SIRT1調控氧化應激的研究進展

劉 旺，周琴怡，莫志勇，李 峰

(南華大學附屬南華醫院，湖南省衡陽市 421002)

氧化應激被認為是損傷細胞的重要因素，通常是由活性氧(reactive oxygen species，ROS)過度生成所致。在生理情況下，ROS產生水平很低，并可被內源性抗氧化系統清除，而當人體暴露在氧化應激環境下，體內產生ROS超過內源性抗氧化系統能力時，隨后導致細胞氧化應激損傷，誘導細胞凋亡，從而表現為各種臨床疾病，包括：認知障礙、精神障礙、退行性疾病以及心、腦、肺、肝等臟器疾病。沉默信息調節因子1(silent information regulator of transcription 1，SIRT1)是一種保守的、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶。近年來研究表明，SIRT1在抗氧化應激損傷中發揮重要作用，其機制可能與其去乙酰化作用于不同靶基因、靶蛋白有關。本文從SIRT1的生物學功能、SIRT1調控不同靶基因、靶蛋白抗氧化應激損傷方面進行綜述，了解SIRT1在抗氧化應激損傷機制的作用，更好地將SIRT1作為一個靶點服務于臨床氧化應激相關疾病。

1 SIRT1的生物學功能

Sirtuin家族于2000年首次在哺乳動物中發現，由于其可調控原核及真核生物的重要代謝途徑，從而參與了細胞存活、衰老、增殖、凋亡、DNA修復、細胞代謝和氧化應激等多種生物學過程[1]。目前公認的家族成員包括：SIRT1～7，其中SIRT1最具有代表性，因而研究最多。SIRT1是一種去乙酰化酶，基因主要定位于染色體10q22.1，全長為33 660 bp，可編碼相對分子質量約為120 kDa的蛋白，其結構主要由N-末端、催化核心、別構部位、C-末端四部分組成，其中別構部位和催化核心構成了SIRT1的活性中心，具有去乙酰化作用。目前多項研究表明，SIRT1可通過調控細胞核因子(nuclear factor-κB，NF-κB)[2]、叉頭轉錄因子1(forkhead box class O1，FOXO1)[3]、P53[4]、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PGC-1α)[5]、核轉錄因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)[6]、缺氧誘導因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)[7]、腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK)[8]、內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric synthase，eNOS)[9]、Ku70[10]、P66Shc[11]等多種靶基因、靶蛋白(圖1)，進而在氧化應激損傷中發揮重要作用。SIRT1也參與了細胞凋亡和衰老、基因轉錄、新陳代謝等多種生理功能的調節。

圖1 SIRT1抗氧化應激損傷的作用示意圖SIRT1通過作用于不同靶基因、靶蛋白，從而發揮抗氧化應激損傷的作用。

2 SIRT1調控不同靶基因、靶蛋白抗氧化應激損傷

2.1 SIRT1調控NF-κB

NF-κB是一種核轉錄因子，由p50，p52，RelA/p65，cRel和RelB五個亞基組成，與DNA特異序列的結合來調節相關基因轉錄[12]，從而在調控氧化應激、炎癥反應、細胞周期、凋亡中發揮重要作用。活化的NF-κB因子可激活炎癥因子，對人體造成損傷，同時又可促進ROS的產生，損傷組織器官且進一步促進炎癥因子的表達。在正常情況下，NF-κB與其抑制性蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB, IκBα)在胞質結合形成無活性復合物，當受到刺激時，IκB激酶使IκBα磷酸化而釋放NF-κB，然后活化的NF-κB進入細胞核，與相應的啟動子基因靶點結合促進轉錄。Li等[2]研究表明，SIRT1可去乙酰化RelA/p65，使NF-κB與IκBα結合，抑制NF-κB的轉錄活性，從而減少炎癥因子的表達。因此，本文認為SIRT1可通過去乙酰化抑制NF-κB的轉錄活性，從而抗氧化應激損傷。

2.2 SIRT1調控FOXO1

叉頭轉錄因子家族(forkhead box class Os,FOXOs)在哺乳動物內主要有四種，分別為：FOXO1、FOXO3、FOXO4、FOXO6。其結構由高度保守的叉頭DNA結合區、DNA結合區下游核定位信號區、N端的核輸出序列叉頭區及高度無序區四個部分組成，其活性受到磷酸化、乙酰化、泛素化等多種方式調節。研究表明FOXO1可通過調控下游靶基因如：錳超氧歧化物酶(Mn-superoxide dismutase，Mn-SOD)、過氧化氫酶等，清除過量的ROS，從而減輕細胞氧化應激損傷[13]。Yao等[3]研究表明，SIRT1可通過去乙酰化激活FOXO1，減輕H2O2所致的細胞氧化應激損傷，抑制成骨細胞凋亡。因此，本文認為SIRT1可通過去乙酰化激活FOXO1而抗氧化應激損傷。此外，在Xiong等[14]的研究中表明FOXO1亦可提高SIRT1的表達水平。可見其自身反饋可能參與了FOXO1依賴的SIRT1轉錄和SIRT1介導的FOXO1去乙酰化。

2.3 SIRT1調控P53

P53是一種應激反應轉錄因子，同時也是一種重要腫瘤抑制因子，在細胞周期、凋亡、自噬、氧化應激、DNA復制等方面發揮重要作用。P53可通過調節不同靶蛋白如：P53誘導蛋白、還原型煙酰胺腺嘌呤雙核苷酸磷酸(nicotinamide)的胞質亞單位NCF2/p67phox、p66Shc、Bax等促進氧化應激損傷，誘導細胞凋亡[15]。Kim等[16]研究發現，H2O2誘導的氧化應激環境增加了P53基因的表達和積累，而SIRT1的激活降低了P53的活性。Lin等[4]的研究證實，SIRT1可通過去乙酰化P53，抑制P53活化，從而保護腎小管細胞免受氧化應激損傷，減少細胞凋亡。因此，SIRT1可通過去乙酰化抑制P53活性，減少氧化應激損傷所致的細胞凋亡，從而抗氧化應激損傷。

2.4 SIRT1調控PGC-1α

PGC-1α是過氧化物酶體增殖活化受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR-γ)的輔助活化因子，其結構主要由N-末端、活性區域、調節結構域、C-末端四部分組成。PGC-1α在抗氧化應激系統中起關鍵作用，其活性受到磷酸化、乙酰化、泛素化等多種方式調節[17]。研究表明，PGC-1α可能通過清除過量ROS、誘導抗氧化酶的表達、以及維持線粒體功能等發揮抗氧化應激損傷[18]。Tang[5]的研究發現SIRT1可通過去乙酰化PGC-1α而發揮調節代謝紊亂作用，減輕外界刺激所致的細胞損傷。Liang等[19]研究表明，SIRT1通過去乙酰化激活PGC-1α，清除氧化應激導致的ROS，減輕腸道氧化應激損傷。因此，SIRT1可通過去乙酰化激活PGC-1α的表達，從而抗氧化應激損傷。

2.5 SIRT1調控Nrf2

Nrf2是一種亮氨酸轉錄因子，由Neh 1-6六個結構域組成，在抗氧化反應元件(antioxidant response element，ARE)依賴的防御基因的轉錄調控中起著極其重要的作用。在生理情況下，Nrf2在胞質與抑制蛋白Keap1結合并以無活性的Nrf2-Keap1復合物形式存在，而當受到刺激時，Nrf2與Keap1解離進入細胞核內，與ARE相互作用，調節抗氧化基因如：谷胱甘肽S轉移酶(glutathione stransferase，GST)、葡萄糖醛酸轉移酶、血紅素氧合酶等的表達，從而抗氧化應激損傷[20]。Tang等[6]研究表明，SIRT1可通過去改變Keap1的結構來激活Nrf2，導致Nrf2核轉移，從而促進抗氧化基因的表達。此外，Huang等[21]的研究發現，白藜蘆醇通過增加SIRT1的表達，可直接促進Nrf2的去乙酰化和隨后的激活，最終導致Nrf2靶基因的上調以及更高的抗氧化能力。因此，SIRT1可通過直接或間接作用激活Nrf2，調節抗氧化基因表達，進而抗氧化應激損傷。

2.6 SIRT1調控HIF-1α

缺氧誘導因子家族(hypoxia induceble factor，HIF)包括HIF1、HIF2、HIF3三種，當組織缺氧處于氧化應激、炎癥狀態時，HIF表達增高。HIF可調節多種靶基因如：促紅細胞生成素、血管內皮生長因子以及各種糖酵解酶，從而在血管形成、能量代謝、細胞存活、凋亡、維持細胞在缺氧條件的穩定性上發揮重要作用[22]。研究表明，HIF-1α的激活與氧化應激有關，可通過直接或間接作用調節ROS的形成[23]。目前，SIRT1調控HIF1在缺血再灌注誘導的氧化應激中研究較多。Shin等[7]在研究中發現，SIRT1升高后HIF-1α乙酰化水平降低，且當敲低SIRT1后，HIF-1α乙酰化水平明顯升高，說明SIRT1通過調控HIF-1α乙酰化水平來抗肝臟缺血再灌注損傷。因此，SIRT1可通過調控HIF-1α，在氧化應激中發揮調節作用。

2.7 SIRT1調控AMPK

AMPK即AMP活化蛋白激酶，其活性是代謝動態平衡的主要調節因子，常在缺血、缺氧等氧化應激條件下被激活。AMPK可被肝臟激酶B1(liver kinase B1，LKB1)激活，激活后的AMPK可通過促進胰島素敏感性、脂肪酸氧化和線粒體生物合成，產生ATP，從而減輕氧化應激損傷。研究表明SIRT1的過表達可導致LKB1的去乙酰化，從細胞核轉移到細胞質，從而激活AMPK[24]。Wang等[8]的實驗表明SIRT1激動劑SRT1720通過上調SIRT1可增加AMPK的表達，提高2型糖尿病大鼠抗氧化能力。由此可見，SIRT1可通過調控LKB1進而激活AMPK，從而抗氧化應激損傷，促進細胞存活。此外，有研究表明，SIRT1與AMPK是可以相互調節的，而且兩者可分別通過乙酰化和磷酸化直接影響PGC-1α的活性[25]，從而發揮抗氧化應激損傷作用。

2.8 SIRT1調控eNOS

eNOS主要在內皮細胞中表達，在心臟、血管氧化應激中發揮重要作用，其機制主要是通過產生一氧化氮(nitric oxide，NO)和抑制ROS的生成。而在氧化應激環境中eNOS功能發生障礙，導致ROS的生成增多，抑制NO的生物活性且不再產生NO。研究發現SIRT1在調節eNOS活性中起重要作用，通過上調SIRT1可以降低eNOS乙酰化(失活狀態)，增強eNOS磷酸化(激活狀態)[9]。而且在目前各種缺血再灌注模型中，SIRT1/eNOS通路的激活已被證明能抑制氧化應激反應，從而改善缺血再灌注損傷。如：Li等[26]的體內外實驗表明，通過激活SIRT1/eNOS通路可減少ROS的產生，抑制氧化應激反應，改善心肌缺血再灌注損傷。此外，在Guo等[27]的研究中發現激活SIRT1/eNOS通路可抑制H2O2誘導的氧化應激損傷，保護內皮細胞。因此，SIRT1可通過去乙酰化激活eNOS，從而抗氧化應激損傷。

2.9 SIRT1調控Ku70

Ku70是一種DNA修復蛋白，參與各種刺激所致的DNA損傷修復、細胞凋亡等。各種氧化應激損傷都可能導致DNA損傷。Takata等[28]研究表明，在通過輻射直接或間接氧化應激導致的DNA損傷后，Ku70蛋白表達明顯升高，表明Ku70在輻射所致的DNA損傷過程中密切相關。Jeong等[10]在對輻射誘導的DNA損傷研究中發現，SIRT1通過去乙酰化Ku70，增強了輻射后DNA修復活性。此外，在生理條件下，促凋亡蛋白Bax與Ku70相結合，當受到氧化刺激時，Ku70發生乙酰化，兩者發生解離，然后解離后的Bax定位線粒體膜，促進細胞凋亡。研究表明[29]，SIRT1可使Ku70去乙酰化，使其與Bax的相互作用加強，進而減少Bax轉移到線粒體膜上而減少大鼠生殖細胞凋亡，從而減輕細胞氧化應激損傷。因此，SIRT1可通過去乙酰化調控Ku70，從而抗氧化應激損傷。

2.10 SIRT1調控p66Shc

p66Shc是哺乳動物原癌基因ShcA蛋白家族一員，由于具有發揮氧化還原酶作用的膠原增殖學結構，因而在線粒體ROS的產生和對氧化應激信號的凋亡反應中發揮重要作用。研究發現p66Shc可通過激活NADPH氧化酶、下調抗氧化酶表達以及促進線粒體產生ROS等機制來增加細胞ROS水平，從而導致細胞氧化應激損傷[30]。Chen等[31]發現當SIRT1被抑制或敲除時，在氧化應激條件下，p66Shc的mRNA及蛋白表達升高，而SIRT1過表達時則抑制了p66Shc的上調。Zhou等[32]發現，SIRT1對P66Shc表達的調控主要是通過去乙酰化P66Shc啟動子區域，從而抑制P66Shc的轉錄和表達。此外，Yan等[11]發現P66Shc的表達與SIRT1的表達呈負相關，且SIRT1介導的P66Shc表達抑制可以減輕肝臟缺血再灌注損傷。這些實驗結果表明，P66Shc是SIRT1的靶點，其表達可以通過SIRT1的上調而降低。因此，SIRT1可通過去乙酰化調控P66Shc，從而抗氧化應激損傷。

3 總結與展望

綜上所述，SIRT1可通過調控多種不同靶基因、靶蛋白，減輕各種氧化應激導致的細胞、組織損傷，從而參與機體的多種生理病理過程，在多種生物學過程中發揮重要作用。但氧化應激損傷是一個復雜的病理過程，其機制龐大而復雜，除了受到SIRT1影響之外，還受到其他因素的影響，各種抗氧化應激損傷機制間相互聯系，相互調節，且目前已知的激活SIRT1表達的化合物較少。因此，未來應該更加深入了解SIRT1抗氧化應激損傷的具體分子機制，完全闡明SIRT1的作用，并開發能夠調節其作用的藥物，這對于治療臨床氧化應激所致相關疾病具有重要的意義。