白藜蘆醇作用于SIRT1影響認知功能的機制研究進展*

王德生，蘇慶杰，龍發青，張余輝，王布飛，陳斌，夏詩亮

（海南醫學院第二附屬醫院 神經內科，海南 海口 570311）

認知功能減退是一種與年齡相關的疾病，目前正形成一種全球化的趨勢。許多與年齡相關的心腦血管疾病，如高血壓、糖尿病、慢性腦低灌注性腦損傷，以及神經退行性疾病如阿爾茨海默病、帕金森病等都可導致認知功能減退，甚至進展為癡呆[1-2]。然而，目前尚無有效藥物緩解癡呆癥狀。白藜蘆醇是一種多酚類化合物，可通過多種信號途徑改善大腦的健康狀態，而SIRT1 的激活是其中最關鍵的一步。本文綜述白藜蘆醇通過SIRT1 調節認知功能相關機制的最新進展，為防治認知功能減退及修復腦功能提供治療方向。

1 白藜蘆醇的生物學特性

白藜蘆醇（3，5，40-三羥基-反式二苯乙烯）是一種天然的非黃酮類多酚和植物抗毒素，廣泛存在于70 多種不同的植物中，尤其是藤本植物、松樹和豆科植物，特別是在葡萄皮和紅酒中含量豐富[2]。法國人高飽和脂肪飲食，心血管疾病的發病率相對較低，可能是由于持續適量攝入含有白藜蘆醇的紅葡萄酒，從而起到抑制血小板聚集，預防動脈粥樣硬化斑塊進展的作用[3]。白藜蘆醇以順式/反式異構體存在，其中只有反式異構體具有生物活性。體外研究證明，其是一種有效抗氧化劑，具有抗血小板、抗炎等作用。然而根據藥代動力學分析結果，白藜蘆醇在體內代謝迅速，雖然口服后吸收率70%，但生物利用度很低[4-5]。最近研究表明，白藜蘆醇可能對神經變性有保護作用，并能提高認知能力[6]。ANASTáCIO 等[2]報道用白藜蘆醇治療慢性腦部低灌注處理后的成年Wistar 大鼠，顯著抑制海馬CA1 區錐體細胞的死亡，并可預防空間和記憶能力的損害。盡管目前已有大量的研究，但白藜蘆醇的作用機制仍然沒有完全明確。

2 SIRT1 的生物學特性

SIRT1 是沉默信息調節2 蛋白（Sirtuin）家族的成員，與酵母蛋白Sir2 同源。該蛋白是Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶，屬于氧化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴酶家族成員。目前已在哺乳動物中發現有7 種Sirtuin 酶在特定組織中廣泛表達。SIRT 有不同的亞細胞定位：SIRT6 和SIRT7 位于細胞核，SIRT1 和SIRT2 在細胞核和細胞質之間穿梭，SIRT3、SIRT4 和SIRT5 存在于線粒體中。在7 種哺乳動物Sirtuin 中，SIRT1 是研究最廣泛的，這種酶在大腦、心臟、腎臟、肝臟、胰腺、骨骼肌、脾臟和白色脂肪組織中高表達。1999年，Sir2 被發現可以延長酵母菌壽命[7]，將Sir2整合到野生型菌株中，可延長其30%的壽命，而Sir2突變小鼠的壽命降低50%，這是由rDNA 重組和復制受阻造成的。SIRT1 此后被發現在細胞壽命延長、能量和代謝調節、表觀遺傳和DNA 修復的同源重組中都有一定作用。在熱量限制的哺乳動物中，SIRT1 促進脂肪分解供能，改善肝臟、骨骼肌、脂肪組織對胰島素的敏感性，保護胰島β 細胞的功能[8-9]。

雖然SIRT1 在大多數腦區都有表達，但主要在海馬、丘腦和孤束核的細胞核內[7]。SIRT1 是多個相互聯系的調節網絡的關鍵組成部分，調節樹突和軸突的生長。SIRT1基因敲除小鼠的大腦解剖結構基本正常，但在樹突發育和突觸可塑性方面存在缺陷[7]。限制熱量攝入和運動可以逆轉腦內因神經元老化、高脂飲食和各種病理條件導致的SIRT1 水平的降低。

3 白藜蘆醇通過調節SIRT1 改善認知

研究表明，白藜蘆醇通過激活SIRT1 或促進SIRT1 表達改善認知功能[10]。白藜蘆醇作為最有效的天然Sirtuin 活物之一，通過降低乙酰化底物的Km 值（可達8 倍）發揮作用，使人SIRT1（但不包括酵母Sir2 和人SIRT2）的活性提高。白藜蘆醇的存在與否決定了p53-AMC 肽（與熒光載體7-氨基-4-甲基香豆素相連的p53）是否會與SIRT1 相互作用。2015年，CAO 等[11]對SIRT1、白藜蘆醇、7-氨基-4-甲基香豆素（AMC）組成復合物的結構進行分析后發現，SIRT1 酶含有3 個重要的功能結構域：N 端結構域（NTD）、C 末端結構域（CTD）和保守催化結構域（CD），2 個功能性白藜蘆醇分子介導AMC-肽與SIRT1 的N端結構域（NTD）相互作用，從而促進SIRT1 的活化。這與之前的研究一致，白藜蘆醇激活SIRT1 依賴于熒光載體。

白藜蘆醇可以通過提高SIRT1 水平來改善認知障礙，雖然機制有待完全闡明，可能與其抗氧化、抗炎、抗凋亡、自噬調節、增加腦血流量和改善突觸可塑性有關。

3.1 白藜蘆醇的抗氧化作用

由活性氧（reactive oxygen species, ROS）累積導致氧化應激是神經發生退行性改變的因素之一。在人體中，ROS 的主要來源于超氧化物，超氧化物損傷DNA 和細胞膜，誘導炎癥反應，常導致不良后果。大腦耗氧較多，并同時產生大量的ROS，但其抗氧化能力一般[8]。因此，由衰老等因素導致抗氧化系統能力降低可能導致認知功能的損害。

過氧化物酶體增殖活化受體γ（PPAR-γ）與輔助活化因子1-α（PGC-1α）是線粒體的轉錄輔助激活因子和主調節因子，PGC-1α 刺激線粒體的物質合成和呼吸功能，并與PPAR-γ 相互作用，從而允許該蛋白與多種轉錄因子相互作用。目前已知PGC-1α可正調節線粒體對氧化損傷的保護作用，預防氧化應激導致的內皮功能障礙和細胞凋亡。PGC-1α 基因敲除小鼠對氧化應激和1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）和紅藻氨酸誘導的神經變性作用更敏感，而提高PGC-1α 水平對由氧化應激導致的神經損害有顯著的保護作用。由于PGC-1α 是SIRT1的靶標，白藜蘆醇可以通過SIRT1 介導的去乙酰化間接作用于PGC-1α，從而通過抵抗氧化作用來改善認知障礙。

最近的一項探討白藜蘆醇對大腦中動脈閉塞再灌注動物模型腦缺血的影響研究結果表明，白藜蘆醇明顯降低大鼠海馬中的ROS 和細胞凋亡的數量，增加SIRT1 的表達，揭示白藜蘆醇對腦缺血的神經保護和抗氧化作用[12]。另一研究報道，輻射使大鼠海馬內ROS 增加，而白藜蘆醇通過增加SIRT1 的表達和活性，抑制海馬細胞凋亡。研究表明，白藜蘆醇可能通過提高SIRT1 在保護神經元免受氧化應激方面起至關重要的作用[13]。

3.2 白藜蘆醇的抗炎抗凋亡作用

SIRT1 使組蛋白和一些關鍵轉錄因子脫乙酰化，抑制各種炎癥相關基因的轉錄，從而在調節炎癥反應中發揮重要作用[14]。白藜蘆醇預處理可提高SIRT1 水平，調節各種炎癥介質的表達（包括IL-1β、TNF-α、nlrp 等），減輕神經炎癥、凋亡和異氟醚誘導的認知功能損害[15]。目前已知由小膠質細胞激活介導的神經炎癥與認知功能障礙直接相關。在基因表達突變型人淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）和突變型人早老素-1（PS1）的雙轉基因小鼠的動物模型中，使用米諾環素抑制小膠質細胞活化和炎癥細胞因子分泌，改善了海馬神經發生和海馬依賴性學習任務中的行為表現。小膠質細胞也是突觸修飾的關鍵，影響發育中和發育成熟的大腦突觸的重塑和可塑性。海馬細胞通過小膠質細胞特異性補體受體3（CR3）和趨化因子受體Cx3cr1 的表達，使小膠質細胞與突觸發生相互作用，從而恢復認知功能。長期的突觸抑制可以引發炎癥性神經病，并導致認知功能衰退。

近年發現，白藜蘆醇通過miRNA 調節小鼠小膠質細胞中的SIRT1 和神經炎癥，miR-204 通過抑制SIRT1的表達，提高炎癥相關基質金屬蛋白酶9（MMP-9）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）和IL-1β 的水平，而抑制miR-204 或白藜蘆醇處理可以恢復SIRT1 表達。miR-204 抑制劑通過激活半胱天冬酶依賴性細胞凋亡，抑制小膠質細胞增殖和活力。白藜蘆醇和miR-204 抑制劑均能抑制脂多糖（LPS）誘導的小膠質細胞活化和細胞增殖，抑制炎癥進展，并通過上調SIRT1 促進細胞凋亡[14]。β-淀粉樣蛋白（Aβ）斑塊沉積是阿爾茨海默病的標志之一，其可導致小膠質細胞激活，并使誘導型iNOS 表達增加、神經元凋亡和變性。Aβ 通過核因子κB（NF-κB）使小膠質細胞活化，Rea/p65 亞基的可逆乙酰化或去乙酰化參與翻譯后的過程。Lys310 乙酰化介導NF-κB 信號通路的常規修飾，SIRT1 可以引發Lys310 去乙酰化和NF-κB 信號通路的抑制。

3.3 白藜蘆醇改善突觸可塑性

突觸可塑性是學習和記憶形成的神經元分子基礎，突觸結構可塑性是指突觸的數量、突觸連接的形成和突觸間隙的變化，而突觸功能可塑性反映了突觸傳遞功效的增強和下降。長時程增強和長時程抑制可能與學習和記憶的細胞相關[16]，認知能力缺陷與突觸功能的破壞相關。最近的證據表明白藜蘆醇是一種潛在的海馬突觸可塑性增強劑，可以改善認知功能[17-18]。

腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）是控制神經元分化和存活、突觸形成、突觸可塑性及海馬長時程增強（LTP）的調節因子。BDNF 通過紅藻氨酸、高頻刺激或提高氯化鉀水平調節突觸可塑性，通過電壓門控鈣通道（VGCC）和N-甲基-d-天冬氨酸受體（NMDAR）使Ca2+內流，Ca2+內流觸發cAMP 反應元件結合蛋白（CREB）的磷酸化，磷酸化的CREB（p-CREB）與BDNF 基因內的關鍵Ca2+反應元件（CRE）結合并促進轉錄BDNF。這個過程激活BDNF 轉錄并調節海馬LTP。

SIRT1 通過miRNA 介導的機制調節BDNF 表達。SIRT1 與轉錄因子YY1 復合物結合限制miR-134 的表達，影響CREB-BDNF軸并促進BDNF轉錄。BDNF 抑制miR-134 的活性，同時抑制含有Lim 結構域的蛋白激酶1（Limk1）翻譯，并促進樹突發育。SIRT1 在海馬神經元中的過表達也可能使甲基-CpG結合蛋白2（MeCP2）去乙酰化，從而促進BDNF 轉錄。所有這些途徑都通過SIRT1 提高BDNF 水平，白藜蘆醇可以增強這一過程。表明白藜蘆醇可能通過SIRT1影響BDNF 表達，調節突觸可塑性并改善認知[19]。

3.4 白藜蘆醇增加腦血流量

正常大腦功能的維持依賴于腦血流量（cerebral blood flow, CBF），其向大腦提供營養物質，并去除大腦中有害的代謝產物。血管性認知障礙是由于腦血流量不足導致的神經功能緩慢下降。研究表明，雙側頸總動脈狹窄（bilateral common carotid stenosis, BCCS）引起的腦灌注不足導致腦缺氧和神經炎癥，最終導致記憶障礙，Sirt1 高表達小鼠在BCCS 手術后與對照組相比明顯保留CBF。此外，SIRT1 通過對內皮型eNOS乙酰化的抑制，激活腦內eNOS-NO 系統，在腦灌注不足和缺血性損傷后起到保護作用。SIRT1 使eNOS 中的鈣調蛋白結合結構域中的賴氨酸496 和506 去乙酰化，從而促使NO 的產生，而NO 具有血管擴張、抑制白細胞黏附、抗血小板聚集和細胞凋亡的特點[20]。因此，白藜蘆醇可以通過激活SIRT1/eNOS/NO 軸來增加CBF，這可能與空間記憶有關。

3.5 白藜蘆醇與自噬作用

自噬在急性腦損傷和一些神經退行性疾病中起著神經保護作用。研究表明，白藜蘆醇可能通過調節自噬途徑起到神經保護作用，但結果有些矛盾。在TBI 大鼠模型中，白藜蘆醇抑制海馬中的神經元自噬，降低自噬標記蛋白微管相關蛋白輕鏈3-Ⅱ（LC3-Ⅱ）和Beclin1 水平，并減輕腦水腫和促進認知功能恢復[21]。添加白藜蘆醇可通過抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）介導的自噬和細胞凋亡，增加谷氨酸處理的星形膠質細胞的活力[22]。然而，其他實驗獲得不同的結果，在Aβ1-42處理的PC12 細胞中提高LC3-II/LC3-I，使Parkin 和Beclin-1 表達升高[23]。白藜蘆醇可通過增強自噬，抑制NOD 樣受體家族及含有Pyrin 結構域3（NLRP3）的炎性體激活，起到對腦缺血再灌注損傷的保護作用[24]。在魚藤酮誘導的PD 細胞模型中，白藜蘆醇通過誘導自噬保護細胞免于凋亡，這可能是通過激活AMPK/SIRT1 途徑介導的[18]。該結果差異可能由于細胞系不同，白藜蘆醇治療的持續時間和劑量不同引起。因此，其機制仍需要進一步研究。

4 研究展望

衰老和神經退行性病變導致的認知功能下降在老年人群中很常見。白藜蘆醇可通過其抗氧化、抗炎、抗凋亡和自噬調節作用，以及增加CBF 和改善突觸可塑性的能力，改善記憶和認知。miRNA 可能成為新的治療方向。如前所述，SIRT1 在影響CREB-BDNF軸的過程中抑制miR-134，并增強學習和記憶能力，而miR-204 與SIRT1 mRNA 的3'-UTRs 結 合，降低SIRT1 的水平，激活小膠質細胞，促進炎癥反應。因此，miRNA 可能成為未來治療的靶點之一，而SIRT1活化劑的臨床應用及多靶點調控機制的進一步明確將有助于神經損傷的治療。