研究人员揭示了一个关键的蛋白过程，该过程控制着休眠脑干细胞的激活，这对于修复和再生脑组织至关重要。这项涉及一种称为SUMO化（SUMOylation）的蛋白修饰的研究，为治疗阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病开辟了新的治疗可能性。
由Duke-NUS医学院领导的一支国际神经科学家团队发现了一种控制神经干细胞重新激活的机制，这对脑细胞修复和再生至关重要。这项突破性研究于10月17日发表在《自然通讯》上，对于改善我们对阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的理解和治疗具有巨大的潜力。
神经干细胞产生大脑的重要功能细胞。在早期大脑发育之后，这些干细胞通常进入休眠状态，以节省能量和资源。它们只有在需要时才会被激活，例如在脑部受伤或进行体力活动时。随着年龄的增长，从休眠状态中激活的神经干细胞越来越少，这导致了神经系统疾病的发生。了解这一重新激活过程的工作原理是开发这些疾病新治疗方法的关键。
由Duke-NUS医学院神经科学与行为障碍项目教授王红艳（左二）领导的研究团队，包括博士后研究员马赫塔·拉杰什库马尔·古吉拉特（左一）、博士生林佳恩（右二）和高阳博士（右一），发现了SUMO在唤醒休眠神经干细胞中的作用。图片来源：Duke-NUS医学院
SUMO化在干细胞重新激活中的作用
在这项研究中，研究团队发现一组特定的蛋白质在通过SUMO化过程唤醒休眠神经干细胞中起着至关重要的作用。在SUMO化过程中，一种名为SUMO（小泛素样修饰因子）的小蛋白会在细胞内标记目标蛋白，影响其活性和/或功能。研究发现，这些被SUMO标记的蛋白质触发了神经干细胞的重新激活，使它们能够参与脑部发育和修复。相反，如果没有SUMO蛋白的存在，果蝇会出现类似小头畸形的表型。这是首次确定SUMO蛋白家族在神经干细胞重新激活中的确切作用。
Duke-NUS医学院神经科学与行为障碍项目的高阳博士是该研究的第一作者，他表示：“我们首次证明了SUMO蛋白家族在神经干细胞重新激活和整体脑部发育中起着关键作用。进一步研究表明，当这些蛋白质缺失时，正常的神经元发育会受到阻碍，果蝇会发展出小头畸形特征的小脑。”
再生医学的意义
深入探讨SUMO化的影响，研究人员确定它调节了另一个已知途径——Hippo通路中的关键蛋白。虽然Hippo通路已知在细胞增殖、细胞死亡和器官大小等细胞过程中起着至关重要的作用，但很少有已知的脑部Hippo通路调节因子。
当被SUMO修饰时，Hippo通路中的核心蛋白Warts（限制细胞生长并防止神经干细胞重新激活）变得不那么有效。这使得神经干细胞能够生长和分裂，形成新的神经元，从而贡献于脑功能。
Duke-NUS医学院神经科学与行为障碍研究项目代理主任、该研究的资深作者王红艳教授表示：“鉴于SUMO蛋白和Hippo通路在人类中高度保守，我们的发现不仅适用于果蝇，也对理解人类生物学具有重要意义。SUMO化过程和Hippo通路的中断与人类的各种疾病有关，包括癌症和阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病。我们对SUMO化在大脑中作用的新见解为可能利用身体自身再生能力的干预措施提供了令人兴奋的新机会。”
王教授及其团队此前已经证明，果蝇神经干细胞是解开休眠、重新激活和神经元再生之谜的优秀模型。
Duke-NUS医学院研究高级副院长谭沛德教授评论道：“这一发现推进了我们对细胞如何工作和受控的理解，有助于开发针对神经退行性疾病的新型再生疗法。同时，它还为开发治疗如小头畸形等神经系统疾病的新方法打开了新的可能性。随着研究的继续，我们离找到帮助这些疾病患者并提高他们生活质量的有效方法越来越近。”
参考文献：《自然通讯》2024年10月17日，“SUMO化Warts激酶促进神经干细胞重新激活”，作者：高阳、谭叶星、林佳恩、周良玉、翁赫特·亚敏、帕利亚纳、马赫塔·R·古吉拉特、林坤洋、近藤修、王红艳。DOI: 10.1038/s41467-024-52569-y
关键词：大脑、Duke-NUS医学院、神经科学、再生、干细胞
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