中医药靶向调节线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰防治脑缺血/再灌注损伤的研究进展

陈祥宇，阳晶晶，梅志刚*，张文丽

中医药靶向调节线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰防治脑缺血/再灌注损伤的研究进展

陈祥宇1，阳晶晶1，梅志刚1*，张文丽2*

1. 湖南中医药大学中西医结合心脑疾病防治湖南省重点实验室，湖南 长沙 410208 2. 湖南中医药大学药学院，湖南 长沙 410208

线粒体稳态失衡在脑缺血/再灌注损伤（cerebral ischemia/reperfusion injury，CI/RI）病理过程中扮演重要角色。线粒体分裂/融合的动态调节（线粒体动力学）作为线粒体质量控制（mitochondrial quality control，MQC）的关键环节，在CI/RI中维持线粒体稳态发挥重要作用。小泛素相关修饰物（small ubiquitin-related modifier，SUMO）修饰是一类存在于细胞内动态可逆的蛋白质翻译后修饰形式，通过对底物蛋白进行多步酶促反应以完成对靶蛋白的SUMO修饰和去SUMO修饰过程，进而影响底物蛋白的亚细胞定位、蛋白互作和稳定性，其普遍参与了蛋白转运、信号传导、DNA修复、炎症反应及氧化应激等病理生理过程。线粒体动力学及相关蛋白通过SUMO化修饰调控线粒体融合和分裂，进而调节线粒体稳态，在CI/RI进展与转归中发挥着关键作用。中药在防治缺血性脑病方面具有明显优势，综述了线粒体分裂/融合过程中相关蛋白的SUMO化修饰的调节机制，以及靶向调节线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰防治CI/RI的中医药研究进展，以期为缺血性脑病如卒中的康复治疗提供新的治疗策略与潜在药用靶点。

中药；线粒体动力学；线粒体分裂；线粒体融合；SUMO化修饰；脑缺血/再灌注损伤

缺血性脑卒中约占我国全部卒中患者的80%[1]，具有高发病率、高死亡率和高致残率的特点，给患者、家庭和社会带来极大的痛苦和沉重的经济负担[2]。目前，临床上缺血性脑卒中主要采用机械取栓或药物溶栓治疗，可有效恢复缺血区域的供血[3]。然而，血流再通在挽救濒死的神经元同时却会带来脑缺血/再灌注损伤（cerebral ischemia/reperfusion injury，CI/RI）[4]，进一步加重病情。CI/RI的病理过程十分复杂，主要涉及炎症反应、兴奋性氨基酸毒性、钙超载、能量代谢障碍、氧化应激等多种机制，这些病理反应共同导致线粒体结构与功能改变[5]，使多种蛋白发生翻译后修饰，如磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化和小泛素相关修饰物（small ubiquitin-related modifier，SUMO）化等，通过调节底物蛋白的活性、亚细胞器定位、稳定性或蛋白互作，从而影响线粒体功能发挥。线粒体分裂与融合（动力学）动态调节，是线粒体质量控制（mitochondrial quality control，MQC）的重要环节之一，对维持线粒体的正常形态结构及脑细胞的功能具有重要作用。CI/RI过程中，线粒体动力学及多种相关蛋白SUMO化修饰可逆过程常发生失衡，易诱发继发损伤，故靶向线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰调控有望成为防治CI/RI的新兴途径。中医药在缺血性脑卒中的康复治疗历史悠久，疗效显著，然而其潜在作用机制目前尚不清晰。本文综述了CI/RI过程中线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰的相关作用机制以及中医药靶向干预调节的研究进展，以期为临床防治缺血性脑病提供新策略和理论参考。

1 线粒体稳态与CI/RI

线粒体被称为细胞的动力室，不仅能够产生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）为细胞提供能量，同时在控制活性氧（reactive oxygen species，ROS）的生成、维持Ca2+稳态、调节渗透压、转导细胞信号等方面均发挥重要作用。正常生理情况下，线粒体形态、结构、数量、体积、质量及功能维持动态平衡状态，称为线粒体稳态，是细胞与组织赖以生存的重要保障。神经细胞的能量供应主要来源于葡萄糖的有氧代谢满足其旺盛的能量代谢，但其自身并不储存糖原，这种能量需求特性使其对缺血、缺氧特别敏感。缺血性脑卒中发作后，脑组织能量耗竭为其首发环节，由于脑部血流迅速下降导致神经元葡萄糖和氧的供给不足，进而引起线粒体结构异常，氧化磷酸化发生障碍，无氧呼吸产生的过量乳酸进一步破坏线粒体内外的电化学梯度，导致线粒体发生肿胀和钙超载[6]。当溶栓或介入治疗后，恢复供氧带来的氧化应激反应在极短时间内即可损伤线粒体，并对线粒体产生长时间的持续性氧化应激破坏，进而导致线粒体持续损伤破坏[7]。过氧化物的堆积、钙超载、兴奋性氨基酸毒性损伤等多种因素作用造成线粒体氧化磷酸化功能障碍，ROS产生增多，清除能力下降，导致ROS大规模聚集，引发进一步氧化应激反应使线粒体结构发生破坏，造成细胞线粒体稳态失衡[8-9]。因此稳态失衡的线粒体是进一步扩大CI/RI的关键因素，恢复线粒体稳态很可能是缓解CI/RI、挽救神经细胞、恢复神经功能、促进缺血性脑卒中康复的重要治疗靶标。

2 CI/RI对MQC体系的影响

研究表明，MQC主要涉及线粒体生物合成、线粒体分裂/融合（动力学）、线粒体自噬[10-11]以及线粒体衍生囊泡[12]等过程。生理状态下，线粒体需要通过质量控制及时补充及合成新的线粒体，从而维持线粒体形态、数量与质量的相对稳定，并及时清除衰老和损伤破坏的线粒体，调控线粒体更新，维持细胞内稳态。在应激、缺血缺氧环境等病理条件下，MQC发生严重失调，引起线粒体的结构损伤和功能障碍，表现为线粒体肿胀和嵴消失、线粒体膜电位的下降、线粒体通透性转化孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）开放、ATP合成障碍、ROS自由基过度产生、促凋亡因子释放增加等，最终导致细胞凋亡和组织损伤[13]。

过氧化物酶体增生物激活受体γ辅激活因子-1α（peroxisome-proliferotor-activated receptor γ coactjvator-1α，PGC-1α）、核因子E2相关因子1/2（nuclear factor erythroid 2-related factor 1/2，Nrf1/2）、线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）调控线粒体增殖和线粒体生物合成以实现线粒体更新。线粒体动力相关蛋白1（dynamin-related protein 1，Drp1）、线粒体分裂蛋白1（fission protein 1，Fis1）、线粒体分裂因子（mitochondrial fission factor，Mff）调控线粒体分裂，线粒体融合蛋白1/2（mitofusin 1/2，Mfn1/2）、视神经萎缩蛋白1（optic atrophy protein 1，OPA1）介导线粒体的融合，共同维持线粒体形态、数量与质量的相对稳定。PTEN诱导的激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）/ Parkin、B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）/腺病毒E1B19蛋白相互作用蛋白3样（adenovirus E1B19 interacting protein 3-like，Bnip3L）和含FUN14域1（FUN14 domain containing 1，FUNDC1）等蛋白调控线粒体自噬以选择性清除受损或功能障碍线粒体，进而调控线粒体功能并维持细胞存活。线粒体衍生囊泡途径是将受损部分或氧化蛋白运送到溶酶体或过氧化物酶体进行降解，维持线粒体稳态[14]。MQC的各个环节密不可分，由Drp1介导的线粒体分裂可通过PINK1/Parkin信号通路或线粒体自噬受体Bnip3L、FUNDC1等调控线粒体自噬，并通过自噬小体吞噬去除细胞中受损的线粒体[15-16]。PGC-1α是调控线粒体生物合成的转录共激活因子，能调节Drp1蛋白的表达及其磷酸化，增加线粒体数量[17-18]。线粒体衍生囊泡是独立于线粒体自噬和分裂机制但依赖于PINK1/Parkin功能的另一MQC调控途径[19]。

维护线粒体动力学平衡是实现MQC和恢复线粒体稳态的基础[11]。线粒体为动态的细胞器，正常情况下，通过分裂和融合之间的动态平衡维持线粒体形态与结构，保证线粒体正常生理功能的发挥。线粒体分裂是指线粒体分成2个较小线粒体的过程，可以清除大脑中功能失调的线粒体[5]。Drp1是调控线粒体分裂的关键蛋白[20]，Drp1在细胞质中分散存在，当线粒体分裂被激活后，Drp1从细胞质转位到线粒体外膜断裂位点表面，与驻留在线粒体外膜收缩部位的Fis1、Mff和线粒体动力学蛋白49/51（mitochondrial dynamics proteins 49/51，MID49/51）结合，在它们协同作用或独立作用下形成分裂位点，并从胞质中募集Drp1，在分裂位点上不断地围绕线粒体聚集组装成螺旋寡聚物[21]，水解三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP），实现线粒体内、外膜断裂[22]；分裂完成后，Drp1再返回到细胞质，在细胞质与线粒体外膜之间循环。线粒体融合是指2个不同的线粒体经过内、外膜融合，形成1个较大的线粒体，并进行线粒体内容物交换的过程，可为已受损的线粒体提供呼吸链和DNA。位于线粒体外膜的Mfn1/2和位于线粒体内膜的OPA1是介导线粒体融合的关键蛋白[20]。Mfn1和Mfn2可通过相互作用发生顺式二聚化，形成Mfn1-Mfn2异源二聚体或同源二聚体，进而促使相邻线粒体外膜产生反式栓连[23-24]。Mfn二聚体的GTP酶结构域可水解GTP，引起膜构象水解，进而引起2个线粒体外膜的融合。OPA1是一个动态的GTP酶，促使线粒体内膜的融合并维持线粒体嵴的形态[25-26]。

线粒体动力学在CI/RI中的关键作用已被广泛报道。在体实验中，大鼠缺血2 h，再灌注24 h后，脑组织中Drp1和细胞色素C蛋白和基因表达水平明显增加；Drp1抑制剂mdivi-1能明显降低Drp1和细胞色素C蛋白和基因表达，有效地抑制线粒体分裂，阻断细胞发生凋亡，减轻CI/RI所致的脑损伤[27]。右美托咪定可减轻小鼠缺血1 h再灌注24 h后的神经功能缺损，降低脑梗死体积，减少p-Drp1蛋白表达，增加Mfn2蛋白表达，并激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）信号通路促使线粒体融合，抑制线粒体分裂，改善线粒体形态和功能，发挥对CI/RI诱导的脑组织保护作用[28]。给予90 min短暂大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）后再灌注3 h，缺血发作前2周的运动增加了线粒体融合，改善了线粒体功能，减轻了脑水肿[29]。体外实验中，小鼠海马神经元在氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）阶段，线粒体会发生分裂，进而激活线粒体自噬清除受损的线粒体，而未激活凋亡信号；OGD/R后，大量的线粒体发生分裂，线粒体的过度分裂激活了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cystein-asparate protease，Caspase）-3/7介导的特异性凋亡，导致神经元死亡[30]。海马神经元OGD/R会上调Drp1、Fis1的表达，促进线粒体分裂，加重神经元线粒体损害，进一步造成神经元的损伤；异丙酚能通过调节Drp1-ser367和Fis1的结合或表达来抑制线粒体裂变和线粒体促凋亡因子的表达逆转OGD/R造成的神经元损伤[31]。

综上所述，在CI/RI中，线粒体分裂增加促进细胞凋亡[32-33]。CI/RI时，尽管线粒体分裂是一种对细胞应激的适应性反应，利用线粒体自噬促进损伤线粒体的分离和清除，但过度分裂也伴随着线粒体外膜通透性增加导致的细胞色素C的大量释放。过多的线粒体分裂导致的能量紊乱和mtDNA损伤与增加的脑损伤有关。线粒体融合可以促进代谢物、蛋白质和mtDNA的分布，抑制线粒体裂变，稳定线粒体电位，加速线粒体生物能，并最终减轻I/R诱导的损伤[34]。因此，抑制线粒体分裂，促进线粒体融合，对线粒体动力学发挥调控作用的药物或基因干预可能为实现MQC，减轻CI/RI提供新的策略。

3 线粒体动力学相关蛋白SUMO化与CI/RI

SUMO化是一种蛋白翻译后修饰方式，SUMO蛋白首先转录为没有活性、带有C端的前体蛋白，C-末端短肽在SUMO特异性蛋白酶（sentrin specific proteases，SENPs）的作用下水解，转化为成熟的功能蛋白，成熟形式的SUMO在激活酶（E1）和ATP参与下完成活化，随后被转移到偶联酶（E2）上Ubc9（Ubc9是唯一的偶联酶）的活化或Ubc9与底物蛋白的距离被拉近，催化SUMO更高效地从Ubc9上转移并共价结合到底物蛋白的赖氨酸残基上，对底物蛋白进行类似于泛素化的可逆多步酶联反应完成SUMO化过程[35-37]，从而影响底物蛋白的亚细胞定位、蛋白互作和稳定性等发挥对细胞生理的调节作用。在SENPs介导下，将SUMO从底物蛋白中解离的过程称为去SUMO化[38]，解离后的SUMO蛋白能够再次与靶蛋白结合。哺乳动物中有SUMO1～5[39]，SUMO1～3在脑组织中广泛表达。SUMO2和SUMO3具有96%的同源性，常合称为SUMO2/3[40]。SENPs家族有SENP1～3、SENP5～8，SENP1和SENP2可将SUMO1、SUMO2/3从靶蛋白上解离，SENP1对SUMO1的解离效率更高，SENP3和SENP5～7对SUMO2/3的选择性更高[41]。SUMO化与去SUMO化间的动态平衡对维持底物蛋白正常生理功能至关重要，平衡失调将会使底物蛋白功能出现异常，从而可能导致疾病的发生。

研究发现，大鼠脑缺血1 h，再灌注3 h后，神经元内SUMO2/3的相对表达量增加并出现核内移[42]；脑缺血2 h，再灌注24、48 h后，皮质区中SUMO2/3的表达水平同样上调[43]；小鼠I/R后的皮层神经元中SENP1水平显著增加，通过减少SUMO1的偶联，减少Caspase-3活化而减少细胞凋亡[44]。提高SUMO2/3表达水平，并促进其在神经元核内移，可减轻I/R诱导的神经功能缺损、脑梗死体积及纹状体损伤程度[42]。选择治疗性脑低温能通过下调I/R损伤后缺血半暗区SENP3的表达，增加Ubc9的表达，从而增加SUMO2/3的修饰，发挥神经保护作用[45]。

在线粒体动力学调控过程中，Drp1为促使线粒体分裂的主要成分，是调控线粒体稳态的关键蛋白，其活性受到SUMO1和SUMO2/3调节。研究发现，Drp1的SUMO1修饰及过表达SUMO1导致稳定的Drp1偶联，保护Drp1不被降解，促进Drp1的线粒体定位，并最终导致线粒体形态向碎片表型转变[46-47]。tMCAO/R后，SENP1敲除导致Drp1的SUMO1修饰水平明显增多，Drp1蛋白稳定性增加，促进线粒体形态改变，导致线粒体途径凋亡增加[47]。SENP2和SENP5介导Drp1的去SUMO1化，降低Drp1-SUMO1水平，进而降低Drp1的稳定性，挽救SUMO1诱导的线粒体碎片，减少线粒体碎裂，影响线粒体形态，维持线粒体结构和功能[48]；敲除或靶向破坏SENP2能促进Drp1的SUMO1化，增强线粒体碎片化，诱导神经变性[49]。Bcl-xL是线粒体中的1个跨膜分子，属于抗凋亡蛋白，能够阻止由线粒体内容物如细胞色素C的释放而激活的Caspase介导的程序性细胞死亡[50]。Drp1发生SUMO化的可变区序列是Drp1和Bcl-xL之间的接口，OGD/R过程中，细胞内SENP3水平随着复氧时间的延长而恢复，SENP3发挥去SUMO2/3化作用，Drp1-SUMO2/3偶联减少，MFF招募非SUMO化的Drp1到线粒体外膜[51]，一方面，促进Drp1的线粒体定位，导致线粒体碎裂，细胞色素C释放，引发细胞凋亡；另一方面，启动Drp1与线粒体上Bcl-xL的BH2域的1个区域相互作用，诱发乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）释放，促进细胞死亡[52]。SENP3敲除极大地增加了Drp1-SUMO2/3偶联，Drp1-SUMO2/3在空间上阻碍Bcl-xL与Drp1相互作用，进而减少了Drp1的线粒体定位，降低了Caspase-3的激活和LDH的释放；过表达SENP3则促进了Drp1的线粒体定位，增加了细胞色素C的释放[53]。Fis1在K149位点与SUMO2/3结合发生SUMO化，SENP3蛋白的表达导致Fis1的SUMO-2/3化修饰下降，非SUMO化的Fis1与Drp1结合促进线粒体定位，导致线粒体分裂，进而诱导线粒体自噬[54-55]。位于线粒体外膜的Mfn1和Mfn2作为膜链形成同源二聚体（Mfn1-Mfn1和Mfn2-Mfn2）或反式异质二聚体（Mfn1-Mfn2）启动线粒体融合[56-58]。线粒体出现损伤而发生去极化，SUMO2与受损线粒体上的MFN1/2结合而发生SUMO2化，MFN1/2-SUMO2将受损的线粒体在核周区域进行隔离，以便它们最终在细胞中通过线粒体自噬降解[59]。OPA1是线粒体内膜融合和嵴重塑的主要调控因子[60-62]。沉默调节蛋白3（sirtuin3，SIRT3）为SUMO1修饰的靶蛋白[63]，SIRT3的SUMO1化修饰抑制SIRT3去乙酰化活性，SENP1促使SIRT3-SUMO1发生去SUMO化，激活SIRT3的去乙酰化活性，降低线粒体金属蛋白酶YME1L1的乙酰化，YME1L1的去乙酰化抑制其对OPA1的切割，促进线粒体融合[64]，进而影响线粒体代谢[65]。双特异性蛋白磷酸酶6（dual-specificity phosphatase 6，DUSP6）是氧化细胞损伤的核心参与者，正常条件下，DUSP6在C端残基K234处与SUMO1结合发生SUMO化，增强DUSP6蛋白的稳定性，使Drp1-S616在非氧化条件下不能被进一步磷酸化，以防止线粒体过度裂变，帮助维持线粒体融合/分裂的平衡；在H2O2诱导条件下，细胞的mRNA和蛋白质水平随时间相关性上调，DUSP6发生去SUMO1化，进而被泛素-蛋白酶体途径降解，DUSP6的丢失导致Drp1-S616被过度磷酸化，使线粒体动力学的平衡向裂变倾斜，由此产生线粒体碎裂导致细胞凋亡[66]。死亡结构域相关蛋白（Fas-associated protein with death domain，FADD）被认为在泛素化后作为负调节因子参与凋亡或坏死[67]。FADD在赖氨酸125、149和153位点被SUMO2修饰，SUMO化的FADD与Drp1相互作用，同时与Caspase-10形成三元蛋白复合物，促进Drp1转位到线粒体，导致Drp1介导的线粒体碎裂，最终导致细胞坏死[68]。综上所述，线粒体动力学相关蛋白SUMO化修饰可影响线粒体动力学，进而影响MQC，可能发挥对CI/RI的保护作用（图1）。

图1 CI/RI过程线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰的可能机制

4 中医药干预CI/RI后线粒体动力学及相关蛋白SUMO化修饰

中医药在缺血性脑卒中的康复治疗历史悠久，疗效显著，对CI/RI的保护作用频见报道，然而其潜在作用机制目前尚不清晰。线粒体动力学作为MQC的重要调控环节，受到同行的普遍关注。诸多研究显示，中药单体、单味中药、方剂以及针灸等均对线粒体动力学具有较好的改善作用。其中，中药单体方面，白藜芦醇通过激活AMPK-Mfn1通路，降低线粒体氧化应激，改善线粒体能量代谢；促进Drp1蛋白从胞质往线粒体转移，上调线粒体自噬相关蛋白微管相关蛋白1轻链3B-II/I（microtubule-associated protein 1 light chain 3B-II/I，LC3B-II/I），下调p62、PHB2的表达，上调线粒体生成相关蛋白Nrf1、TFAM的表达，维持线粒体稳态，抑制线粒体凋亡，促进神经元存活[69-70]。木犀草素通过改善自噬流过程促进线粒体自噬小体的降解，加速ROS的清除效率；抑制Drp1活性保护线粒体形态，减少ROS的产生，防止脑缺血/再灌注后ROS大量堆积，减少CI/RI[71]。山茱萸环烯醚萜苷能显著改善大鼠神经功能缺损，上调Nip样蛋白（Nip-like protein X，NIX）和Beclin1的表达，激活线粒体自噬；上调Drp1、OPA1的表达，促进线粒体分裂融合，上调PGC-1α以增加线粒体生物合成，从而改善线粒体结构变化，减轻线粒体损伤，发挥对CI/RI的保护作用[72]。丹参酮IIA能够改善大鼠缺血区脑血流量，减少脑梗死体积，通过减少Drp-1、瞬时受体电位离子通道蛋白7表达，抑制线粒体分裂及神经元凋亡[73]。银杏内酯K减弱Drp1与糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的结合阻止Drp1和GSK-3β转位到线粒体，增强Drp1-Ser637位点的磷酸化，减少Drp1水平，减少线粒体裂变；诱导GSK-3β-Ser9位点磷酸化，增强腺嘌呤核苷酸转位器（adenine nucleotide translocator，ANT）与p-GSK-3β的相互作用，抑制ANT与亲环素D的相互作用，抑制mPTP的开放，发挥神经保护作用[74]。白术内酯III通过抑制Janus激酶2（Janus kinase 2，JAK2）/信号转导及转录激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）通路，抑制MCAO/R小鼠和OGD/R原代小胶质细胞炎症因子的分泌；降低OGD/R诱导的原代小胶质细胞Drp1磷酸化，从而抑制Drp1转位到线粒体，抑制线粒体分裂，从而发挥神经保护作用[75]。川续断皂苷B能减少线粒体分裂、增加线粒体融合蛋白的表达，减轻血管内皮损伤，维持线粒体正常形态并最终缓解I/R带来的能量代谢紊乱[76]。20()-人参皂苷Rg3可激活Nrf2信号通路，增强下游抗氧化因子，减少Fis1和Drp1蛋白和mRNA的表达以减少线粒体分裂，增加Mfn1、Mfn2和OPA1蛋白和mRNA的表达以增加线粒体融合来维持线粒体的结构与功能的稳定，减轻I/R导致的线粒体氧化应激，改善大鼠CI/RI[77]。单味中药方面，西红花提取物可明显降低MCAO/R大鼠神经功能缺损，降低Drp1表达，上调OPA1表达，抑制线粒体分裂，促进线粒体融合，进而调控线粒体动力学，维持线粒体正常形态，减轻I/R带来的能量代谢紊乱，抑制神经元坏死及星形胶质细胞恶性增殖，促进缺血区神经元的恢复[78]。中药复方方面，安脑片能够减少MCAO/R大鼠脑梗死体积，上调缺血皮质半暗区PINK1、Parkin表达，减少Drp1的过度激活，上调OPA1蛋白水平，提高Bcl-2/Bcl-2相关X蛋白值，增强线粒体融合和线粒体自噬，改善MQC，抑制细胞凋亡，发挥抗CI/RI的作用[7]。补阳还五汤能够下调CI/RI大鼠Drp1、Fis1、细胞色素C的表达水平，抑制线粒体分裂，降低Ca2+浓度及钙调神经磷酸酶活性，减轻大鼠海马神经元凋亡[79]。塞络通胶囊可下调Drp1蛋白和基因表达，上调OPA1蛋白和基因表达，抑制线粒体分裂，促进线粒体融合，抑制缺血侧皮质区线粒体动力学异常，减轻CI/RI带来的能量代谢紊乱，维持线粒体形态，改善CI/RI[80]。针灸方面，电针预处理百会穴能够降低CI/RI大鼠缺血侧半暗区总Drp1、细胞色素C和线粒体Drp1、胞质细胞色素C的表达，抑制线粒体裂变，维持线粒体形态，减少凋亡细胞的比例，从而改善了神经功能[81-82]。靶向调节线粒体动力学防治CI/RI中医药研究概况见表1。

表1 靶向调节线粒体动力学防治CI/RI中医药研究概况

Table 1 Advance in treatment of traditional Chinese medicine against CI/RI by targeting mitochondrial dynamics

治疗方式中药/其他干预方式疾病模型作用靶点及机制文献 线粒体分裂线粒体融合 中药单体白藜芦醇N2a细胞低氧复氧模型、小鼠MCAO/R模型、HT22细胞OGD/R模型Drp1↓Mfn1↑69-70 木犀草素SH-SY5Y细胞OGD/R模型、小鼠MCAO/R模型Drp1↓ 71 山茱萸环烯醚萜苷大鼠MCAO/R模型Drp1↑OPA1↑72 丹参酮IIA大鼠MCAO/R模型Drp1↓ 73 银杏内酯KSHSYY细胞OGD/R模型Drp1↓ 74 白术内酯III小鼠MCAO/R模型、原代小胶质细胞OGD/R模型p-Drp1↓ 75 川续断皂苷B大鼠MCAO/R模型、PC12细胞OGD/R模型Drp1↓Mfn2↑76 20(R)-人参皂苷Rg3大鼠MCAO/R模型、PC12细胞OGD/R模型Drp1↓Mfn1/2↑，OPA1↑77 单味中药西红花提取物大鼠MCAO/R模型Drp1↓OPA1↑78 中药复方安脑片大鼠MCAO/R模型Drp1↑OPA1↑7 补阳还五汤大鼠颈动脉引流法脑缺血再灌注模型Drp1↓，Fis1↓ 79 塞络通胶囊大鼠MCAO/R模型Drp1↓OPA1↑80 针灸电针大鼠MCAO/R模型Drp1↓ 81-82

“↑”表示上升，“↓”表示下降

“↑” means increase, “↓” means decrease

在CI/RI过程中，针对线粒体动力学相关蛋白的SUMO化修饰的干预研究鲜有报道。张会军[47]发现敲除SENP1的tMCAO/R小鼠Drp1的SUMO1修饰水平明显增多，提高了Drp1的稳定性，促进了线粒体分裂，导致线粒体途径凋亡增加；SENP1可通过下调Drp1的SUMO1修饰水平，减少神经细胞凋亡，在CI/RI中发挥神经保护作用。目前中医药对线粒体动力学相关蛋白的SUMO化修饰进行直接干预研究尚未报道，然而，有研究发现，中药丹参能够通过激活SUMO循环通路途径，提高OGD神经元中SUMO2/3的表达，诱导SUMO2/3由细胞质向细胞核发生位移，发挥对缺血神经元的保护作用[83]。槲皮素能够通过下调SENP1和SENP2，上调SENP3，显著增加缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）的SUMO化偶联；通过下调Kelch样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）的表达，促进Nrf2的生成，最终诱导血红素氧合酶-1上调，增强一氧化氮合酶1/蛋白激酶G信号通路，从而保护神经元免受OGD和OGD/R诱导的细胞死亡[84]。宋佰慧等[85]发现蒙药珍宝丸可能通过降低脑组织水肿和丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶活性，激活HIF-1α和SUMO1～3的表达发挥对心搏骤停大鼠脑缺血缺氧损伤的保护作用。电针刺激百会穴预处理能进一步上调Ubc9的表达，进而提高SUMO2/3化修饰进程，激活机体的内源性保护机制，增强大鼠CI/RI耐受，发挥脑保护作用[43]。上述研究为线粒体动力学相关蛋白SUMO化修饰为治疗靶点的中医药防治CI/RI机制研究提供了新的视角和可行思路。

5 结语与展望

CI/RI是一个复杂的病理生理过程，由于能量缺乏以及再灌注引起过量的ROS产生、线粒体内钙超载以及氧化应激等损伤线粒体呼吸链，导致线粒体结构和功能损伤，造成mPTP的大量开放，使线粒体膜电位下降，线粒体质量失控，线粒体稳态失衡，引起受累器官组织的细胞程序性死亡或坏死，因此恢复线粒体稳态是I/R损伤康复的首要关口。线粒体动力学是实现MQC、维持线粒体稳态的关键环节，其相关蛋白的SUMO化和去SUMO化修饰的动态平衡，可良性调控线粒体的分裂与融合，恢复和维持线粒体稳态。当前，已有较多研究报道中医药通过调控线粒体动力学相关蛋白，实现MQC，防治CI/RI。尽管针对线粒体动力相关蛋白的SUMO化修饰的中医药干预研究未见报道，相信随着对线粒体结构与功能稳态以及SUMO化修饰机制的研究不断深入，以SUMO化修饰调控线粒体动力学为干预靶点的中医药研究可能为防治缺血性脑病特别是CI/RI的康复转归带来新希望。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

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Research progress on traditional Chinese medicine in treatment of cerebral ischemia/reperfusion injury by targeting mitochondrial dynamics and related proteins SUMOylation

CHEN Xiang-yu1, YANG Jing-jing1, MEI Zhi-gang1, ZHANG Wen-li2

1. Key Laboratory of Hunan Province for Integrated Traditional Chinese and Western Medicine on Prevention and Treatment of Cardio-Cerebral Diseases, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China 2. School of Pharmacy, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China

Imbalance in mitochondrial homeostasis plays an important role in the pathological process of cerebral ischemia/reperfusion injury (CI/RI). Dynamic regulation of mitochondrial fission/fusion (mitochondrial dynamics), as a key part of mitochondrial quality control (MQC), plays a crucial role in maintaining mitochondrial homeostasis in CI/RI. Small ubiquitin-related modifier (SUMO) is a kind of dynamic and reversible post-translational modification of proteins in cells. SUMOylation and deSUMOylation of target proteins are completed through multi-step enzymatic reactions of substrate proteins, thus affecting subcellular localization, protein interaction and stability of substrate proteins. It is generally involved in pathophysiological processes such as protein transport, signal transduction, DNA repair, inflammatory response and oxidative stress. Mitochondrial dynamics and related proteins regulate mitochondrial fission and fusion through SUMOylation to regulate mitochondrial homeostasis and effect the progression and prognosis of CI/RI. Traditional Chinese medicine has obvious advantages in preventing and treating ischemic encephalopathy. In this paper, we reviewed the regulatory mechanism of SUMOylation of proteins involved in mitochondrial fission/fusion, as well as the research progress of traditional Chinese medicine targeted mitochondrial dynamics and SUMOylation of related proteins in treating CI/RI, in order to provide new therapeutic strategies and potential therapeutic targets for the treatment and rehabilitation for ischemic encephalopathy especially ischemic stroke.

traditional Chinese medicine; mitochondrial dynamics; mitochondrial fission; mitochondrial fusion; SUMOylation; cerebral ischemia/reperfusion injury

R285.5

A

0253 - 2670(2022)16 - 5205 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.16.030

2022-02-18

国家自然科学基金资助项目（82174167）；湖南省自然科学基金面上项目（2021JJ30499）；湖南省国内一流培育学科中西医结合开放基金项目（2020ZXYJH63）；湖南中医药大学研究生科研创新项目（2021CX63）

陈祥宇（1997—），男，硕士研究生，主要从事中西医结合防治脑病作用机制研究。E-mail: cxy173557124@163.com

梅志刚（1977—），男，教授，博士生导师，主要从事中西医结合防治脑病作用机制研究。E-mail: meizhigang@hnucm.edu.cn

张文丽（1978—），女，副教授，博士，主要从事药用植物学研究。E-mail: wendyibcas@163.com

[责任编辑 崔艳丽]