SIRT1在神经退行性疾病中的作用研究新进展

朱惊雷，李清华，魏小莉，曾爱源

(桂林医学院附属医院，广西桂林541001)

SIRT1是高度保守的去乙酰化酶家族成员，是酵母沉默信息调节因子Sir2的同源物。SIRT1具有组蛋白/非组蛋白去乙酰化酶活性，通过其可逆的乙酰化—去乙酰化循环反应参与调节多种细胞功能，可参与抗凋亡、抗炎、抗氧化应激、调节能量代谢、调控细胞周期等过程。近年来，其在神经退行性疾病中的作用受到越来越广泛关注，本文就SIRT1在神经退行性疾病中的作用研究新进展作一综述。

1 SIRT1概述

SIRT1位于细胞核内，通过激活过氧化物酶体增生物激活受体γ共激活剂-1α(PGC-1α)参与调节组蛋白去乙酰化酶与mtDNA结合活性，调节线粒体生物合成及代谢，修复线粒体缺失，维持线粒体稳态，在细胞能量代谢、DNA损伤修复、细胞周期控制、抑制细胞凋亡、抗氧化逆境和延长细胞寿命方面发挥极为重要的调控作用［1］。SIRT1除了去乙酰化组蛋白，还可以作用于人叉头框蛋白(FoxO)，肿瘤坏死因子α(TNF-α)，组织核因子 κB(NF-κB)，p53 等非组蛋白底物，在抑制细胞凋亡方面发挥重要作用［2，3］。

2 SIRT1与神经退行性疾病

近来研究证实，神经退行性疾病具有类似的发病机制，如氧化应激、蛋白质的错误折叠、能量代谢障碍、转录异常等在神经退行性疾病的发病过程中具有重要作用［4］。因此，针对神经退行性疾病的发病机制，探寻有效的治疗方法成为神经退行性疾病研究的焦点。SIRT1作为一类依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的去乙酰化酶Sirtuins家族的重要成员，具有抗细胞凋亡、抗老化以及调节细胞转录、能量代谢等作用，近年来逐渐应用在老年性痴呆(AD)、帕金森病(PD)、多聚谷氨酰胺疾病(polyQ疾病)、运动神经元病(MND)等神经退行性疾病的治疗研究中。

2.1 SIRT1与AD AD是一种老年人中常见的神经退行性疾病。该病隐匿起病，主要表现为缓慢进展的记忆力下降，言语和认知功能障碍。AD的病理改变主要表现为细胞外的老年斑，细胞内的神经原纤维缠结(NFTs)和海马神经元丢失。老年斑主要是由β-淀粉样蛋白(Aβ)异常折叠后聚集所形成，而NFTs是命名为tau的细胞骨架相关蛋白异常磷酸化后的聚集体。AD的发病机制中免疫炎性反应可能具有重要作用，其可以通过促发神经化学级联反应，导致Aβ与tau蛋白聚集，激活补体，释放细胞因子而产生神经细胞毒性［5］。近年来的研究证实，SIRT1可参与调节Aβ降解。过表达SIRT1或通过NAD+增强SIRT1活性可以减少Aβ在小鼠初级神经元的数量，而将SIRT1基因敲除后，小鼠中Aβ的数量则显著增加，提示SIRT1的表达可以促进Aβ的降解［6］。在细胞模型中，SIRT1激活剂白藜芦醇(RESV)可以通过蛋白酶体途径介导细胞内Aβ降解，有研究者推测此作用与Rho激酶(Rock1)表达减少相关，后者是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，通过Rock1信号途径磷酸化肌动蛋白抑制蛋白可以抑制异常折叠蛋白聚集，起到神经保护作用［7］。另外，在线虫模型中，通过调节Sir2下游转录因子DAF-16，减弱insulin/IGF-1信号通路作用，可以使Aβ聚集体形成增多，保护线虫不受Aβ毒性影响。SIRT1对tau蛋白降解也有作用。研究人员在AD患者的大脑中发现了被称为“p25”的特殊蛋白质，p25为细胞周期依赖性蛋白激酶5(Cdk5)的激活剂，p25和Cdk5形成的复合体p25-Cdk5可以使tau蛋白过度磷酸化，并最终导致NFTs形成。在利用p25过表达构建的转基因AD小鼠中发现，与凋亡密切相关的p53被显著乙酰化，进而被Cdk5/p25磷酸化，促进了神经元凋亡，而给予这种小鼠SIRT1激动剂RESV则可以抑制p53与PGC-1α的乙酰化反应，使p53乙酰化减少，从而抑制海马中的神经元变性，减轻小鼠的学习障碍表现;在细胞模型中，RESV使p53去乙酰化后可以促进神经细胞存活，而用RNA干扰敲除SIRT1则会阻断泛素—蛋白酶体以及自噬—溶酶体通路对磷酸化的tau蛋白降解，致使毒性的磷酸化的tau蛋白蓄积［8］。

2.2 SIRT1与PDPD是一种中老年人常见的以黑质纹状体多巴胺能神经元进行性缺失和纹状体多巴胺含量明显减少为特征的神经退行性疾病。临床症状主要表现为静止性震颤、运动迟缓、肌强直、姿势步态异常等特征。路易小体的出现是多巴胺能神经元退行性病变的重要特征，路易小体内主要包含α突触核蛋白(α-synuclein)单体及其聚集形成的寡聚体。SIRT1在PD中的作用近年来被越来越多的研究所证实［9］。在PD细胞模型中，SIRT1激活剂RESV可以促进具有毒性的α-synuclein聚集，形成较大的、毒性较弱的聚集体，从而被自噬—溶酶体通路降解，促进细胞存活。大量PD患者及PD动物模型研究表明，PD中神经变性与氧化应激及线粒体功能缺失有关［10］。PGC-1α与线粒体功能关系密切，可以增强线粒体抗氧化应激的能力。SIRT1可以通过调节PGC-1α对PD小鼠起保护作用。研究证实，当小鼠敲除PGC-1α基因后，小鼠神经元对毒素的敏感性明显增加。在PD模型中，突变的α-synuclein可以抑制PGC-1α表达，导致线粒体缺失，抑制神经元抗氧化应激的能力，而SIRT1过表达则可以激活PGC-1α转录，从而增加线粒体密度，增强神经元抗氧化应激的能力，有利于减轻突变的α-synuclein神经毒性，抑制多巴胺能神经元变性［11］。

2.3 SIRT1与polyQ疾病PolyQ疾病是一组因疾病基因编码区内编码谷氨酰胺的CAG三核苷酸重复序列异常扩增所致的遗传性的神经退行性疾病，包括亨廷顿舞蹈病(HD)和遗传性脊髓小脑型共济失调3型(SCA3/MJD)等9种疾病。SIRT1可以调节与HD发病机制相关的PGC-1α而起神经保护作用。研究发现，在HD患者脑内，PGC-1α表达水平较正常人低;在HD转基因小鼠模型中，将PGC-1α基因敲除后，小鼠纹状体神经元变性进一步加重，运动功能进一步受损［12］。而用SIRT1激动剂RESV对HD转基因小鼠模型进行干预或直接过表达PGC-1α则可以抑制突变的HD致病蛋白htt神经细胞毒性，从而抑制纹状体神经元变性。另外，DNA双链断裂(DSBs)是严重的DNA损伤事件，正常情况下，基因组DNA可以通过DNA依赖的蛋白激酶(DNA-PK)进行自我修复。Ku70是DNA-PK的辅助亚基，在DNA-PK对双链DNA断裂修复过程中具有重要作用。最近，在HD转基因小鼠模型中发现，突变的htt可以作用于DNA-PK中的Ku70，损害其非同源末端连接功能，从而使得 DNA-PK对DNA的修复能力下降，导致DSBs蓄积。而过表达Ku70，则可以提高DNA-PK对DNA修复能力，抑制突变的htt诱导的小鼠神经元变性［13］。同样，在对SCA3/MJD疾病的研究中发现，过表达Ku70可以抑制突变的SCA3/MJD致病蛋白ataxin-3的神经细胞毒性，但这种作用有赖于其乙酰化水平，当Ku70被乙酰化后，则失去了这种作用。而使去乙酰化酶SIRT1过表达或给予SIRT1激动剂RESV使Ku70去乙酰化，则突变的ataxin-3的神经细胞毒性被显著抑制。所以我们有理由推测，SIRT1对HD转基因小鼠模型的保护作用，或许也是因为其对Ku70的去乙酰化作用。

2.4 SIRT1与MND MND是一组病因未明的选择性侵犯脊髓前角细胞、脑干后组运动神经元、皮质锥体细胞及锥体束的慢性进行性变性疾病。根据症状不同，分为多种类型，肌萎缩侧索硬化是MND最常见的类型，是一种大脑和脊髓运动神经元选择性受累的神经系统退行性病变，其发病机制与铜/锌超氧化物歧化酶(SOD1)基因突变，氧化应激，神经营养因子缺乏及兴奋性氨基酸介导毒性等机制密切相关。SIRT1对SOD1突变型SOD1(G37R)神经细胞毒性具有明显的抑制作用。使用SOD1(G37R)构建的转基因小鼠模型运动神经元及脊髓轴突严重变性，运动功能明显受损，而用过表达的SIRT1对SOD1(G37R)小鼠进行干预后发现，运动神经元及脊髓轴突变性明显被抑制，小鼠运动功能显著增强，可见SIRT1可以抑制SOD1(G37R)神经细胞毒性。而当使用失去去乙酰化酶催化活性的SIRT1突变形式(H363K)对SOD1(G37R)小鼠进行干预后发现，这种神经保护作用不再存在，说明SIRT1的这种作用同样是依赖其去乙酰化酶活性。

3 小结

SIRT1具有神经保护活性，可以有效治疗神经退行性疾病已经在动物模型中得到证实，下一步将进入临床试验，但其作用机制尚不明确。相信随着对SIRT1研究的不断深入，其在神经退行性疾病中的作用也将越来越明确，也将为神经退行性疾病的治疗开辟新的思路。

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