沉默信息調節因子T1及其在心血管疾病中保護作用的研究進展

任昌振，劉科衛

心血管疾病是一組心臟和血管功能障礙引起的疾病，包括高血壓、冠心病、心力衰竭、腦血管疾病等，嚴重威脅人類健康，并已成為導致人類死亡的頭號殺手［1］。心血管疾病涉及膽固醇生物合成，免疫系統以及血管內皮細胞功能等多方面相互作用的心血管漸進性功能紊亂的過程。SIRT1是一種高度保守且依賴煙堿胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶，與酵母菌中發現的沉默信息調節因子 2 （silent information regulator－2，Sir2）高度同源［2］。SIRT1通過對組蛋白以及多種非組蛋白底物的去乙酰化作用，調控細胞代謝、衰老、凋亡及氧化應激等眾多生理過程［3］。最近研究發現，SIRT1及其下游的調節通路參與心血管疾病的發生發展過程，并起到保護作用［4］。SIRT1在基礎醫學研究和臨床醫學應用中具有重要意義，可能成為心血管疾病防治的新策略和潛在靶點。

1 SIRT1的基本生物學特性

沉默信息調節因子復合體是在酵母菌屬中發現的一類在進化中高度保有NAD+依賴的去乙酰化酶和腺苷二磷酸核糖基轉移酶作用的蛋白復合體，其在調控基因沉默、轉錄抑制和DNA重組等過程中具有重要作用，并與延長酵母菌的壽命密切相關［5］。在酵母菌中共有四種Sir蛋白復合體 （Sir1－Sir4），其中Sir2從細菌到真核細胞中廣泛存在。

在哺乳動物中，目前發現存在7個Sir2的同源基因，分別命名為SIRT1－SIRT7，統稱為Sirtuins家族。哺乳動物Sirtuins家族位于不同的細胞亞區域內，其中SIRT1、SIRT6和SIRT7主要位于細胞核內并分別與常染色質、異染色質和核仁結合［6］。

SIRT1與酵母菌中的Sir2同源性最高，因在哺乳動物Sirtuins家族中發現最早，對其研究也最為深入。研究發現人類SIRT1基因位于染色體10q21.3，基因長度為33715 bp，編碼蛋白分子量與鼠科動物中SIRT1蛋白的分子量相同，均為120kDa。SIRT1包含747個氨基酸殘基，由一個控制酶活性的保守核心催化結構域和位于該區域側面的一個COOH－末端及一個 NH2末端構成［7］。以往認為SIRT1位于細胞核中，但是新近研究發現細胞質中也存在 SIRT1［8］。SIRT1不但可以使組蛋白的賴氨酸殘基去乙酰化 （如組蛋白H4的第16位賴氨酸，H3的第9位賴氨酸和H1的第26位賴氨酸等），還可以去乙酰化一些轉錄因子和輔因子等非組蛋白底物，如抑癌基因p53，頭蛋白核轉錄因子（FOXOs），核因子 κB （NF－κB），過氧化物酶體激活物受體 γ（PPARγ），內皮型一氧化氮合酶（eNOS）等［9］。SIRT1廣泛參與體內眾多生命活動并發揮多種生物學功能，包括調節代謝、促進或抑制腫瘤發生、控制壽命、抵抗衰老和氧化應激等。

2 SIRT1在心血管疾病中的主要保護作用

衰老及其他一些因素可導致心血管系統發生一系列改變，包括氧化應激和內質網應激水平增強，以及自噬清除能力下降，這些改變將引發炎癥反應。由于SIRT1能夠使多種不同底物去乙酰化，因此在減少心肌細胞凋亡，抑制心肌重塑，抵抗心肌細胞氧化應激，減輕炎癥反應及促進自噬清除等方面發揮著重要的心血管保護作用。

2.1 減少心肌細胞凋亡細胞凋亡機制十分復雜，SIRT1與凋亡因子之間的相互作用可能與亞細胞定位有關。位于細胞核中的SIRT1主要通過對p53、Ku70和FOXOs等轉錄因子的去乙酰化作用阻斷凋亡反應的下游通路從而抑制凋亡。Ku70在DNA損傷修復過程中發揮重要作用，而SIRT1可通過促使Ku70去乙酰化而減少細胞凋亡［10］。SIRT1對細胞功能的調控還可能與細胞質內的SIRT1含量相關，目前還有待于進一步研究。有報道發現將轉基因小鼠心臟中的SIRT1濃度提升2.5～7.5倍后可抑制年齡依賴性的心肌肥厚、細胞凋亡和心力衰竭［11］。SIRT1對p53的調控在心肌細胞生存中起到至關重要的作用，SIRT1通過去乙酰化作用可以沉默p53的促凋亡活性，從而減少心肌細胞凋亡。相反，抑制SIRT1可以提高p53的乙酰化水平和活性，從而導致心肌細胞死亡［12］。以上研究表明，當細胞遭遇氧化應激損傷介導的細胞凋亡時，SIRT1將表達增多從而起到抑制細胞凋亡和保護心肌細胞的作用。

2.2 抑制心臟重塑效應心臟大小和心臟功能都取決于心臟血管的生成，而打破心肌纖維生長與同等程度血管生成之間的平衡導致了心臟由適應性肥大發展為心力衰竭。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）家族在心臟重塑的過程中發揮了重要作用。基質金屬蛋白酶的過度表達會導致細胞外基質代謝紊亂，從而引起心室重構［13］。有研究發現，用RNA干擾技術使SIRT1基因表達沉默后，MMP－1的表達增加，而SIRT1的激動劑可以抑制MMP－1的表達升高［14］。研究發現肥厚的心肌組織中SIRT1的表達增加，暗示SIRT1可能對心肌肥厚有一定的保護作用［15］。在新生大鼠的心肌細胞研究中發現，SIRT1過表達可以組織異丙腎上腺素誘導的心肌肥厚，但在PPARα基因敲除小鼠中并未觀察到這一現象，并由此推測SIRT1可能是通過PPAR的乙酰化發揮其抗心肌重塑效應的［16］。

2.3 抵抗心血管氧化應激氧化應激損傷與多種心血管疾病的發生發展密切相關。目前，關于氧化應激條件下，SIRT1對心肌細胞生長和生存調控機制的研究還尚未明確，科學家推測可能與SIRT1對轉錄因子的調控有關。胰島素樣生長因子－1（IGF－1）和SIRT1是心肌細胞代謝和心臟應激的兩個主要調控者。研究發現，mIGF－1通過SIRT1發揮抵抗心臟氧化應激的作用，并且mIGF－1/SIRT1信號通路在mIGF－1轉基因小鼠中表現出強大的心臟保護效應［17］。氧化應激能夠造成DNA損傷并導致腫瘤抑制基因p53的激活，而SIRT1則通過去乙酰化作用調控p53的活性從而減少細胞凋亡［18］。

體外實驗研究表明，在氧化應激增強的情況下，白藜蘆醇可以增加內皮細胞內的SIRT1表達。白藜蘆醇預處理內皮細胞后發現可以抑制SIRT1表達水平和活性的衰減并減少一氧化氮合酶的乙酰化水平［19］。其他實驗也報道了白藜蘆醇的血管內皮保護效應［20］，且在體實驗發現白藜蘆醇還具有下調血管平滑肌細胞內血管緊張素Ⅱ1型受體的作用。白藜蘆醇能夠增加SIRT1的表達，以此削減血管緊張素Ⅱ誘導的高血壓敏感性［21］。在心臟特異性SIRT1過表達2.5～7.5倍的轉基因小鼠中發現，SIRT1可以通過誘導過氧化氫酶發揮抗氧化應激保護作用，并發現該轉基因小鼠心肌肥厚、心肌細胞凋亡/纖維化和心功能不全發生率下降［22］。因此，SIRT1的抗氧化應激效應在心血管疾病的發生發展中起到重要的保護作用。

2.4 減輕心血管炎癥反應SIRT1是調控細胞衰老和炎癥的新興蛋白，參與介導炎癥反應、早衰、端粒損耗和NDA損傷應答。在氧化應激導致的肺部炎癥中發現，通過某種敏感的氧化還原機制能夠使SIRT1的表達水平下降［23］。某些微小的多酚類分子和藥物（激動劑）可以非特異性的調控SIRT1，從而阻斷炎癥相關心血管疾病的發展過程［24］。體內及體外實驗已證實SIRT1能夠減輕心肌肥厚、吸煙及心力衰竭所導致的炎癥反應［25］。動物實驗證明基因敲除 SIRT1 與白介素－1β （interleukin－1β，IL－1β）、腫瘤壞死因子－α（tumor necrosis factor－α，TNF－α）和白介素－6 （IL－6）等炎癥因子密切相關［26］。 因此SIRT1可以調控心血管疾病中的內皮細胞功能障礙。

2.5 增強細胞自噬清除功能目前，自噬被認為是心血管及長壽研究中一個新興且充滿前景的領域［27］。自噬是細胞在進化上保有的一個自我溶解而非自我破壞的過程。這是細胞通過溶酶體途徑對自身損傷和衰老的細胞器進行降解和回收的過程。自噬是心肌細胞保持其結構和功能完整所必不可少的。一定程度的自噬也是心臟保持其正常結構和功能所需的［28］。有效的自噬清除功能和增強的抗應激能力可以防止心血管疾病的發生，但是心血管疾病中自噬的機制目前還尚不明確。心臟中的自噬水平在禁食、心臟重塑、心力衰竭和缺血再灌注損傷等病理情況下明顯加強［29］。Hariharan 等［30］發現 SIRT1 參與了饑餓誘導的心肌細胞自噬，且SIRT1介導的FOXO1去乙酰化及隨之對下游Rab7的激活在這一過程中發揮了重要作用。其中Rab7作為小分子GTP結合蛋白能夠調節晚期自噬體－溶酶體融合并最終起到維持心臟功能的作用。

自噬小體的形成受自噬相關基因（Atg）的調節［31］。 SIRT1 通過與自噬相關蛋白 Atg5，Atg7 和Atg8相互作用并使其去乙酰化來調節自噬活動［32］。在心臟組織中，研究認為自噬發揮了重要的保護作用［33］。在三苯氧胺誘導的條件性心臟特異性Atg5基因敲除小鼠模型研究中發現，Atg5缺失可導致左心室擴張和心肌收縮功能障礙伴隨線粒體聚集和功能失調［34］。小鼠Akt過表達可抑制自噬，并與心肌肥厚、間質纖維化和收縮功能障礙相關［35］。以上研究結果表明，SIRT1能夠通過增強細胞自噬功能發揮心血管保護作用。

綜上所述，SIRT1在哺乳動物中發揮著多種多樣的生物學效應，已經逐漸成為衰老研究領域的一個焦點對象。衰老的過程伴隨著心血管系統功能的改變，例如血管內皮功能障礙，氧化應激增強，炎癥因子釋放增多以及細胞凋亡增速等，這些變化導致機體更易罹患高血壓和冠狀動脈疾病。越來越多的研究結果證明，SIRT1與心血管疾病密切相關并參與調節一系列重要的代謝及生理過程，包括衰老，應激抵抗，能量代謝和細胞凋亡等。SIRT1能夠抑制氧化應激和心血管炎癥，促進心肌細胞自噬并逆轉血管內皮細胞功能障礙，在心血管疾病的發生發展中發揮出至關重要的保護作用。盡管SIRT1對心血管疾病的保護作用機制已有所揭示，但仍有很多問題尚未得到明確的解釋。例如，心臟特異性SIRT1過表達對心血管的保護效應可能具有兩面性。適當的SIRT1過表達能夠抵抗氧化應激，抑制心肌細胞肥大；相反，當SIRT1過表達12.5～20倍時會導致氧化應激增強并引起心臟病理性改變［36］。導致這一現象的原因可能為：一方面，高表達的SIRT1會誘導線粒體功能障礙；另一方面，SIRT1表達水平過高，會大量消耗線粒體呼吸所必需的NAD+，NAD+的缺乏會導致ATP生成不足，繼而引起細胞功能障礙并最終導致細胞死亡。這些現象表明，調控SIRT1活動的策略可能成為心血管疾病的潛在治療方法，但SIRT1極其普遍的表達和廣泛的效應也可能在其特異性和不良反應方面引發一些問題。目前，已經有兩項Ⅰ期臨床試驗進行了白藜蘆醇安全性和潛在不良反應的研究［37，38］。 除了白藜蘆醇之外，還有很多其他的天然多酚類物質，如槲皮素，漆黃素和紫鉚因素，以及人工合成的更高效的SIRT1激動劑—SRT1720［39］。 SIRT1激動劑進入人體試驗是令人興奮的，但也對闡明SIRT1的作用途徑提出了更高的要求，SIRT1對心血管疾病的最終效應還有待于進一步研究。總而言之，SIRT1在心血管系統中的作用機制應該得到更明確的揭示，從而為開發更特異更有效的心血管疾病防治療法提供新的見解和思路。