SIRT1與衰老相關疾病的研究進展

李凌娟，李春鳳，胡慶亮

（內蒙古大學 生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010021）

1 引言

衰老是指生物體在其生命的后期所進行的包括整體水平、組織細胞水平及分子水平各個層次在內的全身性、多方面、循序漸進的退化過程[1，2]。近幾年，衰老機制研究進入分子時代，衰老的內在機制和外在環境對神經退行性疾病、心血管疾病、癌癥等多種衰老相關疾病的關系探索已經成為國際上的熱點方向并取得了科學性的進步。Sirtuin家族中的SIRT1是目前研究的最深入最徹底的。它是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰化酶，SIRT1除了直接作用于p53、FOXO、NF－κB、PPAR－γ等多種非組蛋白和組蛋白底物參與多種細胞生物學功能外，SIRT1表達水平高低及活性的調節，能量限制等均與衰老相關疾病的病發機理有著緊密聯系。本文從內在機制和外在因素等方面就近幾年SIRT1與衰老相關疾病的研究進展作一綜述。

2 SIRT1的生物學特性

SIRT1（沉默信息調節因子2相關酶1）是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙?；浮IRT1基因位于10號染色體，cDNA序列含2.4kb的可讀框（ORF），有9個外顯子，基因組序列約為33kb，編碼747個氨基酸，SIRT1蛋白質相對分子量約120kDa，主要分布在細胞核中。SIRT1的功能是催化在蛋白的賴氨酸ε位上去乙?；湟阴；钚悦傅幕钚钥梢员荒峥缩０?、sirtinol、cambinol等抑制[3]，也可以被白黎蘆醇、皮素等激活。SIRT1通過與不同的非組蛋白和組蛋白的乙?；c去乙?；饔脕硗瓿刹煌纳砉δ?，它還可以直接參與轉錄沉默、修飾染色質、調節減數分裂控制點、增加基因組穩定性、抑制rDNA重組，故SIRT1與細胞生長周期調節、能量代謝、血管生成、神經保護、病毒感染以及細胞衰老密切關聯。

3 SIRT1與衰老相關疾病研究

3.1 與神經退行性疾病

3.1.1 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病（Alzheimer＇s disease，AD）是一種與多基因有關的最常見最具毀滅性的中樞神經系統退行性疾病，其病癥包括認知障礙、進行性記憶力喪失、日常生活能力進行性減退，并伴有各種神經精神癥狀和行為障礙。最近研究顯示，SIRT1表達水平及活性的調節對AD有重要影響，淀粉樣斑塊是AD的一種典型病理學特征，SIRT1可通過抑制NF－κB途徑進而抑制小神經膠質細胞依賴β－淀粉樣蛋白（Aβ）毒素[4]，SIRT1過表達可以減少Aβ產物和Aβ斑塊的形成，而敲除SIRT1的區域 Aβ水平上升[5]。Kim等[7]將海馬體內的SIRT1慢病毒注射入毒性共激活劑P25轉基因小鼠，發現小鼠對神經退變具有明顯的抵抗作用。APPswe／PS1dE9模型小鼠體內SIRT1過表達使其學習和記憶缺失得到改善，而敲除SIRT1則會使上述行為更嚴重[6]。此外，能量限制也可減少該疾病的病理特征，其分子機制在于SIRT1基因的激活[7]。Qin 等[8]也證實CR能激活SIRT1去乙?；饔?，失活的FOXO3a轉錄因子作用于Rho相關激酶（ROCK1），ROCK1表達下調促進α－分泌酶活性，減少Aβ沉積。

3.1.2 帕金森氏癥

帕金森氏癥（Parkinson＇s disease PD）是繼AD后一種最常見的運動障礙型神經退行性疾病，主要由大腦黑質中的多巴胺能神經元損失導致機體運動障礙，具體病理可歸結為兩點：線粒體功能紊亂與氧化應激、蛋白質錯誤折疊和聚集[9，10]。早有研究結果顯示，能量限制（CR）或2－脫氧葡萄糖可以降低多巴胺能神經元損失，提高小鼠運動功能。目前，研究SIRT1與PD的相關性文章并不多見。錯誤折疊的α－突觸核蛋白（SNCA）所組成的路易氏小體的積累可導致PD疾病[11]。最近Donmez等[12]在PD動物和細胞模型研究中發現，SIRT1的過量表達可激活分子伴侶，進而抑制α－突觸核蛋白聚合體的產生。在A53TSNCA突變小鼠模型中，SIRT1可使熱休克因子1（HSF1）去乙?；?，并上調熱休克蛋白70（作為分子伴侶以防止蛋白聚集）RNA和蛋白質水平。另有結果顯示，SIRT1可通過激活PGC－1α抵抗α－突觸核蛋白神經毒性[13]。Park等[14]發現多巴胺能細胞中SIRT1缺陷減弱細胞凋亡是由神經毒素1－甲基－4－苯基吡啶（MPP＋）誘導的。另外，白藜蘆醇可以保護SK－N－BE細胞免受α－突觸核蛋白毒性損害[15]。食譜中的氧化白藜蘆醇可以降低帕金森樣6－羥多巴胺的神經毒性[16]。以上研表明SIRT1可能作為目標靶點參與PD形成過程，但尚需要更多的研究來揭開其保護功能分子機制。另一方面，現有的研究不能完善長壽蛋白的保護功能，Kakefuda等[17]用 MPTP誘導SIRT1轉基因小鼠，未發現保護功能。

3.1.3 亨廷頓氏病

亨廷頓氏病（Huntington＇s disease，HD）是一種由編碼HTT蛋白的IT－15基因中CAG－三核苷酸重復序列擴增，產生錯誤折疊和聚合的HTT蛋白導致的遺傳性神經退行性疾病[18]，主要表現為皮層和紋狀體中神經元缺失，從而導致肌肉失調、認知能力下降，甚至癡呆。早有報道稱，能量限制可延緩患病小鼠的病發進程，最近，Mali Jiang等[19]進一步研究表明，作為能量限制中有益代謝的介質分子，SIRT1過表達可以保護神經細胞抵抗HTT毒性。HTT與SIRT1過相互作用可抑制高度去乙?；腟IRT1去乙?；钚裕瑥亩种芐IRT1促存活功能。Parker等[20]也發現，上調SIRT1表達量或白藜蘆醇治療可恢復亨廷頓蛋白（HTT）誘導的神經元。敲除R6／2小鼠HD模型的腦特異性SIRT1過基因，可導致腦病理惡化。而SIRT1過過量表達來提高生存能力、神經功能和腦源性神經元營養因子（BDNF）的表達，需要與CREB調節性轉錄共激活劑1（TORC1）共同作用[21]。

3.2 與心血管疾病

3.2.1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種由脂質在動脈內膜上積聚而導致的以動脈管壁增厚變硬、失去彈性和管腔縮小為特點的最常見、最重要的血管病。SIRT1可通過抑制內皮細胞凋亡和改善血管內皮舒張功能以及抑制平滑肌肥大增生而影響動脈粥樣硬化的發生、發展。內皮SIRT1是體內一種真正的抗動脈粥樣硬化因子[22]。轉染腺病毒SIRT1的內皮細胞能抵抗ox－LDL誘導的細胞凋亡。內皮特異過表達SIRT1能夠促進高膽固醇狀況下的血管內皮依賴性血管舒張功能，而高脂飲食及動脈粥樣硬化危險因素卻能降低主動脈SIRT1表達水平。另有研究證實，SIRT1可顯著抑制血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）誘導的血管平滑肌肥大，通過抑制有絲分裂氧化酶1 mRNA表達來抵抗動脈粥樣硬化效應，無疑使SIRT1成為平滑肌肥大相關血管疾病治療的新靶點[23]。

3.2.2 先天性心臟病

在胚胎發育時期，由于心臟及大血管的形成障礙而引起的局部解剖結構異常，或出生后應自動關閉的通道未能閉合而導致的疾病稱為先天性心臟病。近期研究結果表明，SIRT1在早期胚胎形成和心臟發生中具有重要作用，且具有時期專一性。SIRT1基因缺失可導致子宮內小鼠心臟發育異常，甚至成為死胎，而小部分有幸出生的小鼠個體和器官則相對較小，并且存活率極低[24－27]。Sakamoto等[25]發現，SIRT1在小鼠胚胎的心臟、大腦、脊髓和神經節后根高表達。在小鼠胚胎發育至12.5～14.5d時，心臟SIRT1mRNA表達水平較之前下降60%，待胚胎生長到14.5d至出生27個月后，其表達量維持在較高水平，并且SIRT1表達水平變化和mRNA表達水平變化一致。Tanno[28]等對SIRT1亞細胞定位研究時發現，在胚胎12.5d時，SIRT1僅在心肌細胞核中表達，但在成年小鼠的心肌細胞中，SIRT1在胞漿和細胞核中均有表達。

3.3 與前列腺增生和多種癌癥

Cha等[29]研究發現SIRT1在胃癌中的陽性表達率為70%，且與腫瘤分期、淋巴結轉移、腫瘤擴散、組織學分型、p53表達及總體生存率、無復發生存率均有關。SIRT1能結合并去乙?；奂に兀ˋR），降低AR活性，抑制AR信號介導的前列腺癌細胞增殖[30]，一些研究表明SIRT1在肺癌、前列腺癌和淋巴瘤中高表達。在接受手術治療和未接受手術治療的乳腺癌患者中，SIRT1均存在過表達[31]。

SIRT1蛋白可通過促進腫瘤多藥耐藥基因MDR1的表達參與腫瘤的發生及耐藥。P－gp是多藥耐藥MDR1基因的產物，可作為藥泵功能使癌細胞產生耐藥性。研究表明，在人的293細胞中，SIRT1能直接誘導MDR1的表達，導致細胞對藥物的敏感性降低。SIRT1在活化的狀態下，引起MDR1基因表達，使用RNAi特異性降低SIRT1表達后，P－gp和MDR1的表達明顯降低。進一步證實[32]，SIRT1異位高度表達可誘導P－gp表達，使細胞對多柔比星抗生素產生耐藥性，下調SIRT1能逆轉抗藥顯性并且可以降低P－gp表達。

腫瘤的發生與癌基因激活及腫瘤抑制基因（TSG）的失活直接相關。近年研究發現，SIRT1通過去乙?；饔脜⑴c了TSG的表觀沉默。染料黃木酮（genistein）是一類有抗癌作用的Akt信號抑制功能的植物雌激素。在LNCaP和PC23前列腺癌細胞經染料黃木酮處理，檢測受Akt信號通路調控的TSG類基因啟動子的DNA甲基化水平和組蛋白乙?；綍r發現，一些TSG（p53，FOXO3a）啟動子中H32K9乙?；皆龈撸瑫r伴有SIRT1蛋白定位由細胞核轉移向細胞質，SIRT1去乙酰化酶活性下降[33]。在乳腺癌和結腸癌細胞中，一些表觀沉默的TSG高度甲基化的啟動子上有SIRT1定位。用藥物抑制SIRT1活性或RNA干擾法下調SIRT1表達，能使一些原來沉默的TSG重新表達，并且，即使此時啟動子DNA保持高甲基化狀態，仍可見這些TSG內源性啟動子中組蛋白H42K16和H32K9乙酰化水平增高[34]。該結果表明，SIRT1的組蛋白乙酰化／去乙?；^程可能參與了一些TSG的表觀沉默，并且可能是決定因素。

4 展望

SIRT1已經成為衰老、代謝領域分子學研究新熱點，最近幾年關于SIRT1與衰老的相關機制研究已初見成果，但尚未完善，尤其是在神經退行性疾病方面，現有的研究不能完善長壽蛋白的保護功能，尚需要更多的研究與臨床實踐結合來揭開其保護功能分子機制。目前表觀遺傳學的發展已經不能讓“基因決定論”站穩腳跟，使用適當的手段就能對基因的表達進行干預，相信未來的發展方向可能將重點集中在有效調控衰老基因SIRT1的表達上，我們有理由相信隨著SIRT1的深入研究以及與臨床實踐的緊密結合，以SIRT1的靶位治療也必將是未來衰老相關疾病治療的新熱點。

[1]Frisard M，Ravussin E.Energy metabolism and oxidative stress：impact on the metabolic syndrome and the aging process[J].Endocrine，2006；29（1）：27－32.

[2]Martin GM，The biology of aging：1985－2010and beyond[J].FASEB J，2011，25（11）：3756～62.

[3]Heltweg B，Gatbonton T，Schuler AD，et al.Antitumor activity of a small－molecule inhibitor of human silent information regulator 2enzymes[J].Cancer Res，2006，66（8）：4368～4377.

[4]Chen J，Zhou Y，Mueller－Steiner S，Chen LF，et al.SIRT1protects against microglia－dependent amyloid－beta toxicity through inhibiting NF－kappaB signaling.[J].Biol Chem，2005，280（40）：364～374.

[5]Donmez G，Guarente L.Aging and disease：connections to sirtuins[J].Aging Cell，2010（9）：285～290.

[6]Kim D，Nguyen MD，Dobbin MM，Fischer A，et al.SIRT1 deacetylase protects against neurodegeneration in models for Alzheimer＇s disease and amyotrophic lateral sclerosis[J].EMBO，2007（26）：3169～3179.

[7]Donmez G，Wang D，Cohen DE，Guarente L.SIRT1suppresses beta－amyloid production by activating the alpha－secretase gene ADAM10[J].Cell，2010（142）：320～332.

[8]Qin W，Chachich M，Lane M，et al.Calorie restriction attenuates Alzheimer＇s disease type brain amyloidosis in Squirrel monkeys（Saimiri sciureus）[J].Alzheimers Dis，2006（10）：417～422.

[9]Qin W，Yang T.Neuronal SIRT1activation as a novel mechanism underlying the prevention of Alzheimer disease amyloid neuropathology by calorie restriction[J].Bio Chem，2006，281（31）：21745～21754.

[10]Gizem Donmez，Tiago F.Outeiro.SIRT1and SIRT2：emerging targets in neurodegeneration[J].EMBO Mol Med，2013（5）：344～352.

[11]Donmez G.The neurobiology of sirtuins and their role in neurodegeneration[J].Trends Pharmacol Sci，2012（33）：494～501.

[12]Spillantini MG，Schmidt ML，Lee VM，et al.Alpha－synuclein in Lewy bodies[J].Nature，1997（388）：839～840.

[13]Donmez G，Arun A，Chung CY，et al.SIRT1protects against alpha－synuclein aggregation by activating molecular chaperones[J].Neurosci，2012（32）：124～132.

[14]Wareski P.PGC－1｛alpha｝and PGC－1｛beta｝regulate mitochondrial density in neurons[J].Biol.Chem，2009（284）：21379～21385.

[15]Park G.SIRT1deficiency attenuates MPP＋－induced apoptosis in dopaminergic cells[J].FEBS Lett，2011（585）：219～224.

[16]Albani D，Polito L，Batelli S，et al.The SIRT1activator resveratrol protects SK－N－BE cells from oxidative stress and against toxicity caused by a－synuclein or amyloid－b（1－42）peptide[J].Neurochem，2009（110）：1445～1456.

[17]Chen D，Steele AD，Hutter G，et al.The role of calorie restriction and SIRT1in prion－mediated neurodegeneration[J].Exp Gerontol，2008（43）：1086～1093.

[18]Kakefuda K，Fujita Y，Oyagi A，et al.Sirtuin 1overexpression mice show a reference memory deficit，but not neuroprotection[J].Biochem Biophys Res Commun，2009（387）：784～788.

[19]Bates G.Huntingtin aggregation and toxicity in Huntington＇s disease[J].Lancet，2003（361）：1642～1644.

[20]Jiang M，Wang J，Fu J，et al.Neuroprotective role of Sirt1in mammalian models of Huntington＇s disease through activation of multiple Sirt1targets[J].Nat Med，2012（18）：153～158.

[21]Parker JA，Arango M，Abderrahmane S，et al.Resveratrol rescues mutant polyglutamine cytotoxicity in nematode and mammalian neurons[J].Med Sci（Paris），2005（37）：349～350.

[22]Jeong H，Cohen DE，Cui L，et al.Sirt1mediates neuroprotection from mutant huntingtin by activation of the TORC1and CREB transcriptional pathway[J].Nat Med，2012（18）：159～165.

[23]Zhang QJ，Wang Z，Chen HZ，et al.Endothelium－specific overexpression of classⅢdeacetylase Sirt1decreases atherosclerosis in apolipoprotein E－deficient mice[J].Cardiovascular Res，2008；80（2）：191～199.

[24]Li L，Gao P，Zhang H，et al.SIRT1inhibits angiotensin II－induced vascular smooth muscle cell hypertrophy[J].Acta BiochimBiophys Sin，2011（43）：103～109.

[25]Alcendor R R，Kirshenbaum L A，Imai S，et al.Silent information regulator 2alpha，a longevity factor and class III histone deacetylase，is an essential endogenous apoptosis inhibitor in cardiacmyocytes[J].Circ Res，2004，95（10）：971～980.

[26]Sakamoto J，Miura T，Shimamoto K，et al.Predominant expression of Sir2alpha，an NAD－dependent histone deacetylase，in the embryonic mouse heart and brain[J].FEBS Lett，2004，556（3）：281～286.

[27]Crow M T.Sir－viving cardiac stress：cardioprotection mediated by longevity gene[J].Circ Res，2004，95（10）：953～956.

[28]Cheng H L，Mostoslavsky R，Saito S，et al.Developmental defects and p53hyperacetylation in Sir2homolog（SIRT1）－deficient mice[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（19）：10794～10799.

[29]Cha EJ，Noh SJ，Kwon KS，et al.Expression of DBCI and SIRT1 is associated with poor prognosis of gastric carcinoma[J].Clin Cancer Res，2009，15（13）：4453～4459.

[30]Fu MF et al.Hormonal control of androgen receptor function through SIRT1[J].Mol Cell Biol，2006（26）：8122～8135.

[31]Wu M，Wei W，Xiao X，et al.Expression of SIRT1is associated with lymph node metastasis and poor prognosis in both operable triple－negative and non－triple－negative breast cancer[J].Med Oncol，2012，29（5）：3240～3249.

[32]Olmos Y，Brosens JJ，Lam EW.Interplay between SIRT1proteins and tumor suppressor transcription factors in chemotherapeutic resisitance of cancer[J].Drug Resist Updat，2011，14（1）：35～44.

[33]Kikuno N，Shiina H，Urakami S，et al.Genistein mediated histone acetylation and demethylation activates tumour suppressor genes in prostate cancer cells.Int[J].Cancer，2008，123（3）：552～560.

[34]Pruitt K，Zinn RL，Ohm JE，et al.Inhibition of SIRT1reactivates silenced cancer genes without loss of promoter DNA hepermethylation[J].PLoS Genet，2006，2（30）：32～40.