沉默信息調節因子2同源蛋白1(SIRT1)與阿爾茨海默病研究進展

董世芬，張勝威,2，孫建寧

(1.北京中醫藥大學中藥學院中藥藥理系，北京　100102；2. 河南中醫藥大學第一附屬醫院消化科，河南 鄭州　450004)

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沉默信息調節因子2同源蛋白1(SIRT1)與阿爾茨海默病研究進展

董世芬1，張勝威1,2，孫建寧1

(1.北京中醫藥大學中藥學院中藥藥理系，北京100102；2. 河南中醫藥大學第一附屬醫院消化科，河南 鄭州450004)

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.08.002

沉默信息調節因子2同源蛋白1(SIRT1)激動可通過抑制β淀粉樣蛋白沉積、tau蛋白磷酸化、炎癥反應，調節突觸可塑性，以及與Akt/蛋白激酶B通路共同作用，改善阿爾茨海默病(AD)的認知功能障礙。該文就SIRT1與AD研究進展進行綜述。

阿爾茨海默病；沉默信息調節因子2同源蛋白1；Akt/蛋白激酶B；β淀粉樣蛋白沉積；tau蛋白磷酸化；突觸可塑性阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)，也稱老年癡呆，是一種與年齡高度相關的神經退行性疾病，臨床主要表現為進行性認知功能障礙、記憶力下降、語言和視覺空間技能障礙、行為和人格改變，最終可能導致死亡[1]。其主要病理特征包括細胞外β淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)聚集形成的老年斑(senile plaque，SP)、細胞內以過度磷酸化的tau蛋白為主形成的神經纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFT)和神經元丟失等[2]。

近年來，研究者發現沉默信息調節因子2同源蛋白1(silent mating-type information regulation 2 homolog 1，SIRT1)的激活與AD的保護作用密切相關[3]。臨床觀察，健康老人的血清SIRT1水平比青年人明顯降低，AD患者和輕度認知功能損傷患者的SIRT1水平又較健康老人明顯降低，提示血清SIRT1水平可能是早期診斷AD的潛在生物標志物。AD模型動物(如APP/PS1和Tg19959小鼠等)也顯示β淀粉樣斑塊沉積與SIRT1水平呈反比[4]。

SIRT1激活劑，如白藜蘆醇、20(S)人參皂苷Rg3、人參皂苷Rb3、人參皂苷F1、人參皂苷F2、三七皂苷Ft1、重樓皂苷Ⅰ和五味子乙素等，具有抗氧化應激、抗炎、能量穩態調節、神經保護等活性，在AD的治療過程中顯示重要價值[5]。本文就SIRT1與AD研究進展進行綜述。

1　SIRT1抑制β淀粉樣蛋白生成和沉積

沉默信息調節因子2(silent information regulator 2，Sir 2)蛋白家族是普遍存在于人類和其他哺乳動物體內的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴的組蛋白去乙酰化酶類。哺乳動物中發現有7個Sir 2樣蛋白(sirtuins)，即SIRT1～SIRT7，在調控細胞應激、代謝、生長、衰老和凋亡等方面發揮著重要作用[6]。SIRT1是哺乳動物中與Sir 2最為相似的同系物，其激活與多種神經退行性疾病，如AD、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)、神經運動障礙和多發性硬化等改善有關[7]。

β淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein，APP)經過β-分泌酶(β-site APP cleaving enzyme 1，BACE1)酶切形成膜結合片段C99，APP C99通過膜整合蛋白酶復合物γ-分泌酶(γ-secretase)連續分裂后，可形成一系列β-淀粉樣肽(Aβ)，如Aβ42和Aβ40，其中Aβ42易在細胞外聚集產生老年斑，在胞內也可形成聚集，且所形成的低聚體或寡聚體在AD形成過程中亦有重要作用。γ-分泌酶由4個膜整合蛋白組成，包含19次跨膜螺旋的復合體，包括早老素Presenilin(PS1)、Aph-1、Pen-2和Nicastrin 4個亞基，其中PS1是執行酶活功能的膜整合蛋白酶(intramembrane protease)活性亞基[8]。

21世紀初，研究者發現多酚化合物白藜蘆醇是SIRT1激動劑，具有保護AD的作用[9]。在研究SIRT1激動與減少β淀粉樣斑塊形成機制時發現，AD模型動物(如APP/PS1小鼠、Tg19959小鼠)腦內β淀粉樣斑塊的沉積與SIRT1水平呈反比，動物給予白藜蘆醇后可明顯減輕大腦斑塊沉積。SIRT1通過活化具有α分泌酶家族成員的ADAM10轉錄，增加APP的α-分泌酶切比例，進而減少AD小鼠腦組織中Aβ含量[10]。SIRT1還可通過降低BACE1和Rho相關蛋白激酶1(Rho-associated，coiled-coil-containing protein kinase，ROCK1)的活性，減少Aβ的含量[11]。有趣的是，短期的熱量限制也可增加SIRT1表達，并顯示對腦部Aβ的清除作用[12]。

2　SIRT1可抑制tau蛋白過度磷酸化

細胞骨架由胞質內蛋白質絲組成的纖維狀網架系統，可維持細胞基本形態，并參與細胞分裂、運動和物質運輸等基本生命活動，在神經元變性過程中起重要作用。微管系統是蛋白質絲主要成分，由α、β微管蛋白和微管相關蛋白組成。tau蛋白是一種微管相關蛋白(microtubule-associated proteins，MAP)，可與微管相結合并保持微管的穩定性。微管蛋白與tau蛋白結合是早期微管組成的核心，促進其他微管蛋白在此核心上延伸聚集形成微管。tau蛋白通過異構和磷酸化控制微管的穩定性。AD患者腦組織神經纖維纏結的主要成分是異常修飾(如磷酸化)的tau蛋白所形成的雙螺旋纖絲，通過神經元變性、誘導線粒體和p53等凋亡途徑，導致神經元軸突轉運障礙、乙酰膽堿釋放減少、蛋白酶體活性抑制等，促進神經退行性病變[13-14]。

臨床研究顯示，AD患者、高齡人群大腦皮層中SIRT1水平明顯降低，AD患者大腦皮層中SIRT1的基因和蛋白水平與認知損傷、tau蛋白磷酸化累積程度呈負相關[15]。整體動物研究，敲除tau過表達轉基因小鼠的SIRT1基因，動物腦組織中tau的乙酰化和磷酸化水平升高，認知功能障礙加劇，動物死亡率增加[16]。SIRT1激動劑白藜蘆醇可通過抑制過氧化物酶增殖體激活受體γ輔助活化因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1-alpha，PGC-1α)和p53的乙酰化過程，減輕tau蛋白高度磷酸化小鼠的神經元損傷，并改善其學習記憶能力。體外培養神經元，SIRT1可直接在多個位點使tau蛋白去乙酰化[17]，在一種高表達tau的神經細胞中，tau蛋白乙酰轉移酶p300表達水平升高，tau的乙酰化和磷酸化增加，SIRT1水平明顯降低，并伴隨著Aβ積累[15]。

3　SIRT1可調節神經元突觸可塑性

正常成年人腦中，突觸可塑性是學習記憶形成的基礎，長時程增強(long-term potentiation，LTP)是神經元突觸可塑性的類型之一，是一種長時間的突觸前和突觸后神經元同時激動出現的突觸傳遞的增強，在學習記憶形成過程中起到重要作用。AD發病過程中，海馬和皮層的突觸可塑性發生紊亂，突觸功能喪失、坍塌，學習記憶能力下降，LTP的突觸后效應出現較多異常[18]。

整體動物研究，特異性敲除小鼠大腦SIRT1基因，與野生型小鼠比較，腦部形態、基礎神經遞質合成未見明顯差異，但是動物出現明顯的短期、長期記憶能力缺陷以及空間學習記憶能力的降低，神經突觸可塑性明顯損傷，突觸前膜和CA1區神經元的突觸標記蛋白降低，突觸素水平明顯降低[18]。腦源性神經生長因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)表達與神經可塑性密切相關，SIRT1可增加腦中BDNF水平，從而增加樹突棘數目、神經連接性以及記憶功能，SIRT1增加BDNF水平與甲基-CpG結合蛋白2(MeCP2)的乙酰化有關[19]。cAMP反應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)在哺乳動物學習記憶調節過程起重要作用，SIRT1可通過miR-134途徑增加CREB表達，從而提高CREB依賴性神經元代謝、存活以及可塑性相關基因的表達[20]。

4　SIRT1可抑制神經過度免疫炎癥反應

神經過度免疫炎性反應可促進AD的發生和發展，AD患者腦部的Aβ是導致炎癥反應的重要介質。AD患者大腦中存在明顯的非特異性免疫炎性反應，且在斑塊形成早期即可起作用。Aβ誘導炎癥機制主要包括：① 小膠質細胞的激活：小膠質細胞過度激活是AD情況下神經免疫炎癥產生的主要誘因，在AD早期，小膠質細胞激活可通過吞噬和降解Aβ、清除損傷細胞、調節神經免疫炎癥反應、清除谷氨酸和分泌神經營養因子等發揮神經保護作用。隨著疾病發展，神經炎性斑周圍可出現大量激活的小膠質細胞和大量神經免疫炎性因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、γ-干擾素、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、自由基等，通過神經免疫炎癥級聯反應、Aβ清除障礙、興奮性毒性物質產生以及氧化應激損傷等途徑導致膽堿能神經元變性、死亡，也可進一步促進APP的表達、刺激β-分泌酶，導致Aβ沉積以及細胞凋亡;② 血管內皮β細胞通過多種途徑參與Aβ介導的炎癥反應，如血管內皮細胞上的晚期糖基化終產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和低密度脂蛋白受體相關蛋白-1(low-density lipoprotein receptor-1，LRP-1)參與腦內外Aβ轉運，使Aβ穿過血腦屏障在腦中大量積聚，進而激活小膠質細胞、激活炎癥信號通路。

中樞神經系統中，SIRT1激動劑可以抑制Aβ引起的小膠質細胞激活，通過降低Aβ誘導的核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信號通路，減輕炎癥損傷[21]。此外，SIRT1還可以抑制小膠質細胞活化后促炎因子白細胞介素-6(IL-6)、TNF-α的生成[22]，并可直接抑制小膠質細胞分化，促進其凋亡[23]。白藜蘆醇也可抑制Aβ1-42誘導的星形膠質細胞活化以及促炎因子的生成[24]。SIRT1抑制炎癥的機制可能是SIRT1使p65去乙酰化，同時阻斷NF-κB依賴性基因表達的反式激活。聚腺苷酸二磷酸核糖轉移酶-1[poly(ADP-ribose)polymerase-1，PARP-1]是NF-κB依賴性轉錄共活化劑，其激活可大量消耗NAD+，導致SIRT1抑制以及NF-κB信號通路的活化，SIRT1可通過去乙酰化以抑制PARP-1表達。在表觀遺傳學水平，SIRT1通過H4K14去乙酰化，并募集更多阻抑復合物，進而抑制NF-κB依賴性的炎癥基因表達。SIRT1去乙酰化，并激活組蛋白甲基SUV39H1，從而抑制誘生型炎癥基因的表達[25]。

5　SIRT1可通過Akt通路介導AD的保護作用

Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，分子質量約為60 ku，因其與已經發現的PKA和PKC高度同源，故又被稱為蛋白激酶B(PKB)。Akt可激活一系列底物磷酸化級聯反應，激活或抑制下游靶分子介導蛋白合成、細胞生長、糖原代謝等生物活動，促進細胞存活。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信號通路獨立于絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、PKC信號通路促進細胞存活，對抗損傷因子發揮神經元的保護作用，激活Akt可保護細胞膜的完整性，防止凋亡因子誘導的神經元細胞膜上的磷脂酰絲氨酸外翻，阻斷細胞凋亡，參與學習、記憶的調節。AD發生時，PI3K/Akt信號通路抑制，可促進tau蛋白磷酸化[26]。

糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、叉頭蛋白轉錄因子O(forkhead transcription factors of the o class，FoxO)3a等作為PI3K/Akt的下游蛋白，可參與到Akt對AD的保護過程。Akt可通過促進GSK-3β的磷酸化，降低tau蛋白磷酸化，減輕細胞死亡；PI3K/Akt/mTOR信號通路活化可控制神經元自噬，對抗AD進程；Akt活化，可促進FoxO3a磷酸化，抑制神經元凋亡[27]。

Akt可逆性的乙酰化和去乙酰化過程調節具有生物活性。在Akt的PH區域，氨基酸的乙酰化位點是在K14和K20。一般認為，SIRT1可使這些乙酰化的賴氨酸位點去乙酰化，該過程可促使Akt和PIP3結合，繼而促進Akt膜移位，激活Akt活性[28]。

SIRT1和Akt可以共同調控細胞凋亡。SIRT1能夠使具有促凋亡活性的蛋白如Bax和p53等去乙酰化，發揮抗凋亡作用；SIRT1還可以使Ku70去乙酰化，減少嵌插在線粒體膜上的Bax水平，抑制凋亡過程[29]。在SIRT1抑制凋亡的這個過程中，Akt主要是通過抑制Hdm2介導的Ku70降解，來維持Ku70的水平，從而輔助SIRT1使Ku70去乙酰化，持續發揮抗凋亡作用[30]。

6　小結

自AD發現一百多年來，發病率伴隨老齡化社會的日益加劇，關于其致病機制、藥物治療關注度越來越高。目前的研究重點還主要集中于Aβ沉積和tau蛋白過度磷酸化。而近來越來越多證據證實SIRT1激動劑可抑制β淀粉樣蛋白沉積、tau蛋白磷酸化、炎癥反應以及調節神經突觸可塑性，在改善AD認知障礙方面具有確切作用，這些發現為研究AD以及治療AD的藥物開發提供了新的思路。

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Silent mating-type information regulator 2 homolog 1 (SIRT1) in Alzheimer’s disease:an update on potential mechanisms

DONG Shi-fen1, ZHANG Sheng-wei1,2, SUN Jian-ning1

(1.DeptofPharmacology,SchoolofChineseMateriaMedica,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100102;2.DeptofGastroenterology,theFirstAffiliatedHospitalofHenanUniversityofTCM,Zhengzhou450004,China)

Alzheimer’s disease(AD) is characterized by progressive loss of memory and other cognitive functions. With recent discoveries, activation of silent mating-type information regulator 2 homolog 1(SIRT1) could attenuate the cognitive dysfunction of AD via reducing amyloid-β aggregation and tau protein phosphorylation, inhibiting inflammatory reaction, and regulating synaptic plasticity. This review aims to highlight the involvement of these new discoveries of SIRT1, and Akt/protein kinase B(PKB) signaling pathways, for their potential therapeutic effect against AD.

Alzheimer’s disease; silent mating-type information regulator 2 homolog 1; Akt/ protein kinase B;amyloid-β aggregation; tau protein phosphorylation; synaptic plasticity

2016-04-11，

2016-05-04

國家自然科學基金資助項目(No 81503287)；教育部博士點基金資助項目(No 20130013120002)；北京優博項目(No YB20101002601)

董世芬(1983-)，女，博士，講師，研究方向：中藥防治心腦血管疾病，Tel:010-84738627,E-mail：tedong4444@gmail.com；

孫建寧(1952-)，女，教授，博士生導師，研究方向：中藥防治心腦血管疾病，通訊作者，E-mail：jn_sun@sina.com

A

1001-1978(2016)08-1041-04

R-05；R341；R345.57；R394；R745.7；R977.6

網絡出版時間：2016-7-19 10:43網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160719.1043.004.html