缺氧缺血与再灌注（HI/R）损伤由任何中断脑血流供应的事件引发，如血管闭塞。神经元中参与HI/R级联反应的分子机制具有多样性，涵盖细胞蛋白质组、基因组及转录组的改变。许多此类变化受翻译后修饰（PTM）调控，例如SUMO化修饰，其可快速可逆地改变关键蛋白的命运。本综述汇总了当前关于SUMO化修饰在脑HI/R主要体内与体外模型中关键分子通路作用的研究证据。研究人员认为SUMO化修饰是一个动态且时间依赖性的过程，作为快速分子开关，影响不同细胞类型及细胞区室中的主要通路。此外，本文探讨了SUMO化修饰在HI/R相关不同通路中环境依赖性的病理与神经保护作用，提出一种新的观点：异常SUMO-1结合是再灌注损伤的主要诱因，而SUMO-2/3主要在缺血阶段发挥代偿性保护作用以减轻损伤。同时，本文也指出了当前科学证据中关于SUMO作用的重大空白，强调进一步研究的必要性。
缩写
本文涉及的缩写包括：ANXA1（膜联蛋白A1）、DRP1（动力相关蛋白1）、GR（糖皮质激素受体）、H/I（缺氧缺血）、HIFs（缺氧诱导因子）、MAPL（线粒体锚定蛋白连接酶）、MCA（大脑中动脉）、MCAo（大脑中动脉闭塞）、OGD（氧糖剥夺）、OGD/R（氧糖剥夺后再氧合）、PC（预处理）、PTM（翻译后修饰）、SENP（sentrin/SUMO特异性蛋白酶）、SUMO（小泛素样修饰物）。
1 引言
翻译后修饰是信号级联反应中的关键事件，使细胞能够高效、快速且可逆地响应细胞刺激，这一机制在中枢神经系统尤为关键，因为该区域存在突触通讯等高度复杂且严格调控的过程。除参与生理事件外，磷酸化、泛素化等PTM也是神经退行性疾病中突触功能障碍与神经元死亡的核心介质。近年研究发现，SUMO化修饰——即由含97个残基的小泛素样修饰物（SUMO）共价结合靶蛋白的过程——是另一种调控多种蛋白功能与命运、参与细胞存活所需复杂信号通路的PTM，敲低或删除SUMO基因及通路关键组分会导致真核细胞死亡，证实其对细胞存活至关重要。
SUMO化修饰可调控靶蛋白的活性、稳定性及亚细胞定位。哺乳动物脑中存在三种SUMO亚型：SUMO-1、SUMO-2与SUMO-3，其中SUMO-2与SUMO-3序列高度同源（仅相差3个氨基酸），但与SUMO-1的同源性仅约50%，因现有抗体无法区分二者，通常统称为SUMO-2/3。尽管是共价修饰，SUMO化修饰具有高度不稳定性，使细胞能够快速响应变化的生理需求，这一过程的关键调控酶包括唯一的SUMO结合酶Ubc9（泛素样结合酶9），负责将SUMO共价连接到靶蛋白；以及由7种SUMO特异性蛋白酶组成的SENP家族，介导修饰的逆过程；此外E1激活酶与E3连接酶也在通路中发挥重要作用。
SUMO化修饰的功能效应因靶蛋白而异，靶蛋白多为参与基因表达或DNA完整性的转录因子及核内蛋白，也可为参与细胞信号转导、质膜去极化等胞外核过程的蛋白，还可介导缺氧后蛋白的核转位。SUMO化修饰已被证实与脑缺血等临床相关脑病的蛋白动态改变密切相关。缺氧缺血性损伤发生于脑灌注短暂不足后伴随受损区域血液再灌注的过程，可导致局灶性神经元死亡，常见于成人血栓栓塞事件，也可由新生儿缺氧缺血性脑病引发，病变体积与损伤程度正相关，临床结局从完全康复至脑死亡不等。值得注意的是，损伤相关的细胞机制始于缺氧阶段，并在再灌注阶段进一步增强，再灌注本身具有保护与损伤的双重性，这种 duality 凸显了治疗时机与病因的重要性。本文提出SUMO化修饰是再灌注级联反应的关键调控因子，其疗效与性质高度依赖损伤的时间与原因。
现有研究普遍认为SUMO化修饰是一种内源性保护反应，可在严重细胞应激下保护神经元免受损伤。早期研究发现冬眠松鼠脑血流显著降低但无长期损伤时，SUMO化修饰水平大幅升高；后续研究证实脑缺血时SUMO化修饰也显著上调，提示其在应激条件下对神经元存活至关重要，表明SUMO化过程具有巨大的神经保护潜力。本综述旨在汇总临床前研究中已建立的脑缺血体内外模型中蛋白SUMO化修饰的潜在机制与下游效应，整理已鉴定的缺血条件下SUMO调控的关键蛋白及潜在新靶点，并全面概述SUMO化修饰与缺血级联主要环节（如氧化应激、线粒体功能障碍、神经炎症）的交互作用。
2 方法
本研究采用PICO框架制定检索策略：研究对象为新生与成年实验啮齿动物及细胞培养物（原代或永生化）；干预措施为氧糖剥夺（OGD/R）模型、缺氧缺血（HI）模型、短暂性脑缺血模型、短暂/永久性大脑中动脉闭塞（tMCAo/pMCAo）模型；对照为假手术或 naïve 动物；结局指标主要为SUMO化修饰、脑损伤、细胞死亡、神经元存活，次要指标为神经炎症、线粒体功能障碍、梗死体积。研究人员系统检索PubMed、Scopus、Web of Science数据库，检索词为：(SUMO) AND (SUMOylation) AND (HI) OR (Hypoxia-ischaemia) AND (OGD) OR (oxygen–glucose deprivation) AND (MCAo) OR (Middle Cerebral Artery Occlusion) AND (hypoxia) AND (ischaemia)。
文献导入Rayyan平台去重后，由两名独立研究者根据标题与摘要评估纳入或排除，需两名研究者均判定相关方可纳入，分歧通过共识解决。纳入标准为：采用缺氧缺血模型、研究SUMO化修饰、关注神经保护、啮齿动物研究、体外研究、英文发表。排除标准为：系统/叙述性综述、未采用缺氧和/或缺血模型、未评估SUMO化修饰、使用其他实验模型或研究神经退行性疾病。最终从1050篇初筛文献中纳入51篇进行综述分析。
3 缺氧缺血性脑损伤中的SUMO化修饰
假说认为缺氧缺血时神经元可能激活蛋白SUMO化修饰等代偿机制以预防缺血损伤。临床前研究表明，再氧合前整体SUMO化修饰升高可能是耐受HI诱导应激的代偿机制，但再氧合阶段这些机制发生逆转，导致神经元死亡与病变。再灌注阶段氧与血流的突然恢复会触发一系列损伤性生化事件：线粒体与NADPH氧化酶大量产生活性氧（ROS），超过抗氧化防御能力，造成脂质、蛋白与DNA损伤；同时谷氨酸过度信号通过NMDA受体激活导致钙超载，促进线粒体功能障碍与凋亡通路激活；叠加小胶质细胞激活、促炎因子释放与血脑屏障破坏导致的脑水肿，共同决定再灌注阶段的神经元存活或死亡平衡。
实验层面，体内通过大脑中动脉闭塞（MCAo）模拟局灶性脑缺血，分为再灌注的短暂性MCAo（tMCAo）与无再灌注的永久性MCAo（pMCAo）；体外通过氧糖剥夺后再氧合（OGD/R）模拟HI损伤。啮齿动物研究显示，缺血应激可诱导SUMO化修饰，通过调控多种蛋白的重新定位、稳定、降解与激活发挥细胞保护作用，该反应快速且动态，早期研究认为主要涉及SUMO-2/3，其次为SUMO-1，作用于皮层、纹状体与海马。干扰SUMO-2/3对OGD/R的生理响应会增加细胞死亡，神经元特异性敲低三种SUMO亚型会抑制tMCAo后的抗凋亡基因表达，证实SUMO化修饰的生理必要性。早期研究显示短暂全脑缺血后同侧纹状体再灌注6与24小时SUMO-1与SUMO-2/3结合均升高，而对侧仅在再灌注6小时内SUMO-1结合改变，提示不同SUMO亚型的功能异质性。
不同SUMO旁系即使识别相似共有序列，也可产生不同甚至相反效应：SUMO-2/3主要形成多聚SUMO链，可与泛素化通路交互；SUMO-1不形成多聚链，在某些情况下可拮抗SUMO-2/3功能。缺血后SUMO-2/3激活被证实是应激反应关键的神经保护过程，而SUMO-1的作用具有环境依赖性：缺血期可能参与适应性反应，但再灌注期的失调与线粒体碎片化、NF-κB激活、M1型小胶质细胞极化、促炎因子释放、神经毒性及神经元变性相关，参与神经炎症与神经退行性过程。目前临床已有治疗HI/R损伤的方法，治疗性低温是金标准，但仅适用于新生儿缺氧缺血性脑病，且存在时间窗窄等局限。研究证实低温的神经保护机制涉及SUMO化修饰上调，包括神经元与骨髓间充质干细胞，提示靶向SUMO化系统的治疗潜力。此外，有研究报道靶向miRNA的药物可通过上调整体SUMO化修饰减少OGD/R后的细胞凋亡，但具体机制仍需进一步明确。
3.1 缺血预处理
缺血预处理（PC）是指短暂的亚致死性缺血/OGD事件，可使细胞耐受后续更严重的缺血损伤。多种PC相关蛋白被鉴定为潜在SUMO靶点，提示SUMO化修饰在该过程中的作用。整体SUMO化修饰中，SUMO-1或SUMO-2/3的结合均受PC影响，且高度依赖环境。转基因过表达Ubc9的小鼠对pMCAo的抵抗能力增强，SUMO-1与SUMO-2/3结合水平升高；PC可诱导大鼠顶颞叶皮层SUMO-1结合增加，但小鼠皮层PC后SUMO-1结合无变化。化学预处理如异氟烷也可通过上调Ubc9发挥缺血神经元保护作用。SUMO-2/3结合的结果同样具有时间与再氧合依赖性：无再氧合时，随着OGD时间延长，SUMO-2/3结合逐渐持续降低，而PC可阻断该趋势；加入再氧合后则仅出现1小时的SUMO-2/3结合峰值，PC无此效应。综上，SUMO-1与SUMO-2/3的SUMO化修饰可能在介导PC诱导的缺氧延迟保护中起关键作用，其具体时序仍需进一步明确。
3.2 线粒体动力学
线粒体是缺氧缺血病理生理的核心调控者，其动力学由融合与分裂的平衡维持，失衡可导致线粒体形态改变并通过细胞色素c释放引发细胞死亡。线粒体融合由线粒体融合蛋白1与2介导，分裂主要由动力相关蛋白1（DRP1）调控。DRP1是胞质GTP酶，需经其他蛋白激活、招募至线粒体分裂位点并组装为寡聚体，通过GTP水解驱动线粒体分裂，其活性受磷酸化、SUMO化修饰等PTM调控。
早期研究显示，线粒体SUMO-1对DRP1的修饰可防止其降解，促进过度线粒体分裂与碎片化；线粒体锚定蛋白连接酶（MAPL）是首个线粒体SUMO E3连接酶，可促进DRP1的SUMO-1化修饰与线粒体分裂。与之相反，DRP1的SUMO-2/3化修饰可抑制线粒体分裂。缺氧缺糖条件下，SENP3降解增加，导致SUMO-2/3结合（尤其是DRP1）升高，抑制过度线粒体分裂与细胞色素c释放；再氧合后SUMO-2/3化修饰急剧逆转，引发异常线粒体分裂与细胞死亡。因此，在再氧合启动前靶向SUMO化修饰动态或其线粒体蛋白底物，可能成为减轻缺血再灌注损伤的治疗策略。
3.3 小胶质细胞与神经炎症
脑血管疾病引发的缺氧缺血微环境常伴随神经炎症失衡。MCAo后神经炎症增强与小胶质细胞从抗炎M2表型向促炎M1表型极化密切相关，M1与M2小胶质细胞的SUMO化修饰模式存在差异，前者整体或单个靶点的SUMO化修饰受损。SUMO化稳态改变可调控小胶质细胞蛋白的功能、平衡与定位，提示小胶质细胞SUMO化修饰可能参与缺氧缺血损伤的保护调控，但其机制仍需探索。
3.3.1 小胶质细胞中IKK复合物介导的NF-κB激活
目前研究最深入的调控小胶质细胞极化的机制是膜联蛋白A1（ANXA1）的SUMO化修饰。在缺血条件下，ANXA1的SUMO-2化修饰可抑制抗炎标志物基因下调，同时限制促炎基因表达；M1极化小胶质细胞中ANXA1的SUMO-2结合低于M2细胞。研究显示，ANXA1的SUMO-2化修饰可促进IKKα降解，抑制NF-κB激活（该通路激活与小胶质细胞M1极化相关）；再氧合阶段SENP6活性升高导致ANXA1-SUMO-2稳定性下降，与凋亡激增相关。抑制小胶质细胞SENP6可使其向M2表型偏移，而沉默SENP6可减少体内tMCAo后的梗死体积并改善神经功能。此外，去乙酰化酶sirtuin 5可通过介导ANXA1 K166位去琥珀酰化促进其去SUMO化，加重神经损伤。靶向ANXA1的Tat-NTS肽可增加ANXA1的SUMO-2化修饰，促进小胶质细胞M2表型，发挥神经保护作用。另有研究提示，小胶质细胞中IKKγ（NEMO）的SUMO-1化修饰可促进其核转位，进而激活IKK复合物与NF-κB通路，介导神经炎症与认知下降，但该结果受实验时间窗与方法学限制，仍需进一步验证。
4 新生儿与成人缺血后SUMO化修饰的细胞保护作用的年龄依赖性差异
新生儿期是神经发生、突触形成、髓鞘化与修剪等关键神经发育阶段，该阶段扰动可导致即时或长期的认知运动障碍；但相较于成人大脑，新生儿大脑处于生长成熟动态阶段，对HI事件的恢复能力更强，而成人大脑结构重组与神经元替代能力有限，缺血后线粒体功能障碍、氧化应激与坏死性细胞死亡更严重，损伤进展更快。本综述纳入的研究中，20项针对成人HI模型，13项针对新生儿模型，9项未明确出生后阶段，一致发现HI损伤后SUMO化修饰上调，SUMO-1与SUMO-2/3结合底物增加与神经保护机制强相关。SUMO-1结合是缺血预处理神经保护所必需的，SENP1过表达降低SUMO-1结合会损害细胞活力；原代皮层神经元过表达SUMO-1可提高OGD/R存活率，敲低SUMO-1或SUMO-2/3则加剧神经元丢失，短暂局灶性脑缺血可升高缺血半暗带神经元的SUMO-2/3结合，激活生存通路。
新生儿与成人的SUMO化神经保护效应存在特异性：新生儿期SUMO化可快速增强电压门控Na+ 通道活性，促进动作电位起始与传导，作为快速可逆的PTM发挥早期神经保护传感器作用；周细胞特异性删除SENP1会加重新生儿脑缺血后的神经元损伤，提示维持周细胞动态去SUMO化能力对调节局部血流与血脑屏障完整性至关重要。而成人的SUMO化效应包括：微胶质细胞TRPC1的SUMO-1化修饰可调控缺血再灌注后的白细胞浸润；糖皮质激素受体（GR）的SUMO化修饰促进其核定位并抑制转录活性，抵消GR激活的促死亡效应，发挥适应性应激反应；SUMO-1结合可稳定IκB，抑制过度NF-κB激活，而SUMO-2/3结合促进NF-κB与IκB解离，增强炎症反应与神经元凋亡。目前尚无研究直接比较新生儿与成人的SUMO化调控差异，限制了对其在不同发育阶段作用机制的理解。
5 SUMO化修饰与神经病理研究中性别二态性的缺失
性别差异对生物过程的影响日益受到重视，但目前多数脑损伤修复研究未考虑性别二态性，而临床与实验研究已证实男性新生儿对HI脑损伤的易感性更高，死亡率与长期神经预后更差，机制与男性主要激活caspase非依赖的PARP-1/AIF介导的死亡通路，女性更多依赖caspase依赖的凋亡通路有关。现有证据表明SUMO化修饰是恐惧记忆形成的性别特异性调控因子，雌性基础SUMO化蛋白水平更高，恐惧条件反射可选择性升高雌性的SUMO化修饰，提示两性对SUMO化修饰的依赖程度可能存在差异。但本综述纳入的所有研究均未探讨性别二态性对缺氧缺血背景下SUMO化修饰调控的影响，这是现有研究的重大空白。
6 结论
本综述汇总证据表明，SUMO化修饰是缺血与缺氧缺血损伤的快速动态神经保护反应，调控线粒体动力学、氧化应激调控、转录控制与小胶质细胞激活等关键通路。多种体内外模型中，SUMO-1与SUMO-2/3结合升高均与神经元存活改善相关。SUMO化修饰的效应具有时间与环境依赖性，再灌注阶段尤为关键：早期SUMO-2/3激活主要关联细胞保护机制，如抑制DRP1介导的线粒体分裂、减少过量ROS生成；而再灌注阶段SUMO-1信号失调可参与NF-κB驱动的炎症、小胶质细胞激活与继发性损伤级联等适应不良过程。这些发现凸显SUMO介导信号的复杂性，提示SUMO化修饰是缺血缺氧损伤后治疗调控的潜力靶点。
但现有研究仍存在重大空白：尽管SUMO化修饰可能调控未成熟大脑的特有发育机制，新生儿模型研究仍十分有限；所有研究均未探讨性别差异，尽管已知缺氧缺血易感性与细胞损伤通路存在性别二态性。这些空白限制了对SUMO化修饰如何跨年龄与性别差异调控细胞反应及预后的理解。综上，SUMO化修饰是缺血病理生理的关键调控因子，具有治疗潜力，但转化SUMO靶向干预需深入理解亚型特异性作用、细胞类型特异性角色、发育阶段依赖效应与性别依赖机制。未来研究需整合SUMO信号的时序、细胞、发育与性别维度，以推进该领域发展，为缺氧缺血性脑损伤开辟新的干预途径。
7 展望
现有证据将SUMO化修饰定位为缺氧缺血损伤的关键内源性防御机制，但知识空白限制了其向靶向治疗的转化。未来研究亟需明确SUMO的亚型特异性功能、细胞类型依赖作用及损伤与再灌注阶段的激活时序。尤其需要关注两个方向：新生儿期（SUMO化可能参与特有发育机制）与性别二态性（尽管已知缺血易感性存在性别差异，但该领域完全未被探索）。开发分子工具并设计整合年龄、性别与细胞特异性的研究，是明确如何将SUMO化修饰转化为精准有效脑损伤治疗策略的关键。
打赏
