SIRT1 在炎癥反應和細胞衰老的研究進展

周正頤

(瀘州醫學院附屬醫院新生兒科 四川瀘州 646000)

1.SIRT1 與早衰

SIRT1 目前被認為是一種新型蛋白參與細胞衰老過程。賀志飚博士［2］研究發現在高氧暴露后的衰老小鼠胚胎、肺泡上皮細胞、內皮細胞及巨噬細胞SIRT1 水平降低。當小鼠中的SIRT1 基因被敲除后，其體積較野生型小鼠小，且衰老的更快。SIRT1 通過阻止應激誘導早衰從而能夠通過調節內皮細胞防治心血管疾病。SIRT1 基因過表達能夠保護細胞應激誘導早衰，其在COPD 研究中起到了重要作用。SIRT1 介導的細胞衰老保護機制主要是由FOXO3 調節，由于其被激動劑SRT1720 激活后對敲除FOXO3 基因的小鼠細胞衰老和肺氣腫都沒有影響。值得注意的是，SIRT1 通過抑制FOXO 的轉錄，使其在調節細胞衰老、血管生成及細胞周期中起到重要作用［3］。

2.SIRT1 在端粒消減的作用

SIRT1 可以阻止端粒消減從而減輕肺氣腫的發生。研究發現在COPD 患者的血液細胞、肺泡上皮細胞、肺泡巨噬細胞、肺泡血管內皮細胞中端粒長度均有縮短。此外在心血管疾病中，例如動脈粥樣硬化、高血壓中端粒消減導致血管平滑肌細胞和內皮細胞衰老。對于端粒消減的保護機制主要是通過端粒逆轉錄酶對于基因轉錄的調控從而減少衰老。端粒長度也可以通過其他機制來調節端粒酶的活性。另外，SIRT1 乙酰化和去乙酰化作用在端粒染色質上的改變從而維持端粒的完整性，這些將通過暴露在吸煙環境中導致肺泡炎癥改變后SIRT1 能否減少端粒消減。

3.SIRT1 和DDR

吸煙會導致DNA 損傷并破壞其修復功能從而加重COPD 病人的肺氣腫。最近研究顯示持續的DNA 損傷將引起SIPS 和SASP。SIRT1 通過去乙酰化促進DNA 修復和DNA 修復蛋白產，從而減輕DNA 損傷［4］。因此暴露在吸煙環境下的DNA 損傷的重要機制之一可能是啟動了SASP。SIRT1 通過去乙酰化促進DNA 修復和DNA 修復蛋白產，從而減輕DNA損傷。事實上，氧化應激和基因毒應性減低DNA 結合親和力從而使Ku70 乙酰化增加。目前需要通過進一步的研究來確定Ku70 是否和其他DNA 修復蛋白參與乙酰化/脫乙酰化作用下的氧化應激。SIRT1 與PARP-1 相互作用其乙酰化減少主要是通過NF -κB 的轉錄活動。PARP -1是激活DNA 修復的重要信號，PARP-1/NF-κB 信號通路級聯激活細胞衰老過程。因此它可能是通過SIRT1 調節SIPS 和SASP 中PARP-1 機制調節DDR 和端粒活性最終改變氧化應激反應。這一論點需進一步研究SIRT1 翻譯后水平的肺部炎癥引起的COPD 發病機制。

4.SIRT1 和組蛋白修飾在炎癥中的應用

組蛋白修飾在DNA 損傷、炎癥反應、基因轉錄和早衰中發揮重要作用。組蛋白的甲基化在H3K79 和H4K20 中DNA 損傷發揮作用。此外H3K36 二甲基化已被證實增加Ku70 和NBS1 的表達，而修復受損的DNA主要的通過開放、修復、關閉的染色質發生變化。因此，組蛋白乙酰化和甲基化后的DNA 會改變常染色質和異染色質之間的狀態，以及DNA 修復因子和輔助因子。SIRT1 通過去乙酰化H3K56 從而調節DNA 損傷和基因組不穩定因素。這可能是由于SIRT1 的轉錄抑制作用防止轉錄干擾的修復過程。目前研究重點主要是確實哪些組蛋白參與了修復過程，其如何改變基因組的穩定性、DNA 損傷修復及細胞衰老過程。SIRT1 是由許多miRNAs 組成的，比如miR-34、miR-22，這些都通過組蛋白參與細胞衰老過程。還需進一步觀察暴露在吸煙環境下，SIRT1 減少組蛋白乙酰化和甲基化，以及他們DNA 與組蛋白修飾從而減少DDR 和細胞衰老。此外，SIRT1 的藥理活性能夠改善組蛋白修飾和干預衰老與染色質的形成。

5.在炎癥反應中的SIRT1 和氧化應激

除了因轉錄后修飾的氧化應激反應，SIRT1 的FOXO3 抗氧化基因能夠在氧化應激中起到自我保護的作用。最近一項研究表明，SIRT1 可以脫去調節細胞氧化還原狀態的乙酰基Nrf2，從而減少Nrf2 的轉錄活動和核漿穿梭運動。然而目前尚不能確定SIRT1(直接通過NAD +或者激活AMPK)調節Nrf2 乙酰化和脫乙酰化作用在氧化應激的細胞衰老中發揮作用。氧化應激和炎癥反應的關鍵都是防止細胞早衰，尤其是在慢性阻塞性肺部疾病發展至肺氣腫中。因此推測可能通過激活SIRT1 改善肺部炎癥，減輕氧化應激所造成的細胞衰老。

6.SIRT1 與肺干細胞

SIRT1 在胚胎干細胞比其他組織的表達要增高一些。SIRT1 需要在人類間充質干細胞中長期生長，從而導致內皮細胞應激誘導衰老。SIRT1在胚胎細胞中的缺陷導致胚胎發育異常，包括原始血管網缺陷的形成，這可能是發育基因的調控。SIRT1 目前已知主要是通過乙酰化和去乙酰化調節內皮細胞功能，增加內皮細胞的損傷導致慢性阻塞性肺部疾病發展成肺氣腫。目前已證實，內皮組細胞(EPC)能夠促進血管再生而，在糖尿病患者中SIRT1 減少導致細胞衰老。需進一步實驗研究血管生成增加SIRT1 調節肺組織的再生功能，內皮細胞或誘導多能干細胞等。慢性阻塞性肺部疾病主要是發生在氣道和肺泡上的肺泡上皮細胞。部分學者研究發現，敲除SIRT1 后，實驗小鼠容易發生肺氣腫，增加肺泡上皮細胞的衰老。最近研究顯示人類肺部含有干細胞［5］，因此SIRT1 在肺部干細胞上關于慢性阻塞性肺部疾病及其伴發的心血管疾病研究將會成為有治療前景的臨床方法。

7.白藜蘆醇

從2003 以來，白藜蘆醇被認為是SIRT1 的激動劑，在酵母、蠕蟲、蒼蠅、老鼠中通過調節熱量限制壽命。然而在高等哺乳動物中也缺乏激活SIRT1 的激動劑，在肥胖人群中給予白藜蘆醇能夠引起代謝變化，主要是通過SIRT1 激活白藜蘆醇在衰老及炎癥中的影響。最近研究表明，SIRT1不會增加果蠅的壽命，這對白藜蘆醇是否能夠增加SIRT1 活性提出了質疑。事實上，白藜蘆醇只有當脫去乙酰化酶后才能增加SIRT1 的活性。這些研究均發現白藜蘆醇不是SIRT1 的直接激動劑。對于白藜蘆醇的研究簡介通過調節SIRT1 激活NAMPT 和AMPK 途徑，導致細胞被NAD+水平增高，由于增加細胞內AMPK 水平和隨后SIRT1 的激活導致抑制磷酸二酯酶(PDE)的代謝。在乳腺癌中AMPK 活化誘導的內源性SIRT1 分裂，從而激活SIRT1。此外，白藜蘆醇在氧化應激通路中能否使SIRT1 水平降低，在炎癥反應中起到作用存在爭議。目前還需進一步研究白藜蘆醇抑制炎癥和細胞衰老是通過SIRT1 的參與。

8.結論與未來研究方向

SIRT1 調節細胞衰老、炎癥等主要是通過去乙酰化酶轉錄因子、信號分子和組蛋白。但最近研究表明，SIRT1 不會增加果蠅的壽命，這對白藜蘆醇是否能夠增加SIRT1 活性提出了質疑。也有實驗表明［6］SIRT6 可以調節細胞衰老、炎癥反應和DDR。然后在SIRT1 和SIRT6 之間能否相互作用調節肺部炎癥反應尚無確切證據，這也將決定SIRT1 和其他組蛋白去乙酰化酶抑制劑在調節衰老在慢性阻塞性肺部疾病的進展。參與細胞衰老和SIRT1 監管的細胞也是未知的。研究SIRT1 的激動劑對抗衰老等疾病的治療策略都將成為未來研究的方向。

［1］ Finkel T，Deng CX，Mostoslavsky R.Recent progress in the biology and physiology of sirtuins［J］.Nature，2009，460(7225):587 -591.

［2］ 賀志飚.Sirt1 通過血紅素氧化酶-1 調控膿毒癥內皮細胞自噬對凋亡的影響［D］.中南大學，2014.

［3］ Potente M，Ghaeni L，Baldessari D，et al.SIRT1 controls endothelial angiogenic functions during vascular growth［J］.Genes Dev，2007，21(20):2644 -2658.

［4］ Yuan Z，Seto E.A functional link between SIRT1 deacetylase and NBS1 in DNA damage response［J］.Cell Cycle，2007，6(23):2869 -2871.

［5］ Kajstura J，Rota M，Hall SR，et al.Evidence for human lung stem cells［J］.N Engl J Med，2011，(364):1795 -1806.

［6］ 高蓉.Sirt1 在膿毒血癥繼發的急性肺和腎損傷中的保護作用［D］.吉林大學，2014.