SIRT1與類風濕關節炎的研究進展

柳 曉 綜述 徐 濤 審校

類風濕關節炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一種慢性全身性自身免疫性疾病，以對稱性、進行性多關節滑膜炎為主要特征，已經成為一種世界性疾病。RA發病高峰在20～45歲，女性多發，我國的患病率約為0.003 5～0.004 5[1]。復雜的病理過程不僅減少患者的壽命，同時也對患者自身經濟情況造成負擔。RA的主要病理改變是關節滑膜的慢性炎癥和增生，從而導致血管翳的形成，侵蝕關節軟骨、軟骨下骨、韌帶等，破壞關節軟骨、骨和關節囊，最終致使關節畸形和功能障礙。其過程中伴有多種關節外表現，如發熱、皮下結節和淋巴結腫大等，血清中也可出現多種自身抗體，病變呈持續、反復發作過程[2]。免疫因素、感染因素、遺傳因素以及環境因素等都是引起該病發生的關鍵因素。最近，有研究[3-4]已經檢測到RA患者中沉默信息調節因子1(silence information regulator 1，SIRT1)的異常表達。其中有研究[5]發現，SIRT1在RA患者成纖維樣滑膜細胞(fibroblast-like synovial cells，FLS)和滑膜組織中均高表達。FLS中SIRT1的過表達可以促進炎癥因子的釋放以及抑制FLS的凋亡。而另一方面，沉默FLS中SIRT1的表達，可以減輕FLS誘發的炎癥反應以及增加FLS凋亡，充分說明SIRT1對RA存在影響和在RA治療中的潛力。本文總結了SIRT1在RA發生發展中對免疫細胞、滑膜細胞、骨組織等方面的具體作用機制，并對SIRT1作為治療靶點的潛在可行性進行探討。

1 Sirtuin家族和SIRT1

SIRT1屬于Sirtuin蛋白家族，存在于多種生物中。根據X線晶體衍射顯示，Sirtuin蛋白具有高度的保守性。第一種被發現的Sirtuin蛋白家族成員是沉默信息調節因子2蛋白(Sir2)，由于它存在于釀酒酵母細胞內，Sirtuin也因此得名。哺乳動物中已經有7種Sirtuin蛋白被鑒定出來。它們具有不同的定位和功能，SIRT1、SIRT6和SIRT7主要分布于細胞核，而SIRT2主要存在于細胞質，其他三種SIRT3、SIRT4和SIRT5蛋白分布于線粒體。其中有表現出ADP核糖轉移酶活性，也有表現出NAD+依賴的去乙?；富钚?，或二者兼有。在低等生物體中，Sirtuin蛋白具有調節壽命的作用。而在高等生物中，其參與的生命活動非常多樣：細胞應激反應，DNA損傷修復、調節基因表達、代謝和存活等，Sirtuin還被發現具有復雜的免疫調節作用，在自身免疫疾病中發揮重要作用[6]。

SIRT1是Sir2的哺乳動物同源體，屬于Ⅲ類組蛋白去乙?；浮Ｋㄎ挥诩毎酥?，但是可作用于細胞質靶點。SIRT1和其他Sirtuin蛋白類似，其核心催化區同樣由275個氨基酸組成。此外，構成人體SIRT1蛋白的500個氨基酸殘基中，去乙?；钚缘谋匦杌鶊F是第363位組氨酸。SIRT1可以去乙?；M蛋白H1第26位、H3第9位、H4第16位賴氨酸。同時，SIRT1也可通過去乙?；{節多種轉錄因子活性，如核蛋白SIRT1作用于FOXO1、FOXO3、PGC-1α、p53等。而在細胞質主要調節核轉錄因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)、HIF1α、Notch等。正是通過這些作用，SIRT1具有調節DNA修復、細胞代謝、自噬、細胞周期和炎癥等多種生理功能。

表1 SIRT1的介紹及其在RA中的功能

2 SIRT1對免疫細胞的調節作用

由于RA的發病機制過于復雜，其理論一直處于發展中，因此確切病因及發病機制尚未明確。但隨著對RA更深入的研究發現，在RA患者的滑膜組織和滑膜液中，出現巨噬細胞、T細胞等細胞免疫調節的異常，故目前多認為其是導致發病的關鍵因素。然而，近期文獻[7]報道SIRT1作用于免疫系統。胸腺、脾臟和淋巴結以及純化的輔助性T細胞(CD4+T細胞)中均能檢測到SIRT1出現高表達的現象，表明SIRT1影響T細胞增殖分化從而參與免疫反應。

2.1 SIRT1與巨噬細胞巨噬細胞是固有免疫系統中最主要的免疫細胞，由外周血單核細胞分化而來，二者在RA的發病過程中起著關鍵性的作用。在炎癥反應中，巨噬細胞主要作用是在RA滑膜里局部增生，被活化T細胞分泌的細胞因子激活，釋放大量促炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素6(interleukin-6，IL-6)、白介素1(interleukin-1，IL-1)等。其中TNF-α是目前研究最多且最為深入的細胞因子，也是RA發病機制中關鍵的促炎因子。TNF-α刺激軟骨細胞合成IL-6與白介素8(interleukin-8，IL-8)，進一步引起炎性反應的發生，以致血管翳的形成及軟骨壞死。而血管翳是RA病變過程中的重要病理產物，并且是導致關節病變、骨和軟骨破壞的主要原因及病理基礎。此外，活化的巨噬細胞引起組織相容性復合體Ⅱ分子過度表達，分泌大量的細胞黏附分子、趨化因子、細胞因子、生長因子和蛋白酶等，而這些炎癥介質共同參與到RA病理機制。

在ApoE 基因缺陷小鼠實驗中，用SIRT1激動劑干預其巨噬細胞，發現細胞間黏附分子及炎癥因子表達水平降低。在膠原誘導的大鼠關節炎模型中，SIRT1通過去乙酰化 p65 和 p300 降低NF-κB轉錄活性，抑制由NF-κB信號通路活化介導的炎癥因子的合成與分泌，減輕關節炎癥。驗證了SIRT1可通過抑制NF-κB信號通路來減輕巨噬細胞的促炎癥表型。不僅如此，SIRT1通過抑制激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)的轉錄活性和下游基因COX-2的表達，來調控由巨噬細胞介導的炎癥反應。此外，在腹膜巨噬細胞中，過表達的SIRT1可以降低COX-2 mRNA 的表達水平，進而下調巨噬細胞分泌前列腺素E(PGE)，以此來增強抗炎以及對腫瘤的殺傷作用。并且，SIRT1抑制巨噬細胞中未折疊蛋白的產生，從而調控巨噬細胞活性。除此之外，Hah et al[8]發現SIRT1缺失的巨噬細胞增加了M1極化，增加了促炎細胞因子的產生，SIRT1轉基因小鼠巨噬細胞表現為M2表型巨噬細胞極化的增強和M1表型巨噬細胞極化的減弱，并且伴隨抗炎因子的增多與促炎因子的減少。因此，SIRT1可以通過調節M1/M2極化，從而抑制RA炎癥反應，促進組織修復。

2.2 SIRT1與T細胞T細胞是RA滑膜組織中的主要炎性細胞。在RA的自身免疫反應中，其機制主要是自身抗原被MHC Ⅱ型陽性的抗原呈遞細胞(APCs)傳遞給CD4+T細胞，從而啟動免疫性應答。CD4+T細胞在不同的特異性轉錄因子調控下，分化為不同的細胞亞群，包括Th1、Th2、Th17和調節性T細胞(Treg)等細胞。Th1細胞主要介導細胞免疫，在APCs活化后，主要分泌IFN-γ、IL-2、TNF-α和TNF-β。區別于Th1細胞，Th2細胞主要介導體液免疫，Th2和Treg細胞主要分泌抗炎細胞因子，并且Treg細胞在介導免疫穩態、維持免疫耐受及控制疾病進展方面起重要作用。而相關的Th1細胞因子可以抑制初始T細胞分化為Th2細胞并同時抑制產生相關抗炎細胞因子，以至抗炎細胞因子相對缺乏而前炎癥因子過量，最終造成Th1/Th2細胞失衡。RA的發生被認為與這種失衡密切相關[9]。此外，分泌高水平IL-17的Th17細胞具有致炎、促血管新生導致血管翳形成、破壞骨和軟骨作用，從而導致RA的發生發展[10]。

體外實驗和動物實驗均顯示，在SIRT1被沉默之后，T細胞更容易被激活、分化成效應T細胞。而多種AP-1和NF-κB靶基因也因過度活化的T細胞對AP-1和NF-κB轉錄的抑制作用減弱而均能檢測到上調。其中SIRT1主要是通過去乙?；痗-Jun來抑制AP-1信號通路，從而抑制T細胞活化和增殖，以及IL-2的產生。除了直接調節AP-1、NF-κB等轉錄因子的活性之外，SIRT1也可以調節影響T 細胞增殖和功能的相關基因。如 SIRT1可以抑制T細胞活化所必須一種結合蛋白Bclf1的轉錄，控制過度增殖和異?；罨腡細胞。同時，SIRT1可以抑制STAT3的激活從而調節CD4+T細胞分化。T細胞被IL-6、IL-21等細胞因子刺激后，STAT3也隨之被JAK-STAT信號通路激活并進行轉錄，從而調節CD4+T細胞向Th2或Th17細胞方向分化。此外，STAT3激活后，還能通過抑制小鼠叉頭框蛋白P3(FXOP3)來抑制CD4+T細胞的表達。并且IL-6刺激STAT3后可以上調趨化因子(如CCL5)，促進T細胞遷移到炎癥部位，表明STAT3與促炎癥T細胞表型相關。即SIRT1通過抑制STAT3調節CD4+T細胞分化。對于FXOP3，有研究[11]發現SIRT1能直接去乙?；疐XOP3或者通過去乙酰p65而促進FXOP3的去乙酰化，其結果是SIRT1通過降低p65和FXOP3乙酰化，減少FXOP3表達并降低其穩定性，進而抑制T淋巴細胞分化。此外，相比活化的T細胞或幼稚的T細胞，SIRT1 mRNA及其蛋白在無反應T細胞中的表達水平明顯升高，這表明SIRT1在維持T細胞耐受中具有潛在作用。因此，SIRT1可以通過多種途徑調節T細胞活化和增殖以及CD4+T細胞的分化，從而抑制RA炎癥反應。

圖1 SIRT1在RA中的免疫調節作用

3 SIRT1對滑膜細胞的作用

滑膜細胞增生是RA一個重要的病理特點，它與新生微血管、炎性細胞及機化的纖維素共同構成RA病程中具有侵襲性的滑膜血管翳，分泌多種蛋白酶降解周圍的骨質與軟骨，直接破壞軟骨的結構。人類正常滑膜組織襯里層的細胞分為兩種類型：巨噬細胞樣滑膜細胞(A型)和成纖維細胞樣滑膜細胞(B型，即FLS)。FLS是滑膜增生的主要細胞，并且具有腫瘤細胞樣侵襲和遷移能力，在RA病理狀態下呈現異常增殖和凋亡抑制狀態。FLS不僅參與軟骨的破壞，還分泌多種細胞因子、趨化因子以及血管生成因子，在RA滑膜病理過程中起著關鍵性作用[12-13]。因此，通過抑制滑膜細胞侵襲和遷移能力促進滑膜細胞凋亡，抑制滑膜細胞增殖與炎性因子釋放，可有效控制關節變形與滑膜炎癥，保護關節軟骨和骨，減緩RA病程進展。

最近，已經檢測到RA患者FLS和滑膜組織中SIRT1的異常表達。其中發現SIRT1的激活劑白藜蘆醇(Res)能促進caspase-3活化，誘導FLS細胞凋亡。同時發現Res能降低FLS細胞中Akt磷酸化水平，抑制3-磷酸肌醇激酶/蛋白激酶B信號通路的活化，減少其下游磷酸化相關死亡促進因子Bad抗原(Bcl-xl/Bcl-2 associated death promoter，BAD)的表達，從而誘導FLS細胞發生凋亡。Engler et al[14]發現沉默SIRT1降低了FLS的增殖率與潛在的黏附性。沉默NF-κB p65基因抑制FLS的增殖，并誘導其凋亡。 而p53也被證明在RA滑膜中過表達，并有助于調節滑膜細胞的侵襲、凋亡和增殖, SIRT1可以去乙?；疦F-κB與p53并且抑制其下游基因[15]，因此這提示SIRT1可通過去乙酰化NF-κB p65與p53 來促進FLS凋亡，并抑制其增殖。在膠原誘導的大鼠關節炎模型中顯示，SIRT1是誘導滑膜纖維細胞中參與RA發病機制重要細胞因子人富含半胱氨酸蛋白61(cysteine-rich protein 61,Cyr61)的關鍵[16]。Cyr61可以直接調節細胞黏附和遷移過程，同時又可通過自分泌和旁分泌調節反饋回路的其他細胞因子和趨化因子的產生。由于RA滑膜細胞似腫瘤樣增殖并異常分泌炎性因子導致軟骨破環，軟骨凋亡退變釋放的降解片段引起滑膜細胞的炎癥反應。而SIRT1通過抑制滑膜NF-κB轉錄，從而抑制IL-1、TNF-α、IL-6等下游因子的轉錄水平，打破了這種滑膜-軟骨的惡性循環。除此之外，滑膜微血管增生是由于滑膜細胞缺氧誘導因子-1(HIF-1)的表達，從而促進一些炎癥細胞因子、促血管生成因子和基質金屬蛋白酶產生，在RA進程中發揮重要作用。上調的SIRT1通過去乙?；疕IF-1使其失活，而HIF-1與促進血管生成因子VEGF基因啟動子區域的低氧反應元素結合激活了低氧細胞中VEGF的轉錄，因此 SIRT1-HIF-1-VEGF 信號通路有效地減少了滑膜細胞的缺氧反應，也從根本上抑制了滑膜血管因缺氧而過度增生。

4 SIRT1對骨組織的作用

RA患者晚期常常會出現多關節軟骨和骨的侵蝕性破壞，其中骨密度下降直至骨質疏松是RA患者的常見臨床合并癥，并最終導致關節畸形和嚴重的功能障礙，甚至致殘。而導致RA患者骨折的主要原因正是全身性骨質疏松。RA患者的骨質疏松程度較健康對照人群顯著升高，并且炎癥活動與骨代謝相關聯RA患者骨密度明顯低于健康人群。使用SIRT1雜合缺失的雌性小鼠表現出明顯的骨密度下降。另一方面，Edwards et al[17]觀察發現，成骨細胞特異性SIRT1基因敲除小鼠減少成骨細胞分化，導致骨量下降，同時破骨細胞特異性SIRT1基因敲除小鼠激活NF-κB信號通路以促進破骨細胞分化至成熟，從而導致骨量下降。而抑制NF-κB信號通路則可以逆轉骨量的下降，說明SIRT1可以憑借抑制NF-κB信號通路維持正常骨骼的形成，同時在骨關節病的發病中發揮重要作用。NF-κB受體活化因子(RANK)/NF-κB受體活化因子配體(RANKL)系統是調節破骨細胞分化、成熟和凋亡最重要的信號通路。RANKL通過結合破骨細胞表面的RANK，進一步激活NF-κB、p38、JNK和ERK等信號通路，達到介導滑膜巨噬細胞向破骨細胞分化與成熟的目的，引起骨質丟失[18]。而STAT3可以促進IL-6家族炎癥因子的釋放，同時誘導RANKL的表達，最終導致關節的破壞。然而，由于SIRT1在骨細胞中發揮重要作用，并且可以下調STAT3抑制糖異生的作用。因此SIRT1可以通過下調STAT3來減緩關節的破環。

除此之外，基質金屬蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13,MMP-13)缺失的關節炎進展明顯減慢，而過表達的MMP-13不僅促進炎癥反應，也直接破壞關節軟骨[19]。MMP是分解關節軟骨膠原的重要的軟骨膠原酶，而作為內源性調控性抑制劑金屬蛋白酶組織抑制因子1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)抑制膠原的分解。與之類似的是，丁永利 等[20]發現過表達的SIRT1可以下調MMP-13 mRNA 的表達，上調TIMP-1 mRNA的表達，表明SIRT1通過調節MMP及TIMP的平衡，來降低軟骨受損程度和抑制軟骨的退化。由于一些細胞因子也參與軟骨細胞的修復與凋亡活動，如IL-1β和TNF-α 都可上調MMP基因mRNA表達，抑制軟骨基質中糖蛋白和膠原合成，增強軟骨基質降解，還可誘導產生一氧化氮，抑制蛋白聚糖及Ⅱ型膠原合成，誘導軟骨細胞凋亡，IL-6不僅通過自分泌形式影響軟骨和滑膜細胞的正常增殖，還可協同 IL-1 阻礙成纖維細胞膠原合成，抑制軟骨細胞的合成修復[21]。而大量的文獻[22]都表明活化的SIRT1通過去乙?；疦F-κB p65與p53，來抑制IL-1β、TNF-α、IL-6等細胞因子誘導的關節軟骨細胞的炎癥反應與軟骨細胞的凋亡。

因此，SIRT1能通過調節骨組織中成骨細胞、破骨細胞以及軟骨細胞的分化、成熟與凋亡來抑制關節軟骨和骨的侵蝕性破壞，從而促進關節炎癥的恢復，抑制骨密度的下降，降低RA患者致殘率。

5 展望

研究發現，除RA之外，SIRT1還作用于其他免疫疾病。如系統性紅斑狼瘡中，SIRT1能發揮其促進或抑制的作用。國外研究[23]已經證明SIRT1可以對其他自身免疫疾病如系統性紅斑狼瘡中B細胞進行調節。也有研究[24]顯示調節性B細胞(regulatory B cells, Bregs)可能具有免疫調節，抑制RA進程的作用。在此基礎上，SIRT1和Bregs的聯系以及SIRT1與Bregs能否共同對RA進程進行抑制都值得進一步去研究。這些疑問都說明RA中SIRT1的治療潛力值得關注，并需要更多的研究來進一步說明SIRT1和RA之間的關系。

已有研究[25]表明競爭性IL-1受體拮抗劑(IL-1RA, ANAKYRA)能緩解RA引發的疼痛感。但由于其多效作用和使用劑量的不規范性，這些治療可能具有重大的副作用。最近Brunger et al[26]使用CRISPR/CAS9技術，對促炎性趨化因子Ccl2的起始密碼子基因位點進行靶向性IL-1和TNF-α拮抗劑的基因添加，構建具有指定的炎性細胞因子抗性特征的多能干細胞，其以自動調節、反饋控制的方式拮抗IL-1或TNF-α介導的炎癥，從而減輕關節炎癥。由于SIRT1在RA發展中發揮重要作用，因此通過探索SIRT1的轉基因位點，并將SIRT1靶向性地添加，定制干細胞內的固有細胞信號通路，為RA提供更安全和更有效的創新性治療途徑。

此外，近年來研究[27]顯示，RA的發病與患者腸道菌群生態失調有著密切聯系。并且發現RA患者糞便中雙歧桿菌和脆弱類桿菌與正常組相比，數量明顯偏低。Wellman et al[28]研究發現腸道菌群的改變是導致結腸炎癥的主要原因，并且表明了SIRT1通過直接調節乳酸桿菌來調節腸道微生物群的穩態，進而改善腸道炎癥和對傳染性法氏囊病的易感性。因此通過SIRT1調節腸道微生物群的穩態可以為RA患者提供一種新的治療或預防方法，但其具體機制仍需進一步研究。

6 結論

綜上所述，SIRT1緊密作用于RA中，SIRT1通過負向調控多條信號通路來減緩RA的發生發展過程，主要包括調控免疫細胞與免疫因子的活化與釋放，從而調控RA的免疫反應；調控骨組織中成骨細胞、破骨細胞以及軟骨細胞的分化成熟與凋亡；抑制FLS的增生，減少血管翳的生成，從而減少致畸率。若SIRT1活性下降或缺失，則可以增加炎癥與自身免疫性疾病的發病概率。這些研究結果提示SIRT1可以作為治療RA的潛在靶點。