综述：蛋白酶体介导的泛素化在神经再生中的作用

　　本综述系统阐述了蛋白酶体系统通过调控生长锥动态、微管稳定性、活性氧（ROS）水平及神经炎症等机制在神经再生中的核心作用，强调了构成型蛋白酶体亚基PSMB5与免疫蛋白酶体亚基PSMB8的功能二象性，为神经修复及相关疾病治疗提供了新的靶向策略。

　　

1. 背景

神经损伤是导致长期功能障碍的主要原因，其修复过程涉及轴突变性、神经营养因子缺失、氧化应激及神经炎症等复杂病理生理 cascade。泛素-蛋白酶体系统（UPS）作为细胞内蛋白质选择性降解的主要途径，在神经系统中扮演着越来越重要的角色。传统上，UPS被视为维持细胞蛋白质稳态的“管家”，但新研究表明其功能远不止于此，它积极参与神经损伤与修复的动态调控，从调节生长锥导向、微管稳定性，到介导沃勒变性过程中的髓鞘碎片清除，以及作为神经炎症反应的核心介质，UPS几乎涉及神经再生所有关键步骤。

2. 蛋白酶体系统：结构、功能与关键亚基

细胞内主要有两条蛋白质降解途径：泛素-蛋白酶体系统（UPS）和自噬-溶酶体途径。UPS主要负责降解短寿命、错误折叠和受损的蛋白质，而自噬则降解大分子复合物和细胞器。PSMB5是26S蛋白酶体20S核心颗粒中的β5亚基，具有胰蛋白酶样蛋白酶活性，在细胞泛素化过程中起关键作用。20S核心颗粒包含催化亚基β1、β2和β5，在炎症或干扰素刺激下，这些亚基可被β1i（PSMB9）、β2i（PSMB10）和β5i（PSMB8）取代，形成免疫蛋白酶体。26S蛋白酶体介导ATP依赖的泛素化蛋白质降解，而20S蛋白酶体不需要泛素或ATP，主要降解未折叠、内在无序和氧化的蛋白质。

3. 蛋白酶体介导的轴突再生关键过程调控

3.1. 生长锥动态与轴突导向的调控

轴突横断后数小时内即可发生再生，第一步是形成新的生长锥。生长锥含有丰富的肌动蛋白丝，通过持续聚合和解聚促进轴突生长。同时，微管沿生长锥内的肌动蛋白细胞骨架延伸，巩固新形成的轴突。轴突内的局部蛋白质合成对于生长锥形成和轴突再生至关重要。蛋白酶体介导的蛋白质降解在轴突发育和再生中同样重要，它降解过量或受损的蛋白质，维持轴突内的蛋白质稳态。然而，用蛋白质合成抑制剂或蛋白酶体抑制剂（如lactacystin）处理横断的轴突会降低轴突重新形成生长锥的比例。在海马神经元从未成熟神经突向新生轴突转变以及受损轴突起始段，荧光标记的20S蛋白酶体的逆行轴突运输显著增加。这种逆行运输取决于神经元的发育阶段，并随轴突长度增加而增加。

3.2. 微管蛋白稳定性与运输的维持

微管蛋白是由α-微管蛋白和β-微管蛋白二聚体组成的球状蛋白，参与细胞内的多种过程，如物质运输、细胞分裂过程中的纺锤体形成以及细胞运动性。微管蛋白参与轴突的生长和延伸。损伤后，它参与生长锥的形成和运动，引导轴突向正确方向生长。微管蛋白通过动态组装和解聚为生长锥提供骨架支持和动力。适当的微管动态组装促进神经再生，但过度积累会导致细胞死亡。用lactacystin处理SK-N-MC细胞后发现，硝化α-微管蛋白在细胞内积累，并伴随细胞死亡。在有丝分裂细胞中，蛋白酶体抑制剂的作用更为明显：在蛋白酶体抑制剂存在下，微管促进蛋白TPPP/p25在动粒周围积累，形成聚集样结构，突入细胞核或围绕细胞核的丝状微管笼。高水平的EGFP-TPPP/p25表达抑制细胞分裂并促进细胞死亡。Zn2?可通过抑制蛋白酶体降解来稳定TPPP/p25，防止微管积累。

3.3. 参与髓鞘重塑与碎片清除

髓鞘的重要性在髓鞘损伤或生长/维持受损的疾病中变得明显，例如多发性硬化症（MS）和遗传性髓鞘形成障碍（白质营养不良症）。在中枢神经系统（CNS）中，髓鞘形成由特殊的胶质细胞——少突胶质细胞（OLGs）执行，以实现动作电位的快速跳跃式传导并维持轴突的完整性和功能。神经损伤后，巨噬细胞对髓鞘碎片的清除受损会延迟髓鞘再生。在缺乏白细胞介素（IL）-1β或肿瘤坏死因子（TNF）-α的小鼠中，损伤后的髓鞘再生同样延迟。然而，这一过程可由辅助T细胞分泌的IL-4激活，以增强髓鞘再生。随着髓鞘再生，外周雪旺细胞和中枢少突胶质细胞都分泌大量神经营养因子，如NGF和BDNF，以刺激轴突生长。损伤后，髓鞘及其残余物可为再生轴突提供生长引导和路径方向，使其沿原始解剖路径再生，减少轴突生长的随机性，提高再生准确性。

4. 神经损伤微环境中的蛋白酶体：从稳态到病理

4.1. 氧化应激的双向调节剂

4.1.1. 蛋白酶体通过降解氧化损伤的蛋白质来响应活性氧（ROS）

ROS是一类具有高化学反应性的含氧分子或离子。在正常生理条件下，细胞内ROS的主要来源是线粒体和NADPH氧化酶（NOX）酶家族。当神经元遭受额外损伤、局部酶水解以及各种代谢链异常时，正常的细胞器如线粒体会受到攻击，从而导致ROS产生。ROS包括超氧阴离子自由基（O?·?）、过氧化氢（H?O?）、羟基自由基（·OH）和单线态氧（1O?）。过量的ROS会攻击具有正常结构的蛋白质，导致蛋白质氧化损伤或蛋白质合成过程中的错误折叠，从而激活泛素-蛋白酶体系统（UPS），导致蛋白质周转或细胞损伤。

4.1.2. 蛋白酶体活性本身受细胞ROS水平的调节

用过氧化氢处理酵母和哺乳动物细胞时，发现ROS破坏了26S蛋白酶体并释放了20S核心颗粒。这种解离伴随着26S蛋白酶体活性的丧失，并增加了细胞在过氧化氢诱导的氧化应激后的存活率。与20S和26S蛋白酶体相比，20S蛋白酶体对氧化应激更具抵抗力，它增加了蛋白酶体亚基β2和β5i/β1的活性，同时降低了β5/β1i的活性。蛋白酶体也影响ROS的产生。在环黄芪醇（CA）的研究中，发现CA显著增强蛋白酶体活性和组装，并显著降低H?O?诱导的线粒体ROS水平。蛋白酶体抑制剂如ONX0912、硼替佐米和不可逆蛋白酶体抑制剂carfilzomib诱导ROS产生。

4.1.3. PSMB5：抗氧化防御和蛋白质质量控制中的关键Nrf2依赖性执行者

PSMB5是26S蛋白酶体20S核心颗粒的β5亚基，在细胞内蛋白质降解、炎症反应和神经退行性疾病中起关键作用，突显了其重要的生物学功能和病理学意义。在小鼠胚胎成纤维细胞中，Nrf2的过表达或抗氧化剂处理可增强20S蛋白酶体中PSMB5亚基启动子的转录活性，导致氧化应激期间产生的受损蛋白质降解，并可能治疗神经退行性疾病。此外，Ilexgenin A可激活Nrf2/PSMB5通路促进PSMB5表达，抑制线粒体分裂和ROS生成，从而改善内皮功能障碍并发挥抗动脉粥样硬化作用。

4.2. 炎症反应的核心介质

在神经损伤的初始阶段，炎症反应在损伤后的早期阶段至关重要。这种反应激活免疫细胞，如小胶质细胞和星形胶质细胞，清除死亡细胞和细胞碎片，甚至促进神经再生。例如，IL-6在急性损伤阶段增强神经元存活并刺激轴突生长。然而，过度或持续的炎症通常会抑制神经修复。长时间的炎症反应可通过进一步损害神经微环境而对再生产生不利影响。持续的炎症释放过多的细胞因子和活性氧，共同抑制神经修复。

构成型蛋白酶体是在所有真核细胞中持续表达的多催化亚基蛋白酶复合物，在细胞内蛋白质降解和稳态维持中起关键作用。其结构由20S核心颗粒和19S调节颗粒组成。免疫蛋白酶体在树突状细胞和巨噬细胞等免疫细胞中组成型表达，其表达在其他细胞中由γ-干扰素等炎症细胞因子诱导。虽然免疫蛋白酶体和构成型蛋白酶体在结构上高度相似，均由20S核心颗粒和19S调节颗粒组成，但免疫蛋白酶体的20S核心颗粒包含催化亚基β1i、β2i和β5i（PSMB8），它们取代了构成型蛋白酶体的相应亚基。

4.3. 揭示蛋白酶体抑制的复杂性与矛盾

4.3.1. 蛋白酶体抑制剂在神经损伤中的双重作用：平衡胶质抗炎与神经元毒性

蛋白酶体抑制剂在神经损伤模型中表现出神经保护和神经毒性的双重作用，其看似矛盾的结果主要源于对不同细胞类型的净效应（Net Effect）的不同。作为一种非特异性药物，蛋白酶体抑制剂影响神经系统中的所有细胞，但最终结果取决于各种细胞反应的整体平衡。

4.3.2. 损伤微环境：钙超载和能量代谢的决定性作用

26S蛋白酶体介导的蛋白质降解是一个高度依赖ATP的过程，这意味着其功能与细胞的能量状态密切相关。一方面，兴奋性毒性或细胞膜破裂导致大量细胞内钙离子（Ca2?）超载。这种钙超载不仅激活了calpains等替代降解途径，加剧了细胞骨架损伤，而且还直接损害了线粒体功能，导致ATP合成急剧下降。

5. PSMB5与PSMB8：神经系统疾病与治疗中的关键亚基靶点

5.1. PSMB5：维持蛋白质稳态与神经保护

CGG重复相关的神经毒性是指当CGG三核苷酸重复扩增存在于FMR1基因的5′非翻译区时发生的一系列神经毒性效应。扩展的CGG重复mRNA在细胞核中形成RNA聚集体，可以隔离RNA结合蛋白，导致RNA代谢异常和细胞功能障碍（脆性X相关震颤/共济失调综合征）。研究发现，敲低PSMB5可以抑制RAN翻译和RNA介导的毒性机制，最终降低CGG重复的神经毒性，为FXTAS提供了潜在的治疗方法。

5.2. PSMB8：神经炎症与免疫介导损伤中的双刃剑

免疫蛋白酶体亚基β5i（PSMB8）在成纤维细胞、神经干细胞和运动神经元中的表达不同。运动神经元中免疫蛋白酶体亚基β5i的表达高于神经干细胞。此外，我们发现免疫蛋白酶体的表达在视网膜和脑损伤后上调。在鱼藤酮诱导的帕金森病大鼠模型中，TNF-α和IFN-γ等炎症因子进一步上调PSMB9和PSMB8。上调的免疫蛋白酶体通过降解α-syn、减少氧化应激和抑制凋亡来发挥神经保护作用。

5.3. PSMB5/PSMB8平衡：决定再生结果的关键因素

Psmb5（β5）和psmb8（β5i/LMP7）分别是构成型蛋白酶体和免疫蛋白酶体的核心催化亚基。它们的平衡表达在维持正常生理功能中起关键作用。Psmb5高表达并通过Nrf2通路轻微上调，主要负责降解泛素修饰的异常蛋白质、氧化损伤蛋白质和细胞周期调节剂；Psmb8基础表达低，但可通过IFN-γ经JAK/STAT1通路强烈诱导，并优先水解产生MHC-I抗原肽。

6. 未来展望

为了将蛋白酶体生物学的基础发现有效转化为临床应用，未来的研究必须超越广义概念，专注于针对特定疾病背景的精准调控策略。蛋白酶体靶向治疗策略在神经系统疾病中根本不同，需要疾病特异性干预。