作应拓展以理解这些E3泛素连接酶沿OL谱系特异性靶向的底物类型。鉴于其在疾病和修复中的作用，调节E3连接酶（或其底物）可能是治疗髓鞘功能障碍疾病以及可能对抗与年龄相关的自然髓鞘丢失的可行治疗途径。
