去乙酰化酶SIRT1抗衰老研究进展对防治老年性聋的启示

翟所强

沉默信息调节因子2(silent information regulator 2,Sir2)相关酶1 (SIRT1)是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotin-amide adenine dinucleotide,NAD)的去乙酰化酶[1](histone deacetylase,HDAC),到目前为止，SIRT1是研究较为深入的一个成员。去乙酰化酶SIRT1是Sir2的同源物，以许多非组蛋白和组蛋白为底物，它与多种细胞生物学功能如基因转录沉默、细胞生长周期调节、能量代谢包括糖异生和脂质累积、胰岛素分泌、血管生成、神经保护、病毒感染以及细胞衰老有着密切关联，所以SIRT1可作为治疗不同疾病的靶点逐渐被人们所重视。更重要的是能量限制可通过增加SIRT1的活性来延长啮鼠动物的寿命, 很可能是所有生物共同的寿命控制基因之一。因此,SIRT1在抗衰老方面具有的重要作用已引起人们高度关注。下面就SIRT1其家族分类、与SIRT1相互作用的蛋白因子、SIRT1和衰老的关系概述如下，相信对防治老年性聋会有较好的启示。

1 Sirtuins家族的分类[2，3]

哺乳动物Sirtuins家族的各个成员的染色体定位、细胞内定位、酶的活性和主要功能见表1。当然,随着科学技术进步和研究的不断深入，Sirtuins家族细胞定位及功能还在不断发现，如有学者报道SIRT1在不同细胞中可能存在核浆的穿梭，以此参与细胞分化或者细胞凋亡。

表1 哺乳动物Sirtuins家族成员在细胞内的分布及主要功能

2 SIRT1的基本特点和理化性质[4，5]

人SIRT1编码基因位于染色体19q22.1，包含9个外显子和8 个内含子，长约33 kb,5‘及3’端各有一个分别为53及1 793 bp的非翻译区。SIRT1由500个氨基酸残基组成，翻译后的蛋白质相对分子质量为60×103,不存在剪切变异体，具有NAD+依赖的脱乙酰基酶的活性。SIRT1属于III型组蛋白去乙酰化酶，与I、II型组蛋白去乙酰化酶不同，III型组蛋白去乙酰化酶依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)而活化。SIRT1是与酵母长寿基因SIR2(silence information regulator2,SIR2)同源基因，所编码的蛋白分子量为120 kDa，它分布在细胞核中，其功能是催化在蛋白的赖氨酸ε位上去乙酰化。由于SIRT1除了使组蛋白去乙酰化外，还使如p53、Ku70和FOXO3a等去乙酰化，它并不专一作用于组蛋白的酶类，因此，一般称之为SIRT1去乙酰化酶。

3 与SIRT1相互作用的蛋白因子[6，7]

SIRT1通过与不同的非组蛋白和组蛋白相互作用来完成不同的生理功能,研究表明这些蛋白包括:P53、Ku70、FOXO6、NF-kB、Smad7、AR、E2F1、Tat、PGC-lα、NcoR、p300、H1、H3、H4,这些蛋白与SIRT1相互作用，在不同细胞和组织内完成下述功能：减少凋亡、促进生存，增加TNF-α诱导的凋亡，促进脂肪动员，应答DNA损伤，增加糖合成，降低转化生长因子β(TGF-β)诱导的凋亡，增加Tat的活性，抗应激，抑制增殖，调节营养利用率，增加胰岛素分泌，参与异染色质形成等；与代谢综合征、衰老、基因稳定性、肿瘤、神经退行性疾病的发生密切相关。

4 SIRT1与衰老

衰老的解释有两种假设：即分化紊乱假设和膜假设，分化紊乱假设认为衰老是一种导致正常基因的活性停止及系统地活化有损害细胞功能的基因的结果；而膜假设则认为衰老与细胞保护机制有效性的下降，并引发氧自由基损伤后修复机制的失灵有关，这种生化和代谢的紊乱进行性积累，其结果造成细胞衰老直至死亡[8，9]。

近十多年来,衰老的分子机制研究取得了骄人业绩,这些业绩的取得主要有益于细胞衰老和模式生物的研究。许多学者通过对酵母、线虫、果蝇和小鼠的一系列研究表明：衰老过程与自由基损伤密切相关。氧自由基是指最外层电子轨道上具有未配对价电子的原子、原子团和分子，常见的有超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基，他们均是氧分子的不完全还原代谢产物，也称活性氧。这些自由基可使蛋白羟基化、脂质过氧化和DNA突变、基因组不稳定而导致衰老，相对长寿的个体或突变体则对自由基的抗性明显增加。

研究表明，SIRT1通过影响p53(转录因子)分子的活性而延缓衰老[10，11]。P53是抑癌基因，它与细胞凋亡和肿瘤的发生发展密切相关，在衰老的过程中也涉及p53通路的活化。在体内和体外实验中也证实SIRT1在抗氧化应激和DNA损伤中起重要作用。

SIRT1除了影响p53的功能外，抑制凋亡作用还通过调节其它蛋白的作用，如调节Ku70、FOXO3a的活性[12]来实现。在细胞凋亡时，修复蛋白Ku70的K331、K539、K542被乙酰化，导致与其结合的Bax释放出来，移位到线粒体中启动凋亡通路，而SIRT1可以使Ku70去乙酰化，结果是明显减少凋亡细胞。FOXO3a的功能之一是可引起细胞凋亡，但是实验中若用H2O2处理293T细胞后可以检测到FOXO3a已明显地乙酰化，SIRT1已和FOXO3a形成蛋白复合体，其结果也是使凋亡的细胞数大大减少。

SIRT1还能与NF-κB(核因子)[13]的Rel/p65亚基结合，使得K310去乙酰化而抑制NF-κB的转录活性。研究还表明在球系膜细胞中，SIRT1可以通过Smad7去乙酰化抑制转化生长因子β(TGF-β)诱导的凋亡。可见，一系列研究成果均表明SIRT1是通过影响某些蛋白、因子的分子生物活性(主要是去乙酰化)而达到延缓衰老的目的。

根据活性氧族产物(reactive oxygen species,ROS)致衰老理论，代谢的下降可以使线粒体中的有氧呼吸产生的ROS减少，因而热量限制(CR)能够延缓衰老。在哺乳动物实验中已观察到CR确实起到了延寿作用[14]，如CR能够延长p53-/-小鼠的寿命，同时在Fischer大鼠也观察到了类似现象。研究表明CR能上调SIRT1,即在哺乳动物CR产生的代谢变化和禁食是相似的，在整体水平上禁食使SIRT1蛋白水平大大提高，从而确立了CR中SIRT1延缓衰老的分子机制作用地位。

众所周知，胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路和衰老是密切相关的，胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路活性的降低能够延缓衰老。普遍认为胰岛素和糖代谢改变是衰老的主因，因为随着衰老的进展，生长激素、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor-1,IGF-1)等多种激素水平将会下降，而人血液中胰岛素的水平可能会升高来应答血糖的升高，结果导致了慢性刺激胰岛细胞的增生，从而产生更多的胰岛素来维持正常的血糖水平。在哺乳动物中，实验研究已证实CR能够增加SIRT1活性，影响胰岛素分泌，改善脂类代谢，而最终延长寿命[15]。

新近学者[16]研究认为：SIRT1在代谢活性组织(肌肉、肝)中可能与干细胞的功能相似，特别是在线粒体和自由基产生方面。通过对干细胞线粒体进行基因、激素、药物等调节可能成为一种有用的研究工具，并且可能延长干细胞寿命，当然，这些研究对人类干细胞移植有极大用途。

5 对防治老年性聋的启示

21世纪被称为“银色世纪”，社会老龄化的趋势越来越明显[17]，老年人口所占比例越来越大，老年性聋的防治亦是摆在我们面前的艰巨任务。老年性聋是一种与机体衰老过程密切相关的局部表现之一，除了其独特性外，与其它组织器官的老化是密切关联的。目前，老年性聋的发病与线粒体基因突变、毛细胞凋亡和神经的退行性变有直接关系，本文阐述的SIRT1则与代谢综合征、基因稳定性、神经退行性疾病的发生有关联，特别是有明显的抗衰老作用，所以SIRT1能否作为治疗老年性聋药物的新靶点给予了我们很大的启示。因此，研究目标可否针对听觉器官中SIRT1的分布、表达及参与的信号通路和底物分子，以及在老年性聋发病中的分子机制，以提供治疗老年性聋的靶标和策略，从而开发抗老年性聋的有效药物，为老年人、为人类造福。

6 参考文献

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