SIRT1在腦卒中介導(dǎo)的不同信號(hào)通路及其作用研究進(jìn)展

董珊珊， 李明月綜述， 鄒 偉審校

腦卒中是世界范圍內(nèi)致殘和致死的主要原因之一，包括出血性腦卒中和缺血性腦卒中。腦卒中后的病理級(jí)聯(lián)反應(yīng)是加重神經(jīng)元損傷和神經(jīng)功能損害的主要原因，也是腦卒中治療的突破靶點(diǎn)[1]。沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(silent information regulator factor 2 related enzyme 1，SIRT1)是一種具有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴性的Ⅲ類組蛋白脫乙酰基酶，它參與神經(jīng)元的命運(yùn)決定[2]。研究表明，SIRT1通過脫乙酰化并抑制多種信號(hào)通路中的蛋白質(zhì)底物調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和自噬,對(duì)腦卒中后腦損傷具有保護(hù)作用[3～7]。當(dāng)前研究階段，通過各種中藥、中藥復(fù)方調(diào)節(jié)控制SIRT1水平以期發(fā)揮腦保護(hù)作用，是腦卒中研究熱點(diǎn)。因此，本文以SIRT1為眼點(diǎn)，就SIRT1對(duì)腦卒中保護(hù)作用分子機(jī)制進(jìn)行闡述，并總結(jié)當(dāng)前研究階段，SIRT1激活劑和抑制劑在實(shí)驗(yàn)性腦卒中治療中的應(yīng)用，以期為臨床腦卒中防治提供參考。

1 SIRT1概述

SIRT1屬于Sirtuins家族(SIRT1-7)，是沉默信息調(diào)節(jié)因子2(Sir2)直向同源物，在序列和酶活性方面與Sir2最為接近。人類SIRT1基因位于第10號(hào)染色體，其編碼的蛋白質(zhì)催化核心結(jié)構(gòu)域脫乙酰酶活性較弱，兩側(cè)的-NH2和-COOH分子可以極大地增強(qiáng)核心結(jié)構(gòu)域的催化效率和SIRT1蛋白的脫乙酰基酶活性[8]。SIRT1基因在腦內(nèi)主要表達(dá)于代謝相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)元內(nèi)，在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)均有分布，但主要通過核SIRT1發(fā)揮脫乙酰化作用。

SIRT1的脫乙酰化作用體現(xiàn)在兩方面：一方面，SIRT1使組蛋白脫乙酰化，包括H3-K9、H4-K16和H1-K26，導(dǎo)致DNA卷曲和轉(zhuǎn)錄沉默[4]；另一方面，SIRT1使非組蛋白脫乙酰化，包括轉(zhuǎn)錄因子和DNA修復(fù)。如腫瘤抑制因子p53、核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)、叉頭盒轉(zhuǎn)錄因子O類(forkhead box transcription factor O，F(xiàn)OXO)和過氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子1α(peroxisome-proliferator-activated receptor co-activator-1α，PGC-1α)，調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和自噬[4～7]。

2 SIRT1在腦卒中介導(dǎo)的不同信號(hào)通路

SIRT1通過催化一些非組蛋白底物脫乙酰化調(diào)控基因表達(dá)，參與卒中后的腦損傷恢復(fù)。這些蛋白質(zhì)底物包括NF-κB、PGC-1α、FOXO、核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)和p53等。

2.1 SIRT1/NF-κB 二聚體轉(zhuǎn)錄因子NF-κB是炎癥反應(yīng)的主要開關(guān)，其最常見的形式是p65/p50異二聚體，并且也是NF-κB依賴性應(yīng)激反應(yīng)的主要介體。SIRT1直接作用于NF-κB的p65亞基，通過使NF-κB p65蛋白的賴氨酸殘基310處脫乙酰化而發(fā)揮作用。NF-κBp65的乙酰化可以增加NF-κB復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性，因此SIRT1通過使NF-κB p65脫乙酰化，抑制NF-κB通路介導(dǎo)的下游基因轉(zhuǎn)錄，如TNF-α、IL-6、IL-1β和其他的炎癥因子等，從而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)大鼠腦缺血再灌注(cerebral ischemia reperfusion,CIR)后神經(jīng)細(xì)胞存活[9]。腦出血(intracranial hemorrhage，ICH)和蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid Hemorrhage，SAH)后SIRT1在神經(jīng)元內(nèi)表達(dá)降低，上調(diào)SIRT1水平伴隨著乙酰化p65及促炎癥因子IL-1β、TNF-α的表達(dá)下調(diào)[10,11]。此外，NF-κB也參與細(xì)胞凋亡的調(diào)控，SIRT1通過NF-κB調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，從而調(diào)控細(xì)胞凋亡，如B細(xì)胞淋巴瘤-2(BCL-2)家族[11]。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1/NF-κB通路還參與血管平滑肌細(xì)胞表型調(diào)節(jié)，SAH后SIRT1表達(dá)下調(diào)，通過白藜蘆醇激活SIRT1能顯著促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞收縮表型表達(dá)，改善神經(jīng)功能，減輕腦水腫[12]。盡管SIRT1可以通過降低NF-κB的乙酰化水平來減少細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞收縮，但SIRT1/NF-κB通路主要是通過炎癥反應(yīng)參與腦卒中后的腦組織損傷過程。

2.2 SIRT1/PGC-1α 線粒體是細(xì)胞死亡的重要調(diào)節(jié)器，線粒體紊亂會(huì)促進(jìn)活性氧(ROS)的產(chǎn)生，加重氧化應(yīng)激損傷。PGC-1α作為調(diào)節(jié)線粒體功能和維持線粒體穩(wěn)態(tài)的主要轉(zhuǎn)錄共激活因子，通過與特定的轉(zhuǎn)錄因子相互作用影響線粒體生物發(fā)生和活性氧防御系統(tǒng)。研究顯示，SIRT1過表達(dá)會(huì)激活PGC-1α轉(zhuǎn)錄，降低ROS水平，誘導(dǎo)細(xì)胞中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)的表達(dá),增強(qiáng)SAH大鼠腦組織的抗氧化能力[13]。氧-糖剝奪/再灌注(OGD/R)處理可導(dǎo)致永生化海馬神經(jīng)元細(xì)胞系(HT22)SOD活性和SIRT1、PGC-1α、Bcl-2蛋白表達(dá)降低，丙二醛(MDA)和ROS含量增加，降低細(xì)胞的抗氧化和抗凋亡能力[14]。因此當(dāng)急性腦損傷直接作用于SIRT1，使其表達(dá)減少時(shí)，會(huì)降低腦組織的抗氧化能力，造成氧化損傷。

腦卒中后線粒體的結(jié)構(gòu)和功能障礙也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，SIRT1可通過調(diào)節(jié)PGC-1α的乙酰化水平，改善線粒體功能，間接減少線粒體依賴性凋亡。Zhou Y等[15]研究發(fā)現(xiàn)，ICH后腦組織SIRT1總含量增加，細(xì)胞核SIRT1明顯減少，Ac-PGC-1α水平升高并伴隨著線粒體電子傳遞鏈蛋白(ATPβ、NDUFB8、COX-I)表達(dá)降低，凋亡蛋白(caspase-3、裂解caspase-3、細(xì)胞色素C和AIF)表達(dá)增多；經(jīng)SIRT1激活劑SRT1720治療后，核SIRT1恢復(fù)正常水平，Ac-PGC-1α水平降低，線粒體電子傳遞鏈蛋白表達(dá)升高，凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)減少。因此腦卒中過程中，SIRT1/PGC-1α通路可以通過減輕氧化應(yīng)激、增強(qiáng)大腦神經(jīng)元抗氧化和抗凋亡能力，發(fā)揮腦保護(hù)作用。

2.3 SIRT1/FOXO FOXO對(duì)腦卒中具有保護(hù)和損害雙重作用。哺乳動(dòng)物的FOXO家族包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6,其中FOXO1和FOXO3最常見。FOXO的轉(zhuǎn)錄活性受多種翻譯后修飾的調(diào)節(jié)，如乙酰化。研究表明，SIRT1與FOXO間復(fù)雜的相互作用，維持生存平衡。一方面，SIRT1通過使FOXO脫乙酰化，增強(qiáng)FOXO抗氧化應(yīng)激能力。SAH后，內(nèi)源性SIRT1升高，過表達(dá)SIRT1促進(jìn)FOXO1脫乙酰化可以促進(jìn)FOXO/抗氧化物通路激活，增強(qiáng)GSH、GSH-Px、SOD 和CAT活性以抵抗氧化應(yīng)激[5]。另一方面，有研究顯示，經(jīng)SIRT1脫乙酰化后的FOXO可被泛素化降解，通過降低FOXO水平，抑制FOXO誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的能力[16]。在缺血性腦卒中大鼠研究中，腹腔注射厚樸酚使SIRT1過表達(dá)，伴有脫乙酰化FOXO1的增多和凋亡細(xì)胞減少[17]。說明此過程很可能也伴有脫乙酰化FOXO泛素化的參與，但仍有待進(jìn)一步的研究證實(shí)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腦I/R后SIRT1蛋白表達(dá)顯著降低，抑制SIRT1/FOXO1通路不僅伴隨著氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡加重，還伴有炎性因子IL-6、IL-1β、ICAM-1和TNF-α的表達(dá)上調(diào)[18]。SIRT1 /FOXO3α通路的激活可以有效抑制CIR后的細(xì)胞毒性和凋亡[19]。此外，Mei ZG等[7]發(fā)現(xiàn)，電針刺激“百會(huì)”、“曲池”和“足三里”穴位可以減少CIR損傷大鼠腦組織自噬體的產(chǎn)生，其潛在機(jī)制是通過電針刺激增加SIRT1表達(dá)，升高FOXO1蛋白水平，并降低Ac-FOXO1和自噬相關(guān)蛋白Atg7水平，以及Ac-FOXO1和Atg7間的相互作用。由此可見，腦卒中后SIRT1/FOXO通路的激活不僅調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，還涉及細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)，甚至是細(xì)胞毒性和自噬作用，SIRT1與FOXO間是一個(gè)復(fù)雜的相互作用的過程。

2.4 SIRT1/Nrf2 Nrf2是由氧化應(yīng)激激活的轉(zhuǎn)錄因子，它誘導(dǎo)一系列抗氧化蛋白的編碼，控制內(nèi)在的抗氧化系統(tǒng)。同時(shí)，Nrf2也是炎癥細(xì)胞因子激活的重要負(fù)調(diào)節(jié)因子，抑制炎癥反應(yīng)過程[20]。氧化應(yīng)激刺激促進(jìn)Nrf2轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，并與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，從而誘導(dǎo)一系列抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，如谷氨酸-半胱氨酸連接酶修飾子(GCLM)亞基、血紅素加氧酶-1(HO-1)和NADPH:奎寧氧化還原酶-1(NQO-1)和超氧化物歧化酶(SOD)等[21]。研究顯示，小鼠CIR后Nrf2蛋白表達(dá)受SIRT1的正向調(diào)節(jié)[18]。有關(guān)SAH的細(xì)胞和動(dòng)物研究表明，過表達(dá)SIRT1促進(jìn)Nrf2向細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)并激活其轉(zhuǎn)錄活性，提高下游基因HO-1和NQO-1表達(dá)，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)氧化損傷的抵抗力[3]。可見，SIRT1/Nrf2通路可通過增強(qiáng)腦組織細(xì)胞抗氧化能力，對(duì)抗腦卒中后氧化損傷。

2.5 SIRT1/p53 p53是一種腫瘤抑制基因，它調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、衰老、凋亡、自噬和DNA損傷等一系列復(fù)雜的靶基因網(wǎng)絡(luò)。在腦組織缺血區(qū)域，細(xì)胞p53激活并促進(jìn)神經(jīng)元凋亡[22]。細(xì)胞p53是SIRT1脫乙酰化酶的主要體內(nèi)底物。研究顯示，SIRT1可以與p53相結(jié)合，通過促進(jìn)p53降解抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[23]。SAH后，漢黃芩苷通過上調(diào)SIRT1表達(dá)，下調(diào)p53和Ac-p53表達(dá)，抑制p53活化阻止神經(jīng)元凋亡，并且SIRT1的過表達(dá)伴隨著緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-5的表達(dá)升高[24]。此外，SIRT1還可以通過使p53脫乙酰化抑制ROS產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化(MDA)，增強(qiáng)GSH、GSH-Px、CAT表達(dá)，從而提高出血性腦卒中后腦組織神經(jīng)細(xì)胞抗氧化能力[5]。炎癥與氧化應(yīng)激間具有相互促進(jìn)的關(guān)系，缺血性腦卒中后過度表達(dá)SIRT1可以抑制Ac-p53蛋白水平和活性，從而調(diào)節(jié)p53依賴性的下游靶基因轉(zhuǎn)錄，如TNF-α、IL-6、Bcl-2和Bax，提高神經(jīng)細(xì)胞抗炎和抗凋亡性[25]。因此SIRT1/p53的作用可能與p53參與調(diào)控的通路功能密切相關(guān)。

3 SIRT1激活劑/抑制劑在腦卒中的應(yīng)用

迄今為止，已經(jīng)開發(fā)出了幾種SIRT1激活劑和抑制劑，并探索了一些治療應(yīng)用。白蘆藜醇(RSV)是研究最多的SIRT1激活劑之一，也是在腦卒中研究中應(yīng)用最多的激活劑。研究發(fā)現(xiàn)RSV對(duì)SIRT1的激活可能是通過抑制磷酸二酯酶和增加cAMP水平來介導(dǎo)的[26]。在SIRT1激活過程中，RSV充當(dāng)SIRT1-底物相互作用穩(wěn)定劑[27]。RSV通過激活SIRT1，間接調(diào)控FOXO、NF-κB和p53等通路蛋白，參與腦卒中的血腦屏障、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、自噬等病理級(jí)聯(lián)反應(yīng)，總之，RSV調(diào)控大部分SIRT1依賴性的腦保護(hù)途徑[9,12,24]。除了RSV之外，SRT1720也是應(yīng)用較多的激活劑[15]。此外，很多抗氧化性能藥物、中藥有效單體成分、中藥復(fù)方在治療腦卒中疾病中也被發(fā)掘出具有SIRT1激活劑的功效，如丹參酚酸B[3]、巖藻黃素[5]、花萼cosin-7-O-β-D-葡萄糖苷[14]、厚樸酚[17]、紅景天苷[19]、漢黃芩苷[24]、姜黃素[25]、醒腦注射液[9]等。

與此相反，SIRT1抑制劑sirtinol、EX527可加重腦卒中后神經(jīng)功能損傷[3,7,17]。例如，sirtinol的使用會(huì)抑制SIRT1/Nrf2抗氧化信號(hào)通路的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)SAH后丹參酚酸B的抗氧化腦保護(hù)作用[3]。EX527通過抑制SIRT1表達(dá)拮抗厚樸酚的保護(hù)作用，使缺血性腦卒中后Ac-FOXO1、IL-1β、TNF-α、Bax表達(dá)增多，而Bcl-2表達(dá)減少，加重細(xì)胞炎癥和凋亡[17]。

4 結(jié)論與展望

如上所述，SIRT1激活劑上調(diào)SIRT1表達(dá)通常可以減輕腦卒中后病理反應(yīng)。SIRT1信號(hào)通路與腦卒中病理級(jí)聯(lián)反應(yīng)有關(guān)的FOXO、NF-κB、PGC-1α、Nrf2和p53等多種重要的通路密切相關(guān)。腦卒中后，急性腦損傷致使內(nèi)源性抗炎機(jī)制受到抑制,導(dǎo)致SIRT1蛋白表達(dá)降低，這一點(diǎn)在缺血性腦卒中和出血性腦卒中的研究中均有證實(shí)。但也有些研究發(fā)現(xiàn)，出血性腦卒中發(fā)生后伴隨著內(nèi)源性升高的SIRT1蛋白水平，但不足以抵抗腦卒中損害。有關(guān)腦卒中后內(nèi)源性SIRT1基因表達(dá)趨勢(shì)及其原因機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究探討，這將可能對(duì)不同腦卒中亞型的病理機(jī)制發(fā)現(xiàn)和腦卒中早期防治具有重要意義。

盡管SIRT1在腦卒中亞型的內(nèi)源性表達(dá)趨向存有爭(zhēng)議，但不論在何種腦卒中亞型中，SIRT1都是一種益于神經(jīng)細(xì)胞存活的保護(hù)因子。其一，SIRT1與細(xì)胞的抗氧化能力有關(guān)。一方面，SIRT1在MDA和ROS上游，激活SIRT1能夠有效抑制腦卒中后MDA和ROS爆發(fā)；另一方面，SIRT1的激活能夠促進(jìn)GSH、GSH-Px、SOD 和CAT等抗氧化物表達(dá)，以抵抗氧化損傷。其二，SIRT1能提高細(xì)胞的抗炎性、抗凋亡性、改善細(xì)胞周期阻滯。例如，增強(qiáng)SIRT1的表達(dá)，不僅可以減緩NF-κB轉(zhuǎn)導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，同時(shí)還抑制細(xì)胞周期縮短，改善細(xì)胞凋亡。其三，SIRT1在腦卒中的表達(dá)有益于改善血腦屏障通透性。腦卒中后，SIRT1的激活可以上調(diào)緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-5表達(dá)，有效減少血腦屏障分解。其四，SIRT1參與調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬。SIRT1參與調(diào)節(jié)FOXO1介導(dǎo)的自噬發(fā)生，通過使FOXO1脫乙酰化抑制自噬相關(guān)蛋白表達(dá)，減少自噬小體產(chǎn)生，減輕腦卒中后神經(jīng)元損害。SIRT1很可能是腦卒中的一個(gè)新的有希望的分子靶標(biāo)。綜上所述，SIRT1調(diào)節(jié)復(fù)雜的腦卒中保護(hù)因子網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)腦卒中損傷恢復(fù)。深入研究SIRT1信號(hào)通路的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將會(huì)促進(jìn)我們對(duì)腦卒中發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為腦卒中防治和開發(fā)SIRT1信號(hào)通路針對(duì)性藥物提供新的視角。