SIRTS與腎臟疾病

李娟，湯學宇

(1.湖南師范大學，湖南 長沙 410000；2.湖南師范大學附屬湘南醫院暨聯勤保障部隊第九二二醫院腎內科，湖南 衡陽 421001)

0 引言

腎臟疾病是全球公共性的衛生問題，對我們的生活質量和經濟帶來了很大的影響，它們的結局大都走向慢性腎功能不全。慢性腎功能不全可以通過多種病理機制發生，從而損害腎臟的一個或幾個部分：脈管系統，腎小管間質或腎小球[1]，其發病率和死亡率明顯上升，同時它累及的不僅僅是腎臟系統，還會導致多種并發癥，血液系統、骨骼疾病、心血管疾病等。沉默信息調節因子2(silence information regulator2，Sir2)相關酶類 (SIRTUINS，SIRT)最初發現是在研究酵母菌轉錄沉默時，廣泛存在于多種物種中，是一種NAD+依賴的組蛋白去乙酰化酶，具有高度保守性。研究發現在酵母菌中，已經鑒定出四種SIR(SIR1-4)，而在人類和小鼠中，已經探索出共有七種同源物(SIRT1-7)。根據氨基酸的同源性將SIR分為了4種類型，其中SIRT1-3屬于I類，該類型與SIR2的關系最為接近，SIRT4屬于II類，SIRT5屬于III類，而SIRT6和7屬于第IV類。其中SIRT1、3、6和7主要分布于細胞核，SIRT2分布于細胞質，SIRT3、4和5則分布于線粒體。Sirtuins是一系列依賴尼古丁腺嘌呤二核苷酸(NAD +) 的酶，參與細胞代謝、調節細胞功能，如DNA 修復、炎癥反應、細胞周期或細胞凋亡[2]；能夠通過對細胞內能量狀態和氧化還原變化敏感的NAD +水平變化來監測代謝穩態[3]；參與許多疾病的發生、發展，如肝臟、心臟、腎臟、骨骼疾病等，成為了近期研究的熱點，尤其是腎臟疾病的影響和發生。該綜述主要探討研究較多的幾個SIRTS蛋白對于腎臟的影響。

1 SIRTS與糖尿病腎病

1.1 SIRT1與糖尿病腎病

糖尿病是全球最常見的內分泌性疾病，可以引起微血管和神經病變，糖尿病腎病是糖尿病最常見和最嚴重的并發癥之一，是導致終末期腎病發病和死亡的主要原因[4]。糖尿病腎病的病理主要包括腎小球硬化、腎小管間質纖維化及腎血管病變，其中最主要的是腎小管間質纖維化的改變，總之，糖尿病腎病的病理改變復雜深奧，呈慢性進行性發展，腎衰竭是大多數糖尿病腎病患者結局，且病死率高。近年來的研究表明SIRT1與糖尿病腎病的發生發展密切相關，SIRT1參與了氧化應激、炎癥、損害自噬、缺氧、異常血管生成、細胞凋亡和腎素-血管緊張素-醛固酮系統激活等導致糖尿病的腎臟損害的全部過程[5]，實驗發現，高級糖基化終產物通過減少腎小球系膜細胞的SIRT1的表達來促進糖尿病腎病的病理進展[6]，而SIRT1可削弱高血糖引起的p3、p53以及裂解化的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3表達的增加，顯著阻斷糖尿病腎病的進展，從而緩解糖尿病的惡化。足細胞是腎小球血液濾過屏障的重要組成部分，糖尿病腎病白蛋白的減少和腎小球濾過功能中足細胞具有重要作用，SIRT1通過靶向緊密連接蛋白1抗體可保留足細胞功能，從而可減少糖尿病腎病蛋白尿的增加，阻止糖尿病腎病的進程。也有研究發現，高葡萄糖誘導的腎小管上皮細胞氧化應激和細胞凋亡在糖尿病腎病的發病機理中起著重要作用[7]，在Yue Wang等[8]的研究中也證實了p53/microRNA-155-5p/SIRT1環在DKD中腎小管的損傷和腎臟的纖維化。綜上可見，SIRT1有望成為糖尿病腎病治療的新靶點。

1.2 SIRT3與糖尿病腎病

被SIRT3修飾過的羊水干細胞可使糖尿病腎病小鼠的腎小球存活并減少腎纖維化[9]，這也說明SIRT3與糖尿病腎病的發生發展也有很重大的關系。在Wang XX等[10]小鼠研究中表明，通過G蛋白偶聯膽汁酸受體5激動劑INT-777激活SIRT3后可減少氧化應激和脂質沉積，進而可減少糖尿病小鼠蛋白尿、系膜擴張、纖維化和腎臟中CD68巨噬細胞浸潤；Sirt3的過表達可激活AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)途徑，從而增強受體C輔激活因子 1A相關的線粒體保護系統、持續的氧化還原平衡和封閉的caspase-9參與的凋亡途徑，從而可延緩糖尿病腎病的進展[11]。腎臟的纖維化是糖尿病腎病發展的主要病理改變，SIRT3的缺陷可激活M2型丙酮酸激酶(PKM2)二聚體的形成和缺氧誘導因子1a的積累，這些物質可以加速受損的纖維化腎上皮細胞的代謝。SIRT3對于糖尿病腎病的發生發展機制也引發了我們對糖尿病腎病的治療方法的新的思考，中草藥厚樸的提取物和厚樸酚就是其中一種，和厚樸酚具有多種生物學活性，在Monica Locatelli[12]等研究中表明，和厚樸酚可通過激活線粒體SIRT3，達到抗氧化、抗炎和抗纖維化作用，從而使糖尿病腎病小鼠足細胞和腎小球免受損害。

1.3 SIRT6與糖尿病腎病

SIRT6與很多代謝性疾病有關，對于血糖、糖酵解、糖異生等的動態平衡有很大的作用。Sirt6缺失會引起腎小球變化，包括炎癥和足細胞損傷，從而導致進行性足細胞消耗和蛋白尿[13]，也有研究表明線粒體的功能障礙在高血糖誘導的足細胞損傷中起重要作用，SIRT6過表達通過激活AMPK，減弱了高糖誘導的足細胞線粒體功能障礙和凋亡，SIRT6也參與了高糖治療中促炎介質的減少、肌動蛋白細胞骨架紊亂的改善和足細胞凋亡的衰減[14]。腎臟巨噬細胞蓄積與2型糖尿病腎病的進展有關，Sirt6通過激活M2巨噬細胞，在模擬的糖尿病腎微環境中保護足細胞免受損傷[15]，從而減少糖尿病腎病的發生發展。觸珠蛋白復合物導致轉錄因子Nrf2的藥理作用可作為治療漏斗導致M1巨噬細胞向M2巨噬細胞的誘導轉換并改善糖尿病患者的腎臟功能[16]。

2 SIRTS與急性腎損傷

2.1 SIRT1與急性腎損傷

急性腎損傷(AKI)是指突發性腎功能衰退(48小時以內)，是臨床上常見的急危重癥，其主要機制是缺血再灌注損傷。AKI的發病特點是初始發病率高、死亡率高[17]。AKI的年死亡率目前超過50%，并且高于乳腺癌和前列腺癌、心力衰竭和糖尿病的死亡率[18]。急性腎損傷的發生率大約是終末期腎臟的十倍，而短期死亡率超過40%。SIRT1對急性腎損傷的保護作用已被眾多研究人員重視，Zhang J[19]等研究表明銀杏苷元可以通過抑制核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強信號通路激活SIRT1，阻止脂多糖誘導的急性腎損傷；在嚴重燒傷引起的急性腎損傷中，研究表明，褪黑素可減輕氧化應激、炎癥和凋亡，同時增加SIRT1的表達，而抑制SIRT1的表達可使褪黑素的保護作用失效[20]。眾所周知，應用癌癥化療藥物順鉑的腎毒性不良反應明顯，能夠降低過氧化物酶、線粒體的數量和功能，以及增加活性氧(ROS)的產生，從而誘導腎小管上皮細胞的凋亡，導致急性腎損傷，而近端腎小管和體外培養的HK-2細胞中過表達SIRT1可減輕順鉑誘導的細胞凋亡。多項研究表明，SIRT1對缺血性再灌注損傷、腎毒性藥物、膿毒血癥引起的AKI具有保護作用。

2.2 SIRT3與急性腎損傷

膿毒血癥是AKI的常見原因，在艾晨牧[21]等研究表明激活胰高糖素樣肽-1受體可以顯著減輕膿毒癥小鼠腎臟炎癥反應及細胞凋亡，并改善其腎功能，其可能通過激活 SIRT3 發揮保護作用，這能說明SIRT3對急性腎損傷是有保護作用的，急性腎損傷的病理機制主要是線粒體的損傷，SIRT3失活可使腎小管上皮細胞線粒體中SOD2和p53蛋白乙酰化的升高，而它們的升高是缺血/再灌注(I / R)誘導的AKI發病的重要信號[22]，從而也加劇了AKI的進展。在Wenyu Zhao[23]等的小鼠cecal結扎模型中表明，SIRT3過表達促進該模型下的小鼠自噬，可上調p-AKMP，下調p-mTOR，減弱膿毒癥誘導的AKI、腎小管的細胞凋亡以及炎癥細胞因子在腎臟中的積聚。隨著含碘造影劑在臨床診療過程中使用的普遍化，造影劑急性腎損傷(contrast-induced acute kidney injury，CIAKI)已成為最常見的醫院獲得性腎損傷之一。在張慶海[24]等的SIRT3-KO小鼠建立CIAKI小鼠模型研究中表明，內源性SIRT3缺失與CIAKI的加重有聯系，主要機制為其缺失加重CIAKI小鼠腎臟皮質的病理學損傷、提高 CIAKI小鼠腎臟皮質氧化應激水平、加重CIAKI小鼠的細胞凋亡。

2.3 SIRT6與急性腎損傷

SIRT6對急性腎損傷也有保護作用。在體內和體外實驗中均表明，SIRT6的過表達在腎功能障礙、炎癥和凋亡方面可減輕順鉑誘導的腎臟損傷，而其敲除會加重腎損傷[25]，此外，SIRT6與細胞外信號調節激酶1、細胞外信號調節激酶2的啟動子結合，在Lys9位點去乙酰化組蛋白3，從而抑制ERK1/2的表達，而其表達活性的抑制可消除SIRT6敲除引起的腎臟損傷的加重。SIRT6主要位于細胞核中，對細胞的凋亡、自噬等有重要的作用，SIRT6基因的沉默會促進細胞凋亡和誘導自噬[26]。細胞周期中也發現在腎小管上皮細胞中，Sirt6的過表達減弱了TECs中低氧觸發的損傷和G2 / M期阻滯[27]。現在部分急性腎功能損傷藥物的藥理作用也是通過SIRT6達成，如異Orientinin通過SIRT1 / SIRT6-Nrf2途徑減弱順鉑誘導的腎毒性[28]。

3 SIRTS與腎臟衰老

3.1 SIRT1與腎臟衰老

衰老是生物體遺傳和環境等多個因素的作用下影響著全身的一個過程，包括細胞、器官、系統等。導致衰老的主要途徑有三：端粒引起來的復制性衰老、致癌基因誘導的衰老和應激性的衰老[29]。腎臟是衰老過程中人體器官中變化最為明顯的器官之一，正常人在超過 40 歲后，腎小球濾過率平均每年下降1%。近年來，SIRT1已被眾多學者認為是長壽和抗衰老的重要因子，同樣，對腎臟的抗衰老作用也起著至關重要的調控作用。細胞衰老的普遍特征就是清除代謝廢物的功能減退，導致受損蛋白質、細胞器過度積累而降低細胞的生存能力。自噬會加速細胞衰老[30]，研究表明，一方面，SIRT1 可以活化自噬信號途徑中的關鍵信號分子提高腎臟細胞自噬水平；另一方面，在叉頭蛋白3A抗體參與下，SIRT1 還可以調控近端腎小管上皮細胞自噬，延緩腎臟衰老[31]。腎臟中足細胞SIRT1表達的降低加劇了衰老小鼠腎臟中年齡引起的腎小球硬化和白蛋白尿并增加了足細胞損失[32]。

3.2 SIRT3與腎臟衰老

在SIRT3基因中可以發現增加SIRT3表達會導致長壽的單核苷酸多態性，從而對人類的衰老進行調節作用。在腎臟衰老的發生中，SIRT3活性與維持線粒體能量穩態和近、遠端小管室的抗氧化防御有關[33]。衰老也與代謝副產物活性氧(ROS)水平有關，SIRT3可以通過快速平衡ROS的水平，并同時激活長期轉錄程序來保護細胞免受氧化損傷[34]。延緩衰老的關鍵因素之一其中也包括線粒體功能的改變，而研究發現抑制SIRT3乙酰化可改善線粒體SIRT3功能，從而可治療老年和肥胖小鼠的線粒體相關疾病[35]。

3.3 SIRT6與腎臟衰老

沉默信息調節因子2(SIR2)是酵母中CR熱量限制(CR)是誘導的延長壽命的關鍵介質之一，SIRT6是SIR2家族中關鍵的成員，它被證明可控制新陳代謝、DNA損傷修復和衰老。SIRT6 在調控DNA修復、端粒維護、炎癥反應以及癌癥的發生與發展等方面發揮重要作用，因而對于機體的長壽與健康非常重要[36]。Wenhuang[37]等的SIRT6敲除小鼠的實驗中發現SIRT6在小鼠腎臟中表達，其缺失會導致進行性腎臟炎癥、腎小細球肥大、足胞結構和功能喪失以及纖維化。SIRT6可以靶向多種關鍵的長壽途徑和代謝相關蛋白，如，胰島素樣生長因子-AKt信號通路、37AP-1、38Hifla39和mTOR，通過這種方式，SIRT6表達的改變可能導致幾個效應因子的協同作用，從而調節細胞的狀態，使NF-KB移位而延緩細胞衰老。

4 SIRTS靶向治療腎臟疾病的可能

眾多研究表明SIRT1-7是許多老年性疾病如腎臟疾病、神經退行性疾病、心血管系統等的治療和預防的靶點，隨著對SIRTS的認識和了解，人們對調節SIRTUIN活性的分子的產生和開發也產生了濃厚的興趣。多酚白藜蘆醇(RSV)是天然的多元酚類物質，在紅葡萄皮、紅酒及漿果類等物質中含量豐富，具有抗氧化、抗凋亡、抗炎癥、抗腫瘤等作用，作為SIRTUIN激活劑可以預防多種疾病，如糖尿病、腎臟疾病、神經系統疾病等。人們發現RSV間接激活SIRT1是通過AMPK的激活介導的，AMPK可作為主要的初始傳感器，增加NAD+水平，從而誘導SIRT1導致過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α和叉頭轉錄因子更高的乙酰化。大量實驗表明，RSV可通過多種信號通路可改善糖尿病腎病的脂毒性、氧化應激、細胞凋亡和內皮功能障礙，并且能預防糖尿病腎病[38]。SRT1720是Milne等人發現的比RSV更能有效刺激SIRTUIN活性的小分子，它們在結構上與RSV無關，但其結合并激活受體的部位與RSV相同，氨基酸183-225N-端的核心域是其重要的結合位點。SRT1720屬于NAD+依賴性脫乙酰化酶，可增加SIRT1底物在體內和體外的去乙酰化，故SRT1720比RSV激活能力更強。Jung-Yeon Kim[39]等藥理研究表明，SRT1720可激活SIRT1，通過抑制細胞凋亡，顯著減少順鉑處理小鼠的急性腎功能衰竭和組織病理學的改變、氧化應激、炎癥等。SRT2014是一種最新發展起來的SIRT1激活劑，能夠更好地控制炎癥反應，也在減脂方面有很好的展望。鄭海瑞[40]等研究中表明SRT2104 通過對SIRT1 /P53 /NRF-2 通路的激活，可降低DN小鼠腎纖維化、腎炎癥及腎氧化應激，改善腎損傷。此外，還有研究表明，BF175作為新的SIRT1激活劑可以誘導足細胞中SIRT1表達的誘導或SIRT1的激活減弱了糖尿病小鼠中的蛋白尿和足細胞損傷[41]。

5 展望

腎臟疾病是全球性的健康問題，多數腎臟疾病的最終結局多將走向腎衰竭，對人類的身心健康、生活質量均造成了極大的負面影響。SIRTUINS家族蛋白具有調節代謝、基因調控、氧化應激等多種生物學功能，對腎臟疾病中的保護作用在體外研究已經得到了明確的肯定，近期研究較多的SIRT1、3、6蛋白對部分腎臟疾病的保護機制在此篇綜述中也做出了簡要的討論。RSV、SRT1720、吡啶類化合物等是目前已研究出來的SIRTS激活劑，多項小鼠等體外實驗已明確了SIRT激活劑可以有效的保護腎臟疾病，但目前臨床上針對腎臟疾病的SIRT靶向治療藥物仍研究較少。因此深入研究SIRTUINS的生物學特性和功能、以及其在腎臟疾病中參與的信號通路和特定靶點，從而有助于研究更多SIRTUINS激活劑和靶向藥物針對于慢性腎臟疾病的預防和治療。