SIRT1与衰老相关疾病的研究进展

李凌娟，李春凤，胡庆亮

（内蒙古大学 生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010021）

1 引言

衰老是指生物体在其生命的后期所进行的包括整体水平、组织细胞水平及分子水平各个层次在内的全身性、多方面、循序渐进的退化过程[1，2]。近几年，衰老机制研究进入分子时代，衰老的内在机制和外在环境对神经退行性疾病、心血管疾病、癌症等多种衰老相关疾病的关系探索已经成为国际上的热点方向并取得了科学性的进步。Sirtuin家族中的SIRT1是目前研究的最深入最彻底的。它是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰化酶，SIRT1除了直接作用于p53、FOXO、NF－κB、PPAR－γ等多种非组蛋白和组蛋白底物参与多种细胞生物学功能外，SIRT1表达水平高低及活性的调节，能量限制等均与衰老相关疾病的病发机理有着紧密联系。本文从内在机制和外在因素等方面就近几年SIRT1与衰老相关疾病的研究进展作一综述。

2 SIRT1的生物学特性

SIRT1（沉默信息调节因子2相关酶1）是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰化酶。SIRT1基因位于10号染色体，cDNA序列含2.4kb的可读框（ORF），有9个外显子，基因组序列约为33kb，编码747个氨基酸，SIRT1蛋白质相对分子量约120kDa，主要分布在细胞核中。SIRT1的功能是催化在蛋白的赖氨酸ε位上去乙酰化，其乙酰化活性酶的活性可以被尼克酰胺、sirtinol、cambinol等抑制[3]，也可以被白黎芦醇、皮素等激活。SIRT1通过与不同的非组蛋白和组蛋白的乙酰化与去乙酰化作用来完成不同的生理功能，它还可以直接参与转录沉默、修饰染色质、调节减数分裂控制点、增加基因组稳定性、抑制rDNA重组，故SIRT1与细胞生长周期调节、能量代谢、血管生成、神经保护、病毒感染以及细胞衰老密切关联。

3 SIRT1与衰老相关疾病研究

3.1 与神经退行性疾病

3.1.1 阿尔茨海默病

阿尔茨海默病（Alzheimer＇s disease，AD）是一种与多基因有关的最常见最具毁灭性的中枢神经系统退行性疾病，其病症包括认知障碍、进行性记忆力丧失、日常生活能力进行性减退，并伴有各种神经精神症状和行为障碍。最近研究显示，SIRT1表达水平及活性的调节对AD有重要影响，淀粉样斑块是AD的一种典型病理学特征，SIRT1可通过抑制NF－κB途径进而抑制小神经胶质细胞依赖β－淀粉样蛋白（Aβ）毒素[4]，SIRT1过表达可以减少Aβ产物和Aβ斑块的形成，而敲除SIRT1的区域 Aβ水平上升[5]。Kim等[7]将海马体内的SIRT1慢病毒注射入毒性共激活剂P25转基因小鼠，发现小鼠对神经退变具有明显的抵抗作用。APPswe／PS1dE9模型小鼠体内SIRT1过表达使其学习和记忆缺失得到改善，而敲除SIRT1则会使上述行为更严重[6]。此外，能量限制也可减少该疾病的病理特征，其分子机制在于SIRT1基因的激活[7]。Qin 等[8]也证实CR能激活SIRT1去乙酰化作用，失活的FOXO3a转录因子作用于Rho相关激酶（ROCK1），ROCK1表达下调促进α－分泌酶活性，减少Aβ沉积。

3.1.2 帕金森氏症

帕金森氏症（Parkinson＇s disease PD）是继AD后一种最常见的运动障碍型神经退行性疾病，主要由大脑黑质中的多巴胺能神经元损失导致机体运动障碍，具体病理可归结为两点：线粒体功能紊乱与氧化应激、蛋白质错误折叠和聚集[9，10]。早有研究结果显示，能量限制（CR）或2－脱氧葡萄糖可以降低多巴胺能神经元损失，提高小鼠运动功能。目前，研究SIRT1与PD的相关性文章并不多见。错误折叠的α－突触核蛋白（SNCA）所组成的路易氏小体的积累可导致PD疾病[11]。最近Donmez等[12]在PD动物和细胞模型研究中发现，SIRT1的过量表达可激活分子伴侣，进而抑制α－突触核蛋白聚合体的产生。在A53TSNCA突变小鼠模型中，SIRT1可使热休克因子1（HSF1）去乙酰化，并上调热休克蛋白70（作为分子伴侣以防止蛋白聚集）RNA和蛋白质水平。另有结果显示，SIRT1可通过激活PGC－1α抵抗α－突触核蛋白神经毒性[13]。Park等[14]发现多巴胺能细胞中SIRT1缺陷减弱细胞凋亡是由神经毒素1－甲基－4－苯基吡啶（MPP＋）诱导的。另外，白藜芦醇可以保护SK－N－BE细胞免受α－突触核蛋白毒性损害[15]。食谱中的氧化白藜芦醇可以降低帕金森样6－羟多巴胺的神经毒性[16]。以上研表明SIRT1可能作为目标靶点参与PD形成过程，但尚需要更多的研究来揭开其保护功能分子机制。另一方面，现有的研究不能完善长寿蛋白的保护功能，Kakefuda等[17]用 MPTP诱导SIRT1转基因小鼠，未发现保护功能。

3.1.3 亨廷顿氏病

亨廷顿氏病（Huntington＇s disease，HD）是一种由编码HTT蛋白的IT－15基因中CAG－三核苷酸重复序列扩增，产生错误折叠和聚合的HTT蛋白导致的遗传性神经退行性疾病[18]，主要表现为皮层和纹状体中神经元缺失，从而导致肌肉失调、认知能力下降，甚至痴呆。早有报道称，能量限制可延缓患病小鼠的病发进程，最近，Mali Jiang等[19]进一步研究表明，作为能量限制中有益代谢的介质分子，SIRT1过表达可以保护神经细胞抵抗HTT毒性。HTT与SIRT1过相互作用可抑制高度去乙酰化的SIRT1去乙酰化活性，从而抑制SIRT1促存活功能。Parker等[20]也发现，上调SIRT1表达量或白藜芦醇治疗可恢复亨廷顿蛋白（HTT）诱导的神经元。敲除R6／2小鼠HD模型的脑特异性SIRT1过基因，可导致脑病理恶化。而SIRT1过过量表达来提高生存能力、神经功能和脑源性神经元营养因子（BDNF）的表达，需要与CREB调节性转录共激活剂1（TORC1）共同作用[21]。

3.2 与心血管疾病

3.2.1 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种由脂质在动脉内膜上积聚而导致的以动脉管壁增厚变硬、失去弹性和管腔缩小为特点的最常见、最重要的血管病。SIRT1可通过抑制内皮细胞凋亡和改善血管内皮舒张功能以及抑制平滑肌肥大增生而影响动脉粥样硬化的发生、发展。内皮SIRT1是体内一种真正的抗动脉粥样硬化因子[22]。转染腺病毒SIRT1的内皮细胞能抵抗ox－LDL诱导的细胞凋亡。内皮特异过表达SIRT1能够促进高胆固醇状况下的血管内皮依赖性血管舒张功能，而高脂饮食及动脉粥样硬化危险因素却能降低主动脉SIRT1表达水平。另有研究证实，SIRT1可显著抑制血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）诱导的血管平滑肌肥大，通过抑制有丝分裂氧化酶1 mRNA表达来抵抗动脉粥样硬化效应，无疑使SIRT1成为平滑肌肥大相关血管疾病治疗的新靶点[23]。

3.2.2 先天性心脏病

在胚胎发育时期，由于心脏及大血管的形成障碍而引起的局部解剖结构异常，或出生后应自动关闭的通道未能闭合而导致的疾病称为先天性心脏病。近期研究结果表明，SIRT1在早期胚胎形成和心脏发生中具有重要作用，且具有时期专一性。SIRT1基因缺失可导致子宫内小鼠心脏发育异常，甚至成为死胎，而小部分有幸出生的小鼠个体和器官则相对较小，并且存活率极低[24－27]。Sakamoto等[25]发现，SIRT1在小鼠胚胎的心脏、大脑、脊髓和神经节后根高表达。在小鼠胚胎发育至12.5～14.5d时，心脏SIRT1mRNA表达水平较之前下降60%，待胚胎生长到14.5d至出生27个月后，其表达量维持在较高水平，并且SIRT1表达水平变化和mRNA表达水平变化一致。Tanno[28]等对SIRT1亚细胞定位研究时发现，在胚胎12.5d时，SIRT1仅在心肌细胞核中表达，但在成年小鼠的心肌细胞中，SIRT1在胞浆和细胞核中均有表达。

3.3 与前列腺增生和多种癌症

Cha等[29]研究发现SIRT1在胃癌中的阳性表达率为70%，且与肿瘤分期、淋巴结转移、肿瘤扩散、组织学分型、p53表达及总体生存率、无复发生存率均有关。SIRT1能结合并去乙酰化雄激素（AR），降低AR活性，抑制AR信号介导的前列腺癌细胞增殖[30]，一些研究表明SIRT1在肺癌、前列腺癌和淋巴瘤中高表达。在接受手术治疗和未接受手术治疗的乳腺癌患者中，SIRT1均存在过表达[31]。

SIRT1蛋白可通过促进肿瘤多药耐药基因MDR1的表达参与肿瘤的发生及耐药。P－gp是多药耐药MDR1基因的产物，可作为药泵功能使癌细胞产生耐药性。研究表明，在人的293细胞中，SIRT1能直接诱导MDR1的表达，导致细胞对药物的敏感性降低。SIRT1在活化的状态下，引起MDR1基因表达，使用RNAi特异性降低SIRT1表达后，P－gp和MDR1的表达明显降低。进一步证实[32]，SIRT1异位高度表达可诱导P－gp表达，使细胞对多柔比星抗生素产生耐药性，下调SIRT1能逆转抗药显性并且可以降低P－gp表达。

肿瘤的发生与癌基因激活及肿瘤抑制基因（TSG）的失活直接相关。近年研究发现，SIRT1通过去乙酰化作用参与了TSG的表观沉默。染料黄木酮（genistein）是一类有抗癌作用的Akt信号抑制功能的植物雌激素。在LNCaP和PC23前列腺癌细胞经染料黄木酮处理，检测受Akt信号通路调控的TSG类基因启动子的DNA甲基化水平和组蛋白乙酰化水平时发现，一些TSG（p53，FOXO3a）启动子中H32K9乙酰化水平增高，同时伴有SIRT1蛋白定位由细胞核转移向细胞质，SIRT1去乙酰化酶活性下降[33]。在乳腺癌和结肠癌细胞中，一些表观沉默的TSG高度甲基化的启动子上有SIRT1定位。用药物抑制SIRT1活性或RNA干扰法下调SIRT1表达，能使一些原来沉默的TSG重新表达，并且，即使此时启动子DNA保持高甲基化状态，仍可见这些TSG内源性启动子中组蛋白H42K16和H32K9乙酰化水平增高[34]。该结果表明，SIRT1的组蛋白乙酰化／去乙酰化过程可能参与了一些TSG的表观沉默，并且可能是决定因素。

4 展望

SIRT1已经成为衰老、代谢领域分子学研究新热点，最近几年关于SIRT1与衰老的相关机制研究已初见成果，但尚未完善，尤其是在神经退行性疾病方面，现有的研究不能完善长寿蛋白的保护功能，尚需要更多的研究与临床实践结合来揭开其保护功能分子机制。目前表观遗传学的发展已经不能让“基因决定论”站稳脚跟，使用适当的手段就能对基因的表达进行干预，相信未来的发展方向可能将重点集中在有效调控衰老基因SIRT1的表达上，我们有理由相信随着SIRT1的深入研究以及与临床实践的紧密结合，以SIRT1的靶位治疗也必将是未来衰老相关疾病治疗的新热点。

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