SIRT蛋白功能研究进展

周娜静，闫永鑫(综述)，徐彦楠，闫蕴力(审校)(河北医科大学基础医学研究所细胞生物研究室，河北 石家庄 050017)

·综述·

SIRT蛋白功能研究进展

周娜静，闫永鑫(综述)，徐彦楠，闫蕴力*(审校)
(河北医科大学基础医学研究所细胞生物研究室，河北 石家庄 050017)

抗衰老酶；蛋白；综述文献

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.045

Sirtuins蛋白是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依赖的组蛋白去乙酰化酶[1]。酵母Sirtuins与染色体末端的失活及rDNA转录沉默有关，可以延缓抑制衰老，延长寿命。Sirtuins是一个高度保守的基因家族，它不仅存在于酵母、果蝇、秀丽线虫等细胞内，还广泛存在于哺乳动物各种细胞内。至今为止，人类细胞内已经发现了7种不同类型的Sirtuins(SIRT)蛋白，分别命名为SIRT1～7。在哺乳动物，SIRT由一个能量传感器家族构成，能够在细胞内NAD+/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotid，NADH)比例增加时以NAD+依赖的方式介导脱乙酰化或O-ADP-核糖基化。而且其功能在高级真核生物大大增加了，可以参与哺乳动物的多种生理功能，如通过组蛋白、转录因子和共调节子的脱乙酰化作用以基因表达进程中等位复合体的形式调节代谢和内环境稳定。SIRT还可以通过直接调节酶和结构蛋白的活性使整个机体内环境维持稳定。

1 结构特征、分布及活性调节机制

SIRT1～7具有高度的序列同源性，其催化区高度保守，包含2个球形区，1个大区和1个具有2个独立单元的小区。大区由1个倒挂的经典开口α/β Rossmann折叠结构构成，这一结构在多种结合NAD+或NADP的蛋白中都存在，具有NAD+/NADH结合蛋白的特性。在大区和小区交界处，大区内有1个NAD结合的袋状结构，可以帮助尼克酰胺调节SIRT蛋白的活性，在大区和小区交界处还形成了1个与2个区形成的长轴垂直的大沟，现认为具有底物识别和催化作用。除此基本的催化区之外，氨基端和羧基端的延伸部分可能对酶活性具有调节作用，与酶底物的特异性有关。

SIRT蛋白的亚细胞定位很广泛，SIRT1、6、7是核蛋白，分别在核基质、异染色质和核仁含量丰富。SIRT2主要在细胞质，但它可以通过脱乙酰化的转录因子调节基因表达，而这些转录因子能够从胞质到胞核穿梭。SIRT3能够诱导整个线粒体蛋白的脱乙酰化，线粒体转录因子也是其作用靶点。

SIRT1是目前研究最多最清楚的一个成员，SIRT1 mRNA转录与细胞外刺激、营养缺乏及肿瘤有关。已知的调节SIRT1启动子的转录因子包括protein53(p53)、E2启动子结合因子1(E2 promoter binding factor 1，E2F1)、叉头转录因子3A(forkhead box class O 3A,FOXO3A)等。SIRT1能够调节其自身转录，能够与这些因子联合，经脱乙酰化作用调节它们的活性。在SIRT1启动子区有2个p53结合位点，与p53的结合能够抑制SIRT1的转录，而在饥饿的情况下，p53能够与FOXO3A联合作用，阻断p53的抑制功能，激活转录。应对遗传毒性压力时，E2F1蛋白表达上调，与SIRT1启动子中的2个结合位点结合，激活转录。SIRT1脱乙酰化对p53抑制功能的作用还不清楚，但似乎能够使p53不稳定。在这一过程中对SIRT1的表达形成一个正反馈环路，在营养缺乏时，SIRT1水平增加，能够抑制p53的抑制功能，从而进一步增加SIRT1产物。

2 SIRT1与代谢及疾病

2.1 SIRT1与代谢调节：因为热量限制促进长寿与SIRT1有关，因而SIRT1在营养供应和能量代谢方面调节作用研究已经付出了很多努力。热量限制时SIRT1表达增加，能够通过转录因子FOXO1根据各组织对能量的需要而调节脂肪代谢[2]。SIRT1还能通过脂肪生成的转录因子去乙酰化而抑制脂肪的合成[3]。SIRT1在系统能量和脂类激素代谢的平衡调节中也发挥重要作用。

2.2 SIRT1与肿瘤:哺乳动物SIRT1与宿主一些已知与癌症有关的因子相互作用，可能在一些情况下促进肿瘤细胞的生存。过表达SIRT1能够阻止肿瘤细胞的凋亡并降低肿瘤细胞对一些抗肿瘤药物的敏感性，而降低SIRT1功能能够得到相反的作用。SIRT1能够使p53和FOXO脱乙酰基,进而阻断了p53、FOXO依赖的转录及凋亡作用[4-5]。随年龄增长SIRT1表达上调，促使老化细胞存活，增加癌症发生的危险。另外，SIRT1水平与肿瘤转移、侵袭等生物学特性密切相关,并最终与患者的预后相关[6]。Kim等[7]发现SIRT1水平与患者手术术后的预后密切相关。Wu等[8]研究表明SIRT1与乳腺癌的淋巴结转移有关。在胃癌中SIRT1与肿瘤分期、患者预后密切相关[9]。SIRT激动剂白藜芦醇可以安全有效地抑制转移性膀胱癌[10]。遗传毒性的抗癌药物如鬼臼毒素引起的DNA损伤能够诱导E2F1依赖的SIRT1表达，而SIRT1的沉默能够增加对鬼臼毒素的药物敏感性，表明SIRT1的促存活作用，可能会影响肿瘤化疗的结果。在耐药细胞珠SIRT的表达提高，而这似乎能够增加p-糖蛋白多药耐药泵出泵的表达[11]。低分化腺癌小鼠的背外侧前列腺较正常组织和高分化的前列腺上皮肿瘤表达高。前列腺肿瘤活检组织癌细胞比非癌性细胞表达高[12]。在多种肿瘤耐药细胞株表达都上调，siRNA转染敲除则对药物敏感[11]。但在小鼠细胞已经发现的另一个核Sirtuin成员SIRT6，能够对抗DNA损伤的功能，促进DNA修复，抑制基因组的不稳定。SIRT6缺失的小鼠年轻时即死亡，出现多种退化进程中与老化相关的代谢异常和情形。SIRT1、6可能都能影响哺乳动物肿瘤的发生，而这还需要进一步的研究。

2.3 SIRT1与神经退行性疾病：在小鼠胚胎中，SIRT1在心、脑、脊索、背侧根高水平表达，其在脑内的高表达表明SIRT1在神经和脑的发生中发挥作用，这一观点与SIRT1敲除的小鼠表现一致，SIRT1敲除的小鼠出生后存活极少，即使存活也多有发育缺陷，如露脑畸形和视网膜异常。一个有趣的研究[13]发现，白藜芦醇预处理可以模拟经SIRT1的预老化状态，而在缺血预适应或白藜芦醇预处理后用SIRT1抑制剂Sirtinol失活SIRT1，神经保护作用消除。SIRT1在脑缺血损伤中具有神经保护作用，也提示小分子的SIRT1激活剂如白藜芦醇可能具有潜在的临床应用效果。相反，Sirtuin抑制剂尼克酰胺可以在急性缺氧损伤中保护神经细胞存活。SIRT1的神经保护作用可以延伸到退化的神经元。研究[14]显示，特异性敲除脑SIRT1可增加老年痴呆患淀粉样斑块的形成，而过表达SIRT1可减少斑块的形成。SIRT1还可以使Tau蛋白去乙酰化而变得不稳定，从而可以减少斑块的形成[15]。在帕金森病的小鼠模型中，SIRT1可以保护突触核蛋白免受降解[16]。在亨廷顿舞蹈病中SIRT1过表达可以改善运动神经元的功能[17]，而特异性敲除脑SIRT1的表达会加重病情[18]。

2.4 SIRT1与癫痫：禁食，更具体的说是热量限制，是最早使用的有效治疗癫痫发作的方法。热量限制虽然对多种神经疾病模型都有益处，而最有效的是癫痫。在EL小鼠——遗传和环境混合刺激诱导的癫痫模型小鼠，癫痫发作开始在最初几个月典型发作，但热量限制后，发作会延迟几周，热量限制还能通过尾静脉注射戊四氮来降低癫痫发作阈值[19]。与此一致，热量限制的大鼠齿状回兴奋性降低，阈值升高，潜伏期延长，癫痫发作的持续时间延长。间断的禁食可以防止兴奋性毒性所致空间学习障碍，减少海马神经元死亡，提高相关的认知功能。最近Wang等[20]发现SIRT1活性降低可以增加癫痫时神经元的死亡，而增加细胞内NAD+水平可以减少神经元死亡。

3 SIRT1调节物

因为需要NAD+作为协同底物，所以NAD+和尼克酰胺是SIRT蛋白的非竞争性抑制剂，但大量的其他NAD+依赖酶会因此产生不良反应。Sirtinol和Splitomicin是真核细胞SIRT的有效抑制物。白藜芦醇是其最有效最特征性的激活剂[21]。麻黄素、咖啡因、匹格列酮使脂肪细胞SIRT1 mRNA增加，ω-3脂肪酸能够逆转轻度脑外伤性损伤的SIRT1降低，其他植物多酚类化合物如紫铆因(Butein)、漆树黄酮(Fisetin)、白皮杉醇(Piceatannol)、槲皮素(Quercetin)也是调节SIRT蛋白活性的化合物。

4 结 语

在过去几年里SIRT1在细胞和器官老化中的作用研究主要集中于蛋白的去乙酰化作用如何在能量代谢、细胞存活和寿命延长直接发挥作用。SIRT1的作用可以使哺乳动物从代谢生理上处于一个更为健康的状态，而SIRT1功能异常与肿瘤及神经系统疾病密切相关。

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(本文编辑：赵丽洁)

2014-04-23；

2014-05-12

周娜静(1976-)，女，河北安国人，河北医科大学基础医学研究所讲师，医学学士，从事抗癌药物筛选及机制研究。

*通讯作者

R345.54

A

1007-3205(2014)08-0983-04