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在大脑这个复杂而神秘的领域中，神经干细胞（NSC）在静息与增殖状态间的平衡具有重要意义。这一微妙的平衡不仅影响成年大脑的神经发生和体内平衡，还决定了大脑是否能够有效进行修复和再生。小泛素相关修饰物（SUMO）依赖的翻译后修饰可以迅速改变蛋白质的功能，但其在神经干细胞活化及大脑发育中的具体作用仍是未解之谜。
近日，一项发表在国际期刊《Nature Communications》上的研究揭示了这种机制。该研究报告题为“SUMO化Warts激酶促进神经干细胞再激活”，由杜克-新加坡国立大学医学院的科学家主导，研究为理解大脑修复机制提供了新视角，并可能为治疗阿尔茨海默症和帕金森症等神经退行性疾病带来新希望。
研究背景
神经干细胞是大脑中多种功能细胞的主要来源。在初期发育完成后，这些细胞通常进入休眠状态，以保存能量和资源，仅在必要时，如受损或运动后，才被激活。然而，随着年龄增长，能够从休眠中被唤醒的干细胞数量逐渐减少，这导致了多种神经系统疾病。因此，研究神经干细胞再激活的调节机制对于研发治疗多种人类神经疾病的新疗法至关重要。
研究发现
在此次研究中，研究人员发现，特定蛋白质通过SUMO化修饰在唤醒休眠神经干细胞过程中发挥重要作用。SUMO化修饰是一种利用SUMO蛋白来标记细胞内目标蛋白的过程，这一标记能够影响蛋白的活性或功能。研究表明，经过SUMO化修饰的蛋白质能够诱导神经干细胞的重新激活，促进大脑的发育和修复。
SUMO E2和E1在再激活中的关键作用
该团队使用果蝇作为模型生物进行研究，发现如果缺少SUMO蛋白，果蝇会表现出类似小头症的表型。这是首次确认SUMO家族蛋白在神经干细胞再激活中的确切作用。研究者高洋指出：“我们首次证明，SUMO家族蛋白在神经干细胞再激活和大脑发育中起到了关键作用。当这些蛋白缺失时，正常的神经发育也会受到抑制，导致果蝇形成异常小的脑结构。”
进一步研究发现，SUMO化修饰可以调节名为Hippo的关键蛋白。虽已知Hippo通路在细胞增殖、死亡和器官大小调节等过程中关键作用，但其在大脑中的具体机制仍不明朗。当Hippo通路的中心蛋白Warts被SUMO化修饰时，抑制神经干细胞再激活的功能被削弱，从而促进神经干细胞的增殖和新神经元的形成。
王红艳教授表示，由于SUMO蛋白和Hippo通路在哺乳动物中高度保守，这些发现不仅对果蝇适用，对人类的生物学研究也至关重要。SUMO化修饰和Hippo通路的改变与多种疾病有关，其中包括癌症和神经退行性疾病如阿尔茨海默症和帕金森症。这一研究为开发新型干预措施提供了新机会，可能有助于设计能够利用自身再生能力的新疗法。
研究以果蝇神经干细胞为优秀模型，为理解休眠、再激活和神经元再生提供了新视角。这些发现不仅有助于探讨细胞工作机制，也为研发针对神经退行性疾病的新再生疗法开辟了新途径。未来研究有望带来改善患者生活质量的新手段。
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