SIRT1与肺部非感染性疾病的关系研究进展

李小林 卢中秋

SIRT1与肺部非感染性疾病的关系研究进展

李小林 卢中秋

沉默信息调节因子1（silence information regulator 1，SIRT1）属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶（ⅢHDACs）家族，也是高度保守性的sirtuin家族7个成员（SIRT1-SIRT7）之一[1]。sirtuin家族的第1个成员Sir2最初发现于酿酒酵母体内[2]，与哺乳动物体内SIRT1同源。SIRT1作为目前研究最多最深入的sirtuin家族成员，在哺乳动物细胞内广泛表达，通过对蛋白的去乙酰化作用参与体内众多的细胞反应，如细胞增殖、凋亡、基因沉默及炎症反应，在机体生命活动及疾病发生、发展中发挥着重要的作用。

1 SIRT1的定位与特征

人类SIRT1编码基因位于染色体10q22.1，全长约33kb，包括9个外显子和8个内含子，SIRT1蛋白相对分子量大约为60kD，具有依赖NAD+的去乙酰化酶活性。通过X线晶体衍射证实SIRT1蛋白含有两个基本结构域：一个大结构域主要由Rossmann折叠组成，这一结构域保守性较强，是NAD和NADP+结合酶的特征域；一个小结构域包含一个锌指结构和一个螺旋构件，这一结构域保守性较低。两个结构域之间形成一个裂隙，底物就结合于此完成催化反应[3]。 SIRT1广泛分布于哺乳动物组织细胞内，例如肝脏、肾脏、心脏、肺脏、神经节、眼睛等处都有分布。

2 SIRT1的生物学功能与表达调控

SIRT1通过转移组蛋白赖氨酸残基乙酰胺基组分中的乙酰基以实现其去乙酰化作用，可促进染色质的重组和基因转录沉默。SIRT1还可以去乙酰化非组蛋白，包括一些转录因子，如抑癌基因p53、核蛋白Ku70、转录因子FOXOs、NF-κB的Rel/p65亚基、DNA修复因子E2F1、CBP/p300等。正因如此，SIRT1参与了体内众多的生物过程，如细胞分化、凋亡、早衰/老化、代谢、炎症反应和应激反应等。

SIRT1蛋白表达的调控发生在基因转录水平和翻译后水平。目前发现多种转录调节因子能够影响SIRT1基因的转录，如细胞周期转录因子E2F1和抑癌基因p53既是SIRT1的催化底物又反作用于SIRT1，调节其表达。正常条件下，p53抑制SIRT1基因的表达。在细胞应激时，E2F1和p53能诱导SIRT1的转录。在肿瘤细胞中，癌高甲基化因子（HIC1）、micro RNA-34a（miR-34a）和DBC1均能够抑制SIRT1的表达。SIRT1蛋白还受到翻译后修饰的调控，细胞周期依赖性激酶（CDK/Cyclin B）和c-Jun氨基末端激酶1（JNK1）能磷酸化SIRT1蛋白Ser 27、Ser 47和Thr 530位点，增加SIRT1蛋白激活和促进其核定位[4]。双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶家族（DYRK）中的DYRK-1A和DYRK3也能磷酸化SIRT1蛋白Thr 522位点，增加SIRT1的催化活性[5]。另外，因为SIRT1的去乙酰化作用依赖于NAD+，因此烟酸等增加细胞内NAD+/NADH比值的物质均可促进SIRT1的活化。

3 SIRT1与肺部非感染性疾病

3.1 SIRT1与吸烟所致的肺损伤 吸烟对肺的损伤已经众所周知。香烟（CS）中包含了众多的氧化物/自由基和其他一些能够引起氧化应激的化学物质，CS暴露可以直接通过氧化物/自由基调节或通过刺激机体产生慢性炎性细胞进而产生氧化物，加速细胞死亡或衰老，导致肺功能衰退和肺泡的破坏。吸烟可引起SIRT1蛋白翻译后的氧化/羟基化修饰，导致染色质重组，使得SIRT1水平降低[6-7]。吸烟者体内SIRT1的表达降低使其去乙酰化能力降低，打断了SIRT1与NF-κB的Rel/p65亚基间的相互作用，促进体内炎症因子的释放[8]，加重病理损伤。

Kim等[9]研究证实，CS对机体的损伤是通过加强细胞的自噬作用实现的。暴露于CS的小鼠肺组织，细胞自噬作用增强，过长和过强的自噬作用可导致细胞死亡。具有再生能力的肺组织和细胞的缺失、自噬作用增强而替代细胞不足导致的细胞衰老、恶化均是COPD发生的重要原因。Hwang等[10]的研究也证实，CS通过活化PARP-1消耗大量NAD+而使SIRT1活性降低，导致了多种细胞自噬作用增强。SIRT1激活剂白藜芦醇通过抑制SIRT1的减低从而减轻了香烟提取物（CSE）导致的自噬作用。同时，SIRT1的抑制剂乙酰化酶则通过减少SIRT1的表达加强CSE导致的自噬作用。SIRT1能够减轻炎症因子的释放，降低CS引起的自噬作用，从而减轻吸烟导致的病理损伤。

3.2 SIRT1与支气管哮喘 哮喘是以气道反应性增加为特征的气道慢性炎症性疾病，伴有大量炎性细胞浸润及炎性蛋白的过量表达。炎性细胞反应包括炎性细胞激活、募集以及气道结构的改变，而炎性蛋白表达则与乙酰化水平密切相关，如低氧诱导因子1α（HIF-1α）。HIF-1α蛋白属于乙酰化蛋白，乙酰化后其稳定性降低。Kim等[11]通过吸入卵清蛋白（OVA）诱导支气管哮喘模型小鼠肺组织中SIRT1和HIF-1α蛋白水平升高。这种升高趋势在注射SIRT1抑制剂sirtinol后逆转，提示在支气管哮喘中SIRT1通过其去乙酰化作用上调HIF-1α蛋白的水平。研究中还发现SIRT1抑制剂能通过部分抑制PI3K/Akt通路以及降低HIF-1α蛋白的去乙酰化以降低HIF-1α的活性进而减少血管内皮生长因子（VEGF）的表达，减弱抗原介导的气道炎症和气道高反应性。

3.3 SIRT1与肺血栓形成 颗粒物质（PM)普遍存在于污染空气中，短时间的城市颗粒物质（UPM）暴露能够激活小鼠机体主要凝血途径，并导致动脉血栓形成[12]。同样短时间UPM暴露在人肺中能够激活凝血反应和纤维蛋白形成[13]。目前，国内外关于SIRT1与肺血栓形成的研究较少见。Wu等[14]用基因敲除及基因过表达小鼠与正常小鼠作比较，研究了PM2.5（直径＜2.5μm的可吸入PM）暴露24h后小鼠体内凝血/抗凝物质的改变及与SIRT1的关系，发现SIRT1基因的缺失加重了PM2.5暴露后肺功能的损伤、白细胞浸润和凝血块的形成，使得纤维蛋白生成增多，纤溶酶原激活抑制物（PAI-1）水平升高，组织因子途径抑制物（TFPI）和凝血调节蛋白（TM）的表达水平降低，SIRT1过表达则抑制了PM2.5暴露后TM的降低。证实SIRT1参与肺血管TM/PC抗凝血系统的调节，在凝血及纤维蛋白形成过程中都发挥调节作用，其存在能够抑制凝血系统的功能，减少血栓形成。

3.4 SIRT1与慢性阻塞性肺疾病（COPD） COPD以进行性加重的不可逆的气道受限为特征，是肺部疾病引起残疾和死亡的主要原因。根据世界卫生组织的预测，到2020年COPD将会名列疾病发病率的第五位及病死率的第三位。目前已有大量的研究证实了SIRT1在COPD中起的重要作用。

SIRT1通过调节转录因子的表达促进炎性因子的释放，参与COPD的发生、发展过程。SIRT1在调节依赖NF-κB的炎性因子释放过程中发挥重要作用，已被多方面研究证实[6，8]。SIRT1使NF-κB的Rel/p65亚基赖氨酸残基发生去乙酰化[8]，抑制了NF-κB的活化，减少炎性因子释放。在吸烟/COPD患者体内，伴随SIRT1表达降低，导致去乙酰化能力降低，打断了SIRT1与Rel/p65亚基间的相互作用，促进体内炎性因子释放[8]，加重病理过程。SIRT1还可以去乙酰化其他的转录因子，如FOXO3、p53、Ku70、PGC-1α等。SIRT1去乙酰化FOXO3并使之活化引起细胞周期停滞，减缓细胞的过早衰老，而不依赖于炎症通路[15]。另外FOXO3对肺的炎症反应和抗氧化基因产物例如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶均有调节作用。小鼠体内靶向降低FOXO3可引起这些抗氧化物基因表达下降，从而导致COPD/肺气肿的易感性增加[16]。

慢性缺氧是COPD发生、发展的重要病理因素，可引起炎症、血管生成、气道重塑及肺组织细胞凋亡等。HIF-1作为低氧条件下机体重要的调节因子，是由1个氧化敏感亚基α和1个结构亚基β组成的异二聚体，主要通过翻译后修饰其中的亚基α来进行调节。关于低氧条件下SIRT1与HIF的相互作用及SIRT1与COPD的关系，目前研究结果偏向于两个不同方向。Lim等[17]证实低氧条件下NAD+水平降低会导致SIRT1的表达下降。SIRT1与HIF-1直接结合，使得后者674位的赖氨酸残基去乙酰化，从而抑制HIF-1的转录活性。于是低氧条件下SIRT1水平的降低使得HIF-1的表达升高，通过降低活性氧的生成，保护缺氧细胞，减轻缺氧造成的损伤。而另有一些研究结果恰好与其相反，Laemmle等[18]研究中发现低氧条件下SIRT1与HIF-1转录水平以及HIF-1α蛋白的表达均升高，抑制SIRT1后，HIF-1的转录水平和HIF-1α蛋白表达均下降。Hong等[19]在研究中也证实低氧条件下SIRT1通过与c-myc直接作用，使c-myc和脯氨酸羟化酶区域蛋白2（PHD2）的水平降低从而升高HIF-1α蛋白的表达。还有研究认为低氧条件下SIRT1的表达升高是通过内生性HIF-1α和HIF-2α向着SIRT1启动子的聚集实现的[20]。SIRT1在低氧条件下的高表达通过抑制Bax和caspase-3的表达、PARP的清除以及长时间低氧后HIF-1α蛋白表达的下降，减轻细胞凋亡的发生。SIRT1能够增加低氧适应性和抑制细胞凋亡，减缓COPD的进程。总之，对于低氧条件下SIRT1的表达及SIRT1与HIF-1的相互关系，以及SIRT1在COPD中所起的作用，目前尚无统一意见。

3.5 SIRT1与肺肿瘤 随着人口老龄化加剧，工业化、城市化进程快速发展导致的环境恶化以及吸烟率居高不下，使肺癌在我国的发病率明显上升。虽然已有大量的研究证实SIRT1与肺肿瘤的发生、发展相关，但是对于其具体作用机制目前仍存在很大的争议。

SIRT1对肺肿瘤的调节作用主要是通过改变p53的乙酰化状态实现的。Tseng等[21]对118例肺癌患者的研究发现，p53低乙酰化水平和SIRT1低水平表达的肺鳞癌患者大多表现出HIC1的低表达，HIC1直接抑制SIRT1转录，后者表达降低使p53去乙酰化降低而失活，证实了HIC1-SIRT1-p53环在肺鳞癌患者中的消极调节作用，而SIRT1在其中发挥着肿瘤促进的作用。

Sun等[22]研究发现抑制SIRT1表达后，p53乙酰化水平增加，其下游基因及Bax的表达增加降低了体外实验中肺癌细胞的存活率，使细胞周期停滞于G1期从而发生凋亡，并使细胞的放疗敏感性增强，加强了放疗效果，反过来证实SIRT1发挥了重要的肿瘤促进作用。Yamakuchi等[23]研究证实miR-34a能够通过正反馈方式降低p53的去乙酰化水平，其具体机制是miR-34a表达升高抑制了SIRT1的表达，SIRT1表达降低使得p53去乙酰化水平降低，从而又升高了miR-34a的表达。Wang等[24]研究证实miR-34a/SIRT1使肺癌对铂类化合物的敏感性增加，而不依赖p53的作用。

另外，在Hussain等[25]的研究中证实Wnt信号通路的拮抗因子Dickkopf-1的表达降低增加肺癌的恶性表型转换，推测在肺癌中SIRT1还可通过降低Dickkopf-1的表达发挥其肿瘤促进作用。Xie等[26]研究证实SIRT1通过其下调Delta配体4（Delta-like ligand 4，DLL4）、去乙酰化Notch细胞内片段N端（N1IC）影响Notch信号通路从而促进内皮细胞分裂和分化，有利于增加血管密度，促进肺肿瘤的生长。Beane等[27]研究证实在吸烟患者中SIRT1活性明显升高以保护吸烟所致的氧化应激和DNA损伤，但在吸烟引起肺腺癌发生过程中SIRT1缺失，可能为吸烟引起的腺癌提供新的治疗思路和方法。

Suzuki等[28]最近的一项研究证实SIRT1的激活剂SRT1720可增加体外实验人及小鼠乳腺癌细胞肺转移得分且与顺铂作用无关，SRT1720还通过活化过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）显著增加体外培养的人乳腺癌细胞MDA-MB-231的VEGF分泌水平，从而增加细胞转移能力。Suchanek等[29]也证实SRT1720能通过激活PPARα增加类血管生成素蛋白4（ANGPTL4）的表达，刺激血管生成从而促进肿瘤转移。

4 展望

SIRT1在体内广泛的调节作用使其成为当前的研究热点。在吸烟相关的肺部炎性疾病以及肺部损伤中，激活SIRT1将成为重要的治疗途径。哮喘患者中的研究将集中在SIRT1表达的改变，以及作为哮喘的治疗靶点等等。在肺血栓形成的研究中，SIRT1的存在为血栓形成的治疗提供了新的方向。而在其他一些肺部疾病中，SIRT1发挥的作用尚不确切，作为一种潜在的治疗靶点，其临床应用尚需进一步深入的研究。

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（本文编辑：胥昀）

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