《European Journal of Cell Biology》：Transient pharmacological inhibition of SUMOylation during pregnancy induces craniofacial malformations in offspring mice
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為探究 SUMO 在器官發生中的作用，研究人員用 TAK981 抑制孕期小鼠 SUMO 化。結果發現，高濃度注射致胚胎死亡，低濃度注射使子代小鼠出現顱面畸形等。該研究揭示了 SUMO 化平衡的重要性，為相關疾病研究提供依據。
在生命的奇妙旅程中，胚胎發育一直是科學家們深入探索的神秘領域。細胞身份在胚胎發育過程中扮演著極為關鍵的角色，它就像一位精準的指揮官，引導著細胞分化，進而構建出各種組織和器官。而泛素相關的 SUMO 蛋白（Small Ubiquitin-like Modifier protein）進行的翻譯后修飾，在這一過程中起著重要的調控作用，它如同一個 “分子開關”，影響著染色質功能和轉錄程序，對維持細胞內環境穩定和應對外界壓力至關重要。尤其在胚胎發育階段，SUMO 化與去 SUMO 化之間的平衡更是微妙而關鍵，一旦失衡，就可能引發各種問題。
此前的研究已經發現，SUMO 化不足與哺乳動物胚胎發育不相容，例如 UBA2（SUMO 化機制中的 E1 酶）單倍體不足會導致人類出現包括顱面畸形、先天性皮膚發育不全等多種表型特征 。然而，現有的大多數 SUMO 化相關酶的基因敲除模型，往往會導致胚胎死亡，難以模擬人類相關疾病的表型；而一些單倍體不足的模型，表型又過于輕微，無法真實反映人類的情況。因此，為了更深入地了解 SUMO 在胚胎發育中的作用，以及評估 SUMO 化抑制劑在醫學應用中的安全性，研究人員迫切需要新的研究思路和方法。
在這樣的背景下，來自法國巴斯德研究所（Pasteur Institute）的研究人員開展了一項極具意義的研究。他們以小鼠為研究對象，旨在探索 SUMO 在胚胎發育過程中的具體作用機制，以及 SUMO 化抑制劑 TAK981 對胚胎發育的影響。
研究人員運用了多種技術方法來開展這項研究。在動物實驗方面，他們選用 C57BL/6 小鼠，在其孕期的不同階段，通過腹腔注射不同劑量的 TAK981 或對照試劑進行干預。對于胚胎相關研究，他們在孕期特定時間提取胚胎，進行小鼠胚胎成纖維細胞（MEFs）的分離和培養。在分子檢測層面，運用 RNA 提取、實時定量逆轉錄聚合酶鏈反應（Real-Time RT-PCR）、RNA 測序（RNA-seq）等技術分析基因表達情況；采用蛋白質提取和蛋白質免疫印跡（western blot）技術檢測蛋白質表達水平；利用免疫熒光和顯微鏡技術觀察細胞內蛋白質的定位和細胞形態變化；還通過 Run-On 轉錄分析原位檢測轉錄活性，借助組織學分析觀察組織形態結構。
研究結果令人矚目。首先，SUMO 化抑制對胚胎發育和子代生存產生顯著影響。研究人員測試了不同劑量和注射頻率的 TAK981，發現早期發育階段（E2.5 或 E3.5）抑制 SUMO 化會導致完全沒有子代。而在后期（E6.5 - E8.5），15mg/kg 的 TAK981 連續注射 3 次，子代存活率為 41%；25mg/kg 的單劑量注射則導致子代 100% 死亡。這表明胚胎在受精后的最初幾天對 SUMO 化變化極為敏感，而且 SUMO 抑制劑能穿過胎盤屏障影響胚胎，導致胚胎和新生兒死亡率大幅上升。
其次，孕期短暫抑制 SUMO 化會在胚胎來源的成纖維細胞中引發持續的染色質改變。研究人員對 E12.5 胚胎來源的 MEFs 進行研究，發現 TAK981 處理后的 MEFs，其 DNA 甲基化模式異常，出現甲基化 DNA 條帶，且 H3K9me3 標記的異染色質點數量增加。盡管 SUMO 化水平在處理后能夠恢復正常，但 SUMO 的亞細胞定位發生改變，在異染色質焦點處積累，這說明胚胎在經歷 SUMO 化抑制后，染色質結構出現了持久的異常。
再者，這種抑制還會導致胚胎來源的成纖維細胞核出現長期改變。TAK981 處理后的 MEFs，核膜變形、核出泡現象增多，微核數量約為對照組的 4.4 倍，多核細胞數量也顯著增加，細胞核和細胞體積增大。同時，在轉錄活性方面，TAK981 處理后的 MEFs 缺乏正常的轉錄大焦點，出現偽彌漫染色，核仁結構異常，45S pre-rRNA 轉錄本減少 77%，這一系列變化表明核及亞核結構存在嚴重缺陷，可能是導致胚胎死亡的重要原因。
最后，孕期 SUMO 化的短暫抑制會致使子代小鼠出現顱面畸形。接受 3 次 15mg/kg TAK981 注射的孕鼠，其子代出現明顯的面部畸形，如扁平的鼻結構、圓頂狀頭骨，部分還伴有先天性腦積水、皮膚發育不全樣表型、眼渾濁、并指等癥狀。RNA-seq 分析顯示，子代胚胎中與神經嵴分化相關的基因表達下調，Notch 信號通路的多個組件也下調；而 Fgfr 基因家族在子代的大腦皮層和肝臟中表達上調，這表明神經嵴細胞功能異常以及 Fgfr 基因的過表達，可能是導致子代顱面畸形和相關疾病的重要因素。
綜合研究結果和討論部分，這項研究意義重大。它首次揭示了孕期短暫抑制 SUMO 化會引發子代小鼠多種發育畸形，尤其是顱面畸形，這與人類 UBA2 相關綜合征的表型相似，為研究人類相關疾病的發病機制提供了重要的動物模型。同時，研究還發現了 SUMO 化與神經嵴分化、Notch 信號通路以及 Fgfr 基因家族之間的關聯，為進一步探索胚胎發育過程中的分子調控機制奠定了基礎。此外，鑒于 TAK981 在癌癥治療臨床試驗中的應用，該研究也警示了其對胚胎發育的潛在危害，為臨床合理用藥提供了重要參考。
