SIRT1調(diào)控卵泡發(fā)育、延緩卵巢衰老的研究進展

向恬 馬瑞紅 王寶娟 夏天 李南南

SIRT1是酵母長壽基因沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator，Sir2)的哺乳動物同源體，其編碼蛋白發(fā)揮去乙酰化作用，需要依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。SIRT1是SIRT家族成員之一，廣泛存在于各種體細胞與生殖細胞中，參與細胞增殖、分化、代謝、凋亡等多種生理過程。近年來，研究發(fā)現(xiàn)SIRT1所介導的一些信號通路在卵泡發(fā)育及延緩卵巢衰老方面發(fā)揮著重要作用。

一、SIRT1的結(jié)構(gòu)與功能

SIRT1位于10號染色體，基因全長約33 kb。SIRT1蛋白由747個氨基酸殘基構(gòu)成，Rossmann折疊形成的大結(jié)構(gòu)域和鋅指構(gòu)件與螺旋結(jié)構(gòu)形成的小結(jié)構(gòu)域一起組成NAD+的結(jié)合位點[1]。SIRT1屬于SIRT家族，SIRT家族有7個成員，分別為SIRT1～SIRT7,分布在不同的亞細胞區(qū)，在進化過程中具有高度保守的結(jié)構(gòu)[2]。

近年來的研究發(fā)現(xiàn),SIRT1可通過對組蛋白、相關轉(zhuǎn)錄因子、信號傳導分子中特定的賴氨酸殘基進行修飾，發(fā)揮其調(diào)節(jié)基因表達的作用，從而調(diào)控細胞能量代謝、自噬凋亡、抗氧化應激及炎癥反應等過程。

SIRT1可通過調(diào)節(jié)葡萄糖、脂肪及胰島素水平來調(diào)控能量代謝。SIRT1可去乙酰化過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1α，PGC-1α)，誘導依賴SIRT1的糖異生基因的表達，同時抑制糖酵解基因表達的活性，增強肝臟的糖異生作用[3]；SIRT1可綁定過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPAR-γ)，抑制其目標基因的轉(zhuǎn)錄,來減少脂肪的儲存[4]；SIRT1還可直接作用于胰島細胞，通過抑制解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)的表達來促進胰島素的分泌，進而促進葡萄糖的吸收和利用[5]。Mousavi等[6]在對1 514名肥胖患者的28項隨機對照研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1激動劑白藜蘆醇能顯著降低肥胖患者的體重、體重指數(shù)以及腰圍。Zhao等[7]在對363名2型糖尿病患者的10項隨機對照研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1激動劑白藜蘆醇能改善2型糖尿病患者甘油三酯水平。

SIRT1可通過調(diào)控叉頭轉(zhuǎn)錄因子(forkhead box-containing protain O,FoxO)干預細胞凋亡過程。SIRT1對細胞凋亡既有抑制作用也有促進作用。有研究者[8]認為，SIRT1可通過對腫瘤相關蛋白53(tumor associated protein 53,p53)的去乙酰化作用，抑制p53活性，抑制細胞凋亡。然而，SIRT1也被證實通過去乙酰化核因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)家族之一的RelA/p65,可抑制其轉(zhuǎn)錄，增強腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)促進細胞凋亡的活性[9]。這種雙重調(diào)控作用，可能與SIRT1在細胞中所處位置有關。Jin等[10]研究發(fā)現(xiàn)，定位于細胞核的SIRT1主要通過去乙酰化p53、DNA修復因子Ku70以及FoxO家族蛋白等來抑制細胞凋亡；而位于細胞質(zhì)中的SIRT1主要通過Caspase途徑促進細胞凋亡。

二、SIRT1調(diào)控卵泡發(fā)育、延緩卵巢衰老的作用

原始生殖細胞[11](primordial germ cells，PGCs)從卵黃囊遷移至尿生殖嵴定植后，通過有絲分裂進行增殖并進入專門的減數(shù)分裂細胞周期，完成同源染色體聯(lián)會后停滯于減數(shù)第一次分裂前期，這些靜息于減數(shù)分裂前期的卵母細胞被稱為原始卵母細胞，它們與緊密環(huán)繞其周圍的體細胞(例如顆粒細胞)一起構(gòu)成原始卵泡。而原始卵泡是女性基本的生殖單位，也是卵細胞儲存的唯一形式。青春期前，原始卵母細胞一直處于第一次減數(shù)分裂前期，青春期開始后，在性激素的刺激下，一批原始卵泡被激活，但最后只有一枚優(yōu)勢卵泡完成排卵。因此，目前認為任何可能影響原始卵泡數(shù)及過度消耗卵泡的因素都將對卵巢的壽命產(chǎn)生不良后果。

在人類族群中，SIRT1廣泛存在于卵巢組織中，在顆粒細胞、卵母細胞、卵泡膜細胞和黃體中均有表達[12]。

1.SIRT1可通過熱量限制過程調(diào)控卵泡發(fā)育及卵巢衰老：熱量限制(calorie restriction，CR)是唯一一種非基因干預，能延緩與年齡相關的生理退化方式，還能延長雌性小鼠的生育年齡[13]。Luo等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在中等CR水平下，可能通過激活SIRT1信號通路，抑制大鼠原始卵泡的激活，從而維持卵泡儲備，延緩卵巢衰老。在CR條件下，SIRT1及其家族SIRT6表達水平均有增加，共同參與了CR介導的調(diào)控卵泡發(fā)育的過程。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在CR條件下，大鼠卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a和核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1，NRF1)蛋白的表達水平上調(diào)，而FoxO3a在卵泡發(fā)育的最初階段起到抑制卵泡激活的作用[16]。Liu等[13]推測CR可能通過激活SIRT1-FoxO3a-NRF1-SIRT6信號通路，來抑制p53等SIRT1靶分子的活性，抑制卵泡發(fā)育和卵泡過度丟失，從而延長雌性小鼠卵巢的壽命；Liu通過實驗還發(fā)現(xiàn)，CR和SIRT1激動劑SRT1720均可上調(diào)卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a，NRF1蛋白的表達，進一步提示了SIRT1信號通路可能在卵泡發(fā)育和延緩卵巢衰老過程中起關鍵性作用。此外，Cheng等[17]發(fā)現(xiàn)未攜帶SIRT1等位基因小鼠出生后幸存下來的很少。Bordone 等[18]將SIRT1 cDNA移植到小鼠中，這種轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)出類似CR表型，小鼠壽命延長，但卵巢中卵泡發(fā)育受到抑制，性成熟延遲。這些均提示SIRT1參與了抑制卵巢中卵泡發(fā)育和成熟的過程。

2.SIRT1可通過影響細胞自噬調(diào)控卵泡發(fā)育過程：細胞自噬是真核細胞利用溶酶體對細胞內(nèi)受損的大分子蛋白或細胞器進行降解的一種程序化過程，以維持細胞內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)[19]。Sun等[20]在研究自噬在原始卵泡池建立過程中的作用時發(fā)現(xiàn)，自噬可在原始卵泡池建立時抑制生殖細胞過度丟失。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1抑制劑可抑制細胞的自噬過程，F(xiàn)oxO1和FoxO3參與細胞自噬[21]，其過程需要SIRT1的去乙酰化作用。微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ)是自噬啟動子[22]，F(xiàn)oxO1與FoxO3去乙酰化后可顯著增加LC3Ⅱ的表達，促進細胞自噬[23]。SIRT1還可直接通過與自噬基因ATGs5、ATGs7、ATGs8形成復合物促進細胞自噬[24]。由此可以推斷，SIRT1可能通過調(diào)控細胞自噬影響卵泡發(fā)育。

3.SIRT1抑制氧化應激延緩卵母細胞衰老：氧化應激即活性氧(ROS)的產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)的平衡被破壞，可進一步誘導細胞凋亡[25]。氧化應激所導致的細胞凋亡是卵泡發(fā)育過程中卵泡閉鎖、凋亡的主要途徑。Zhang等[26]對MⅡ期卵母細胞使用SIRT1抑制劑煙酰胺后，發(fā)現(xiàn)ROS表達增加，卵母細胞紡錘體缺陷率增加、線粒體分布紊亂；而將MⅡ期卵母細胞暴露于抗氧化劑咖啡因和SIRT1激動劑白藜蘆醇中時，相較于未干預的MⅡ期卵母細胞，以上兩組MⅡ期卵母細胞的SIRT1 mRNA表達水平下降被延遲，卵母細胞衰老進程被延緩。綜合以上實驗結(jié)果表明，SIRT1可能通過減少ROS的產(chǎn)生，發(fā)揮潛在保護作用，防止卵母細胞老化。Ding等[27]在研究人類脂肪來源的干細胞(human adipose-derived stem cells，hADSCs)對卵巢自然衰老的影響時發(fā)現(xiàn)，hADSCs可通過分泌肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)和堿性成纖維細胞生長因子(basic Fibroblast growth factor，bFGF)來延緩卵巢衰老。實驗中生長因子(HGF和bFGF)聯(lián)合處理可提高SIRT1和FoxO1的表達，下調(diào)FoxO1乙酰化水平，從而抑制ROS的產(chǎn)生，說明SIRT1-FoxO1通路可能是抗氧化應激的關鍵調(diào)控途徑。

此外，SIRT1可通過介導褪黑素的作用，抑制氧化應激，改善卵母細胞衰老狀態(tài)。實驗證明，添加褪黑素可在很大程度上改善老化的卵母細胞質(zhì)量。研究其機制發(fā)現(xiàn)，補充褪黑素能顯著上調(diào)SIRT1和抗氧化酶MnSOD的表達，但當使用SIRT1抑制劑EX527后，褪黑素對改善卵母細胞衰老的作用消失，而當使用SIRT1激活劑SRT1720對卵母細胞進行處理后發(fā)現(xiàn)，排卵后的卵母細胞衰老過程明顯延緩。由此可以推斷褪黑素通過SIRT1信號通路抑制氧化應激,延緩排卵后卵母細胞的衰老過程[28]。

4.SIRT1抑制顆粒細胞凋亡調(diào)控卵泡發(fā)育：卵泡閉鎖的潛在機制之一就是顆粒細胞凋亡[29]。Cinco等[30]在研究小鼠卵巢在體外培養(yǎng)條件下排卵前卵泡的代謝特點時發(fā)現(xiàn)，卵丘細胞和顆粒細胞主要產(chǎn)生煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)，而卵母細胞卻主要消耗NADH。通過卵泡代謝可側(cè)面反映出卵泡發(fā)育受到顆粒細胞功能的影響。顆粒細胞凋亡是由線粒體機制介導的，Han等[12]實驗發(fā)現(xiàn)，與卵巢低反應(poor ovarian response，POR)患者相比，正常女性和多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)患者的顆粒細胞中的凋亡抑制因子B細胞淋巴瘤-2(b-cell lymphoma-2，Bcl-2)和p-細胞外調(diào)節(jié)激酶1/2(p-Extracellular signal-regulated kinase 1/2，p-ERK1/2)的量升高，使得caspase-3的早期分裂受到抑制。而SIRT1 siRNA轉(zhuǎn)染增加了caspase-3的活化，減少了Bcl-2含量，抑制了ERK1/2的磷酸化，因此，SIRT1可能通過激活ERK1/2信號通路抑制顆粒細胞的凋亡，從而抑制卵泡閉鎖。然而，趙芳等[31]研究發(fā)現(xiàn)，過表達的SIRT1可促進豬卵巢中顆粒細胞的凋亡。

p53基因是重要的抑癌基因，其編碼蛋白可以促進細胞凋亡。p53在閉鎖卵泡的顆粒細胞中表達增加提示其在促進卵泡閉鎖的過程中發(fā)揮著作用[32]，而抑制p53表達可減少顆粒細胞凋亡及卵泡閉鎖[33]。Xiang等[34]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性SIRT1可下調(diào)p53的表達，維持卵巢儲備。

三、展望

SIRT1的功能復雜，能與多種信號傳導分子相互作用，參與糖代謝、胰島素分泌、神經(jīng)保護及細胞衰老凋亡等過程。SIRT1信號通路既能通過促進細胞自噬抑制原始卵泡池建立時生殖細胞的過度丟失[20]，又可減少卵泡凋亡，增加卵巢儲備，延長卵巢壽命[35]。因此，在進行相關研究時，應該關注SIRT1的表達，并進一步探索其機制作用。