线粒体E3连接酶MAPL通过SUMO化修饰Drp1促进线粒体分裂进而加速椎间盘退变的分子机制

本研究针对椎间盘退变(IVDD)中过度线粒体分裂导致髓核细胞(NPC)凋亡的机制难题，揭示了线粒体锚定蛋白连接酶(MAPL)通过SUMO1修饰动力相关蛋白1(Drp1)促进其线粒体转位，进而诱导线粒体过度分裂、功能障碍和细胞凋亡的关键通路。研究人员通过基因操作、共免疫沉淀等技术证实抑制MAPL-SUMO1-Drp1轴可有效缓解IVDD，为靶向线粒体动态平衡治疗脊柱退行性疾病提供了新策略。

　　

椎间盘退变(IVDD)作为脊柱退行性疾病的共同病理基础，常导致椎间盘突出、椎管狭窄等一系列临床问题。当前治疗手段仅能缓解症状，无法阻止疾病进展。近年研究发现，髓核细胞(NPC)异常凋亡是IVDD的核心环节，而线粒体过度分裂引发的功能障碍是重要诱因。尽管已知动力相关蛋白1(Drp1)的磷酸化修饰参与调控，但其他翻译后修饰特别是SUMO化修饰的作用仍属空白。

复旦大学附属华山医院的研究团队在《Bone Research》发表重要成果，首次阐明线粒体E3连接酶MAPL通过SUMO1修饰Drp1调控线粒体分裂的新机制。研究采用RNA测序筛选TNF-α刺激NPC的差异表达基因，通过质粒转染、siRNA干扰等基因操作技术结合共免疫沉淀(Co-IP)、亚细胞组分分离等技术，发现MAPL过表达促进Drp1的SUMO1修饰和线粒体转位，导致线粒体碎片化、膜电位(△Ψm)丧失和ROS累积，最终诱发NPC凋亡。关键实验证实Drp1第532/535/558/568/594/597/606/608位赖氨酸突变体(8KR)可阻断这些效应，而去SUMO化酶SENP5能逆转MAPL的作用。大鼠椎间盘穿刺模型进一步验证AAV-shMAPL可显著延缓IVDD进展。

SUMO化和线粒体动力学与NPC凋亡相关

RNA测序显示TNF-α刺激后SUMO化相关基因差异表达，Western blot证实MAPL蛋白水平升高伴随SUMO1修饰增强。电镜观察显示线粒体呈现碎片化形态，MitoTracker染色和Drp1免疫荧光显示其线粒体转位增加。

MAPL通过SUMO化Drp1促进其线粒体招募

过表达MAPL增加线粒体SUMO1修饰水平，Co-IP证实Drp1-SUMO1结合增强。JC-1染色显示△Ψm降低，流式细胞术检测到凋亡率上升。

关键赖氨酸突变阻断Drp1的SUMO化

构建Drp1的4KR-N、4KR-C和8KR突变体，发现8KR几乎完全消除SUMO1修饰，并逆转线粒体碎片化和功能障碍。

SENP5负向调控Drp1的SUMO化

过表达SENP5降低Drp1-SUMO1水平，抑制其线粒体转位；而SENP5敲除产生与MAPL过表达相似的表型。

动物模型验证治疗潜力

AAV介导的MAPL敲低显著改善大鼠椎间盘MRI信号和组织学评分，免疫组化显示SUMO1和凋亡标志物cleaved caspase-3表达降低。

该研究首次揭示MAPL-SUMO1-Drp1轴在IVDD中的核心作用，突破性地证实SUMO化修饰调控线粒体动力学的新机制。通过精准定位Drp1的SUMO化位点，为开发特异性抑制剂奠定基础。研究提出的靶向干预策略，相较于传统手术具有保护邻近节段的独特优势，为IVDD的病因治疗提供全新思路。