椎间盘退变（IDD）是腰痛的主要病因，给个人与社会带来沉重经济负担。IDD的发病机制涉及复杂的病理过程，细胞外基质代谢、调控性细胞死亡（如凋亡、铁死亡、焦亡及自噬）、细胞衰老、氧化应激与炎症反应之间的相互作用共同推动IDD进展。泛素化作为一种广泛存在的翻译后修饰，通过调节蛋白质的活性与稳定性参与细胞信号转导、代谢及周期等多种生物学过程。近年研究表明，泛素化在IDD的病理进程中发挥关键作用。本综述系统阐释泛素化调控IDD进展的分子机制，并总结基于泛素化的治疗策略，包括天然分子、小分子化合物、细胞外囊泡及生物活性材料，为深入理解IDD的分子机制及开发新型治疗方案提供新视角与潜在靶点。本研究明确了泛素化在IDD中的调控网络，鉴定出特异性E3连接酶与去泛素化酶（DUBs）作为潜在干预靶点，同时批判性评估了相关治疗策略的优势与挑战，为突破IDD临床治疗瓶颈提供了兼具机制深度与应用前景的理论依据。
引言
椎间盘退变（IDD）是常见的肌肉骨骼系统退行性疾病，也是腰痛的主要诱因，可进一步引发椎间盘突出、椎管狭窄及退行性脊柱侧弯等疾病，严重影响患者生活质量并造成显著社会经济负担。随着人口老龄化加剧，预计到2050年全球将有超过8亿人受腰痛困扰。当前IDD治疗主要聚焦于症状缓解，无法有效修复椎间盘微环境或逆转退变进程。IDD的发病机制呈多因素性，涉及机械应力、生物因素及表观遗传影响，共同诱导氧化应激、细胞衰老、细胞死亡、炎症反应及细胞外基质（ECM）降解。髓核（NP）细胞死亡导致蛋白聚糖与水含量下降，削弱椎间盘“缓冲”功能；肿瘤坏死因子-α（TNF-α）与白细胞介素-1β（IL-1β）等炎症因子释放不仅加重损伤，还可诱发神经根水肿引发剧烈疼痛，慢性炎症进一步促进氧化应激与细胞死亡，形成恶性循环。翻译后修饰（PTM）是蛋白质获得正常功能的关键过程，泛素化作为保守且动态的PTM，通过E1激活酶、E2偶联酶与E3连接酶的级联反应调控底物蛋白的稳定性与功能，E3连接酶决定底物特异性，泛素化修饰的底物可被26S蛋白酶体降解或发挥特定细胞功能。近年研究证实泛素化参与IDD进展，但缺乏系统性总结，本综述将全面解析其调控机制并挖掘潜在治疗靶点。
IDD的特征与病理机制
椎间盘由外侧纤维环（AF）、富含蛋白聚糖与水的髓核（NP）及连接椎体终板（CEP）三层结构组成，共同维持脊柱压力缓冲与活动度。退变椎间盘表现为AF排列紊乱、NP水含量下降及CEP硬化，最终导致椎间隙高度丢失。IDD的核心病理特征包括氧化应激、炎症反应、调控性细胞死亡（RCD）、细胞衰老及ECM代谢失衡，各过程相互交织驱动退变。氧化应激源于活性氧（ROS）异常累积，线粒体功能障碍与内质网应激是ROS主要来源，同时超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶及谷胱甘肽（GSH）等抗氧化物质表达降低进一步加剧氧化损伤，ROS通过MAPK、NF-κB、mTOR等通路参与IDD进展。炎症反应伴随中性粒细胞、巨噬细胞等浸润，促炎因子IL-1β、IL-6及TNF-α释放不仅加重微环境恶化，还可诱导血管与神经长入引发疼痛，M1型巨噬细胞极化促进炎症，M2型则发挥抗炎作用。RCD包括凋亡、铁死亡、焦亡及自噬：凋亡通过死亡受体通路、线粒体通路及内质网应激通路过度激活导致细胞丢失；铁死亡以铁过载、脂质过氧化及ROS累积为特征，铁稳态失衡直接损伤NP、AF及CEP细胞；焦亡依赖NLRP3炎症小体激活，gasdermin D孔道形成引发细胞破裂并释放IL-1β与IL-18扩大炎症；自噬通过清除受损蛋白与细胞器发挥保护作用，但过度激活可导致线粒体清除加剧细胞衰老。细胞衰老表现为不可逆的细胞周期阻滞，衰老相关分泌表型（SASP）因子分泌进一步促进炎症与ECM降解，p53、p21、p16、MAPK、NF-κB及mTOR等通路参与调控NP细胞衰老。ECM主要由胶原与蛋白聚糖组成，退变时合成与降解失衡，基质金属蛋白酶（MMPs）与含血小板反应蛋白基序的解整合素金属蛋白酶（ADAMTS）表达上调，II型胶原被I型胶原替代，蛋白聚糖降解导致水结合能力下降，最终破坏椎间盘结构稳态。上述病理过程并非独立发生，TNF-α与IL-1β作为核心介质同时触发ECM降解、细胞死亡及衰老，炎症与焦亡形成正反馈循环，SASP因子持续放大炎症信号，ROS与NF-κB通路构成自我增强环路，共同推动IDD进展。
泛素化的分子机制
泛素化是由E1、E2、E3三类酶介导的级联反应：ATP依赖下E1通过硫酯键激活泛素，随后转移至E2形成E2~泛素复合物，最终由E3连接酶识别底物并将泛素共价连接至靶蛋白。HECT型E3先将泛素转移至自身半胱氨酸残基再传递给底物，RING型E3则作为支架直接将泛素从E2转移至底物，E3连接酶是决定底物特异性的核心节点。泛素可通过赖氨酸残基或N端甲硫氨酸形成单泛素化、多聚泛素链及线性泛素链，其中K48连接链主要靶向底物至26S蛋白酶体降解，K63连接链参与NF-κB信号转导、自噬及炎症反应，其余类型参与内质网相关降解与溶酶体途径，线性（M1型）泛素链调控细胞死亡与炎症反应。去泛素化酶（DUBs）是泛素化的可逆调节因子，通过水解泛素与底物或泛素间的共价键发挥“橡皮擦”功能，人类基因组编码约100种DUBs，分为泛素特异性蛋白酶（USPs）、OTUB家族及泛素C端水解酶（UCH）等家族，分别承担底物识别、泛素链编辑及游离泛素回收功能。
泛素化在IDD中的作用
泛素化通过E3连接酶与DUBs调控IDD的多项核心病理过程。在氧化应激中，锌指蛋白598（ZNF598）与Kelch样ECH关联蛋白1（KEAP1）通过介导核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）泛素化降解，抑制抗氧化反应并促进ROS累积；线粒体锚定蛋白连接酶（MAPL）通过SUMO化修饰DRP1促进线粒体分裂与ROS生成；泛素特异性蛋白酶11（USP11）则通过稳定Sirt3增强线粒体抗氧化能力。在炎症反应中，USP7去泛素化NF-κB亚基p65促进其核转位并放大炎症级联；A20通过抑制NF-κB通路发挥抗炎作用；RING指蛋白182（RNF182）与泛素蛋白连接酶E3A（UBE3A）通过降解p65减轻炎症；PELI1介导ASC泛素化激活NLRP3炎症小体，USP14去泛素化NLRP3则促进焦亡与炎症。在调控性细胞死亡中，七同源物1（SIAH1）通过泛素化降解X连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）激活caspase级联诱导凋亡；CRL4通过降解CtBP1/2激活BBC3依赖性凋亡；USP5通过稳定E2F1抑制凋亡；FBXO2通过泛素化降解LCN2激活PINK1-Parkin通路抑制铁死亡；FBXW7通过降解mTOR促进铁死亡；RBX1通过降解NCOA4抑制铁蛋白自噬与铁死亡；UCHL1通过稳定HSPA8激活分子伴侣介导的自噬（CMA）抑制铁死亡；TRIM21通过降解SLC7A11促进铁死亡。在细胞衰老中，UBE3A通过降解MCM7激活p53-p21通路促进衰老，TRIM63通过降解血管紧张素转换酶（ACE）抑制衰老，USP5与UCHL1则通过稳定E2F1与激活CMA延缓NP细胞衰老。在ECM代谢中，HECT和RLD域包含E3泛素蛋白连接酶3（HERC3）通过降解NCOA1抑制MMP表达减少ECM降解；膜相关RING-CH型指8（MARCHF8）通过降解TGFBI维持ECM稳态；TRIM21与USP31分别负向与正向调控HIF-1α稳定性；USP24与USP12通过稳定磷酸化Runx2与pPPRC1促进ADAMTS与MMP表达加速ECM降解。上述调控因子构成以NF-κB、HIF-1α与Nrf2为核心节点的泛素化网络，动态调控IDD进展，早期以TRIM21与KEAP1调控HIF-1α与Nrf2为主，中期PELI1与USP7靶向NLRP3与NF-κB激活炎症，晚期SIAH1与UBE3A通过p53/p21通路推动衰老与死亡。
基于泛素化的IDD治疗策略
天然分子通过调控泛素化发挥治疗作用：高良姜素通过抑制Nrf2泛素化降解增强其稳定性，减轻炎症与ECM降解；柚皮苷通过激活SIRT3促进Parkin的K63连接泛素化增强线粒体自噬；褪黑素通过促进Parkin的K63连接泛素化清除受损线粒体；Friedelin通过促进p65的K48泛素化降解抑制NF-κB通路；谷氨酰胺通过稳定Nrf2抑制铁死亡与ECM降解；黄芪多糖通过OGT介导的O-GlcNAc糖基化抑制Nrf2泛素化降解，促进ECM合成。小分子化合物通过特异性靶向泛素系统发挥作用：TSC01131抑制CRL4酶活性，阻断CtBP1/2泛素化降解减少凋亡；ML264协同TGF-β促进KLF5泛素化降解，抑制炎症与ECM降解；OICR-9429通过靶向KMT2D抑制其泛素化降解，减轻氧化应激损伤；SMTNP-191通过靶向NCOA1抑制其泛素化降解，减少ECM降解；4-辛基衣康酸酯通过抑制ZNF598介导的Nrf2泛素化，增强抗氧化能力。细胞外囊泡（EVs）通过递送核酸或蛋白调控泛素化：骨髓间充质干细胞（BMSC）来源外泌体携带miR-155-5p抑制Trim32表达减少凋亡；miR-145a-5p靶向USP31抑制HIF-1α降解；富血小板血浆（PRP）来源外泌体促进NLRP3泛素化降解抑制炎症；凋亡小体富集USP5促进E2F1核转位抑制凋亡；工程化外泌体过表达UCHL1通过稳定HSPA8激活CMA延缓细胞衰老。生物活性材料通过载体递送或自身活性调控泛素化：超声响应氧化石墨烯水凝胶负载曲克芦丁，通过CBL介导EGFR的K48泛素化降解抑制炎症与衰老；ROS响应热敏水凝胶负载MR409通过抑制TRIM16介导的自噬减轻炎症；电吸附水凝胶负载慢病毒靶向PTEN-TRIM63-ACE轴，通过TRIM63介导ACE泛素化降解改善内质网应激；普鲁士蓝纳米颗粒通过抑制SOD1泛素化降解增强抗氧化能力；聚多巴胺纳米颗粒通过抑制GPX4泛素化降解抑制铁死亡。
结论与展望
本综述系统阐明E3连接酶与DUBs通过“酶-底物-通路-表型”网络调控IDD的分子机制，为理解IDD发病机制提供了新视角。基于泛素化的治疗策略已在体外与动物模型中展现出潜力，但临床转化仍面临递送效率、安全性与长期疗效等挑战。未来需结合系统生物学方法绘制IDD不同阶段的泛素化修饰图谱，开展大动物模型验证，探索泛素化与其他翻译后修饰的互作网络，并通过开发特异性E3/DUB抑制剂联合生物材料递送系统，实现椎间盘内的精准与长效治疗。
