針灸調節阿爾茨海默病患者線粒體SIRT3機制初探*

屈紅艷，邢文文，李 璐，張兆星，趙麗娟，李 倩，史曉燕，吳 濤，艾 霞，劉 奇

陜西中醫藥大學(咸陽 712046)

阿爾茨海默病是由德國精神科醫師Alois Alzheimer首次提出的一種神經退行性疾病，又稱為老年性癡呆(Alzheimer’s disease，AD)。數據顯示，在發達國家65歲以上人群中，AD的發病率約為13%，已成為威脅健康的第五殺手。截止2015年，全球共有約4680萬老年性癡呆患者，相關醫療支出高達8180億美元[1-2]，據世界衛生組織估算，到2050年全球的AD患者將接近1.14億[3]，將會給患者的家庭及社會帶來巨大的經濟壓力及社會負擔。神經退行性疾病多數病理性表現為中樞神經系統神經元的漸進性喪失及功能障礙，臨床癥狀包括運動功能障礙伴有認知功能減退[1]。除了阿爾茨海默病之外，還常見肌萎縮側索硬化癥，帕金森病，亨廷頓病等病。其中阿爾茨海默病起病較隱匿、呈進行性發展、具有年齡相關性，會嚴重影響到老年人的生活質量。

1 AD與線粒體能量代謝

AD特征性地表現為淀粉樣蛋白前體所產生的β淀粉樣蛋白(Aβ)在腦實質中和血管壁處沉積、神經纖維發生纏結及其學習和記憶功能的相關腦區神經元喪失[4]，即出現認知功能的下降，記憶能力損害和癡呆。AD的發病機制非常復雜，到目前為止仍不完全清楚，學者認為，氧化應激和炎癥損傷等所致的錯誤折疊蛋白積聚，能量代謝異常、線粒體結構損傷等原因均參與了AD發生發展的重要過程。

線粒體(Mitochondrion)是一種被兩層膜所包繞的細胞器，存在于大多數細胞中，其中進行的細胞內氧化磷酸化和三磷酸腺苷(ATP)的合成，能為細胞的生命活動提供大約95%的能量。因此，線粒體被稱作“Power house”。其直徑約為0.5～10μm。雖然擁有自身的遺傳物質和遺傳體系，卻因基因組大小有限，因此線粒體是一種半自主細胞器。線粒體也是產生活性氧、超氧化物等的重要場所。實驗證明，AD模型大鼠神經元線粒體的平均體積增大、表面積卻減小，表明神經元線粒體出現了腫脹；而線粒體數目的密度減低則意味著其線粒體的數目變少了[5]。此外，近些年有研究發現SIRT3能夠降低由活性氧所介導的線粒體DNA的損傷。

研究表明，能量代謝在老年癡呆等神經退行性疾病的病理變化過程中起到重要的作用。線粒體作為糖類、脂肪及氨基酸最終氧化釋放能量的部位，是真核生物進行氧化代謝的重要場所。線粒體內主要進行的是最終氧化的共同途徑三羧酸循環與氧化磷酸化過程。細胞質基質中完成的糖酵解和在線立體基質中完成的三羧酸循環還會產生還原性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等高能分子，而氧化磷酸化這一步驟的作用即為利用這些物質還原氧氣而釋放能量并且合成ATP。線粒體功能障礙及氧化應激是AD病理過程的重要環節。臨床上對該病多采取綜合治療，包括膽堿酯酶抑制劑、神經營養藥、抗自由基藥及促智藥等。但這些藥物只能起到緩解癥狀的作用，無法阻止病程的發展，因為突起潰變、神經元死亡和網絡破壞是引起AD功能障礙的主要原因[6]。

2 SIRT3與AD 線粒體能量代謝

作為NAD+依賴性去乙酰化酶，Sirtuins指的是一類具有高度保守性的蛋白質家族，由細菌到人類均有廣泛分布。迄今為止，Sirtuins家族共發現有沉默信息調節因子1-7(Silent information regulator 1-7，SIRT1-7)七個成員，都是最初在酵母中發現的SIRT2的同源蛋白[7]。此后，組蛋白的乙酰化及去乙酰化研究開始備受關注。在人類7種Sirtuin蛋白中，SIRT1,SIRT6和SIRT7主要定位在細胞核內，而SIRT2則大部分位于細胞質中。在線粒體中發現的主要有SIRT3，SIRT4和SIRT5。SIRT3對人類衰老具有重要的遺傳控制作用。Lombard研究小組在敲除了小鼠模型中的SIRT3,SIRT4和SIRT5后,發現只有SIRT3敲除小鼠的線粒體內蛋白質出現高度乙酰化，說明SIRT3是一種廣泛作用于線粒體內蛋白質主要的去乙酰化酶[8]。

近年來，去乙酰化酶Sirtuin-3(Sirt3)被學者發現具有依賴于NAD的組蛋白去乙酰化酶活性，對乙酰化的線粒體蛋白具有脫乙酰基效應。SIRT3指煙酰胺腺嘌呤二核苷酸所依賴的去乙酰化酶3(NAD-dependent protein deacetylase Sirtuin-3，SIRT3)是去乙酰化酶家族的成員之一，稱為沉默信息調節因子3[9]。它是哺乳動物體內存在的一類高度保守的、NAD依賴的組蛋白去乙酰化酶，能在一定程度上調節細胞的存活、增值、代謝、死亡和衰老，以及器官的長壽[10]。由于在機體的衰老及能量代謝過程中SIRT3的關鍵作用，它與神經退行性病變之間的相關性受到了國內外研究者的廣泛青睞，使他們進一步關注其神經保護的機制是否為調控SIRT3的活動或者增加其表達，進一步縮短神經退行性疾病的康復進程。

目前，關于SIRT3的細胞定位還沒有定論，但很多研究者認為SIRT3在細胞核與細胞質中都有表達，在細胞處于應激狀態時，細胞核內SIRT3能遷徙至線粒體內[11]。不同于SIRT1與SIRT2，SIRT3多數位于細胞線粒體內。在細胞的代謝、產生ATP和活性氧以及細胞凋亡的信號通路中，線粒體的作用尤其關鍵[12]。所以，SIRT3也許會在調節線粒體的穩態方面具特別重要的意義。如SIRT3能通過去乙酰化相關底物來調節線粒體內能量代謝的平衡。

能量代謝在AD等神經退行性疾病的病理變化中作用關鍵，保護線粒體、改善能量代謝已成為病理機制研究和新藥開發的新切入點。近年來進行的流行病學調查表明，攝入的能量減低可對與年齡相關的某些神經退行性疾病(例如AD)具有一定的保護作用[13]。研究表明，SIRT3是線粒體內的主要去組蛋白乙酰化酶，其參與了糖、脂肪酸、氨基酸等代謝途徑中關鍵酶的乙酰化過程，可保護線粒體，調節能量代謝延緩衰老。作為機體非組蛋白乙酰化的重要調節因子，Sirtuins除了具有去乙酰化酶活性和ADP核糖基化活性以外，還有去琥珀酰化和去丙二酰化等酶活性[14]。細胞中NAD+和NADH的含量多少還會影響其酶活性的發揮，相關研究結果表明，當細胞內NAD+的含量增高時，能夠激活Sirtuins蛋白酶的活性，而如果NADH含量增高，Sirtuins蛋白酶的活性則會被抑制[15]。

SIRT3生物學作用包括減少活性氧生成，改善線粒體功能等，因而在AD的相關研究中愈發重要。有相關研究結果表明，采用藥物對線粒體的電子傳遞鏈進行干預可以導致線粒體功能障礙的發生及細胞中活性氧的含量增加，從而引起海馬神經元中SIRT3的表達上升，進一步達到延長細胞壽命的目的。AD細胞模型建立后，活性氧能夠調節SIRT3的表達。SIRT3調控線粒體功能也抑制線粒體相關的生物學進程。有文獻研究表明，熱量控制(俗稱“節食”)能夠延緩動物衰老的進程，延長其壽命，其作用機制或許即為激活了一種去乙酰化酶SIRT3的原因[16]。

3 針灸對線粒體形態、功能及數目等的影響

目前，線粒體作為細胞內靶點，與不同的藥物之間發生廣泛而復雜的反應。如Wallace教授提出了中醫可以通過中藥的藥性來調節人體內線粒體能量以治愈疾病。各種針灸臨床和實驗研究證實，針灸治療對老年癡呆、帕金森、腦老化等神經退行性疾病的治療優勢明顯。其對線粒體的保護效應與中藥相類似，都會影響線粒體的形態與功能，在研究針灸治療不完全性截癱家兔損傷脊髓神經元內線粒體影響的動態研究說明，模型復制成功后6h針灸即可對線粒體的腫脹有一定的緩解作用，來對抗繼發性的損傷；在損傷7日后針灸組中線粒體的各項指標優于模型組；15日后針灸組線粒體的形態恢復至正常。表明針灸可以減輕損傷脊髓神經元內線粒體的腫脹變性，維持線粒體的有效功能面積和有效數目，促進線粒體內的能量代謝和神經元的恢復，對抗繼發性損傷，縮短修復時間[17]。羅磊[18]等對Wistar大鼠海馬神經元線粒體中的Aβ-結合性乙醇脫氫酶蛋白(AβAD)和細胞色素氫化酶(COX)Ⅳ進行檢測，發現針灸療法能夠使AβAD水平有效下調，COXⅣ活性提高，表明針灸療法可通過提高COXⅣ活性和抑制AβAD的過度表達來調節線粒體的能量代謝，進一步防治AD。現有的研究表明，針刺可以有效地保護線粒體能量代謝，減少氧化應激損傷，對能量代謝相關酶的活性具有一定的調節作用，而組蛋白去乙酰化酶SIRT3在線粒體抗氧化應激、調控能量代謝中作用重大。尋找SIRT3作用的底物和SIRT3作用激動劑，將有利于我們深入理解在神經退行性疾病和人類長壽中SIRT3的重要作用[9]。

4 小 結

就目前來看，人們對于SIRT3的功能及其在線粒體能量代謝中的作用方面，人們還缺乏全面的了解。今后我們要進行的各種研究，應該主要集中在揭示SIRT3在神經退行性疾病中保護作用的分子機制方面，以期為SIRT3作為AD的治療靶點提供更充分的依據。總而言之，隨著我國人口老齡化的不斷發展，具有整體調節作用的傳統醫學針灸，可有效防治AD，提高生存質量，進一步減輕社會負擔，將成為神經退行性疾病的優勢療法。因此，從SIRT3介導的線粒體保護機制入手，探索針刺治療改善線粒體的能量代謝，是探討AD防治可能機制的一個有效途徑。