长寿蛋白对阿尔茨海默病的作用

张 辉 王运良 李金凤

解放军148 中心医院 淄博 255300

长寿蛋白（Sirtuins）是一种高度保守的依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）的去乙酰化酶，在抗老化相关的疾病中具有有益作用。同时它也是一种应激蛋白，参与哺乳动物的饮食调控［1］。阿尔茨海默病（AD）是一种最常见的与衰老有关的神经变性疾病，长寿蛋白对AD 的作用已在各种细胞培养和鼠模型中进行研究，目前对长寿蛋白家族研究最多的是长寿蛋白1－即SIRT1，已在神经变性疾病如AD、帕金森病、亨廷顿病和其他疾病中进行分析。多数研究证实SIRT1过表达在抗AD 表型方面有保护性作用，本文就长寿蛋白与AD 的关系做一综述。

1 长寿蛋白的生物学特性

长寿蛋白首次在酵母中提取，命名为沉默信息调节器和Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶（HDACs），其功能是经NAD 去除赖氨酸的乙酰基。人类长寿蛋白有7个同源染色体（SIRT1～7），每一种表现不同的酶活性和功能。SIRT1，2位于细胞膜和细胞浆，具有很强的去乙酰化活性。目前已知SIRT1 对AD 有保护作用，SIRT2，3具有遗传作用。SIRT3，4，5位于线粒体，SIRT6，7位于细胞核。SIRT4，5，6的去乙酰化酶活性较弱，SIRT4和6也表现为ADP核糖转移酶活性，SIRT5显示有去丙二酰酶和去丁二酰酶活性，对SIRT4，5，6，7的功能知之甚少［2］。除具有某些特殊功能外，也有报道SIRT1穿梭于细胞浆和细胞核之间。

2 阿尔茨海默病

AD 是神经变性疾病和老年痴呆的最常见形式，但目前对这种疾病还缺乏全面了解，目前世界上有3 000 万左右AD 病人，预计2050年达7 000多万。AD 病人表现记忆缺损、认知和功能下降。在鼠模型和AD 病人脑组织证实淀粉样斑块和神经纤维缠结。另外发现淀粉样前体蛋白（APP）和早老素1，2（PSEN1，2）基因发生显性突变，后者是编码γ分泌酶的成分。β分泌酶和γ 分泌酶裂解APP 依次产生Aβ－140和Aβ－142淀粉样肽，加速淀粉样斑块形成是AD 的特点［3］。人类神经纤维缠结是与tau蛋白高度磷酸化的微管聚集有关，tau是由单个基因选择性剪切产生微管相关tau蛋白，有6种异构体，高度磷酸化部位作为AD 病人脑组织的细丝，对tao蛋白聚集与其他神经变性疾病的关系也有报道。

3 SIRT1对AD 的作用

3.1 早期研究 SIRT1是AD 广泛研究的长寿蛋白，早期研究显示SIRT1 介导对热量限制（CR）的适应性反应。SIRT1缺失的小鼠不能适应正常的热量限制。另一方面，SIRT1过表达的转基因小鼠模拟热量限制的生理学变化，这些研究提示热量限制与SIRT 之间的联系。热量限制对AD的影响首先表现在AD 小鼠脑组织Aβ斑块减少，另外，热量限制的松鼠猴大脑皮质Aβ斑块减少与SIRT1表达呈负相关。随后研究证实小鼠SIRT1活化对淀粉样蛋白神经病理学的基本预防机制，外源性的人SIRT1引起体内丝氨酸／苏氨酸Rho 激酶ROCK1 表达降低和α 分泌酶活性上升，ROCK1抑制APP非淀粉样蛋白α分泌酶的加工，结果证实SIRT1 作为一种热量限制挽救体内APP 表型的基本机制［4］。

3.2 细胞模型研究 神经细胞培养研究发现SIRT1有保护性抗应激作用，在原代神经元Tg2576和CHO－APPswe细胞培养发现，SIRT1表达能促进α分泌酶和减弱Aβ肽活性。另一研究报道，SIRT1也能通过抑制NF－В 信号而保护抗小胶质细胞依赖性β淀粉样蛋白的毒性。除这些外，基因转染SIRT1的N2A 细胞稳定地过表达APPswe／PSEN1de69，能减少Aβ肽形成和增加ADAM10蛋白浓度［5］。细胞培养研究也有助于发现SIRT1在AD tau蛋白和诱导的p25模型中的作用。最近研究发现，在HEK293T 细胞和原代皮层神经元培养期间，发现去乙酰化酶tau蛋白和SIRT1。一项研究发现应用低浓度离子霉素处理和H2O2诱导的原代皮层神经元SIRT1的快速上调与p25产生有关，作者认为在AD 或tau病理学、肌萎缩性侧索硬化（ALS）的细胞模型中，SIRT1和SIRT1激活分子（STAC）白藜芦醇具有促进神经元存活的作用。

3.3 遗传鼠模型研究 较早研究之一是应用鼠模型和原代神经元培养证实SIRT1保护抗AD 和ALS的毒性作用，在p25诱导AD 和tau病理学模型的转基因小鼠，白藜芦醇能减少海马神经元变性，预防记忆损害和减少SIRT1 底物PGC－α和p53的乙酰化程度。另外，原代神经元SIRT1浓度升高对超氧化物歧化酶1（SODIG37R）引起ALS的神经毒性具有对抗性保护作用。

其他研究发现，SIRT1 过表达小鼠或应用APPswe、PSEN1dE9脑特异性SIRT1 敲除的小鼠，脑内SIRT1 表达能升高或缺失。作者证实SIRT1 过表达能降低鼠脑内Aβ斑块，而SIRT1 删除加重斑块形成。作为一种基本机制，SIRT1增加去乙酰化维甲酸受体（RAR）β和激活ADAM10（α分泌酶）的转录，增加神经元内ADAM10浓度，通过α分泌酶引起APP加工上调。除减少Aβ形成外，SIRT1也能抑制tau相关的AD 表型。研究发现SIRT1减少与tau累积程度相关，SIRT1减少tau累积是由乙酰化tau的去乙酰化并进一步减少本身浓度引起。相反，SIRT1抑制则引起相反作用，增加tau浓度和加重磷酸化tau 致病形式的累积［6］。一项应用triple转基因鼠的AD 模型研究发现，该模型能加速β淀粉样蛋白和tau积聚，但皮层RNA 和蛋白浓度无明显变化。

3.4 病人的研究 细胞培养和转基因鼠模型已证实SIRT1具有潜在的保护作用，同时引起人们对SIRT1与AD 病人的研究兴趣。最近一项应用免疫印迹和原位杂交的研究，比较了AD 病人和对照组SIRT1mRNA 和蛋白表达，发现AD 病人额叶皮层SIRT1mRNA 和蛋白表达浓度明显降低，但这种降低在小脑未发现。进一步分析发现AD 病人皮层SIRT1降低，但伴轻度认知损害的病人无明显变化。SIRT1mRNA和蛋白浓度与症状的持续时间和tau累积呈负相关，但与β淀粉样蛋白42的关系较弱，结果提示SIRT1缺失与AD 病人大脑皮质β淀粉样蛋白和tau累积密切相关［7］。

3.5 SIRT1对AD 的其他作用 最近研究发现，某些药物能增强原代海马神经元线粒体ROS表达，从而引起SIRT3表达上调。在PDAPP 鼠的AD 模型中SIRT3mRNA 以特定的时空方式上调，在携带V717F突变过表达APP的大鼠脑内形成Aβ斑块。该研究发现，与年龄匹配的对照组相比AD 颞叶皮层SIRT3mRNA 表达明显升高。遗传学病例对照研究也发现SIRT2与AD 有关，该研究对AD 病人和非痴呆对照组病人的三个单核苷酸多态性（SNPs）分析，发现APOEε4阴性者SIRT2rs10410544T 等位基因与AD 有关［8］。同时也发现SIRT3基因三种SNPs，但需要进一步研究证实。

4 结论与展望

虽然研究发现SIRT1 和SIRT3 可能对AD 起一定作用，但SIRT1是AD 中研究最广泛的长寿蛋白。多数学者认为SIRT1过表达对AD 具保护作用，这引起人们探索能通过血脑屏障治疗AD 的SIRT1激活物的兴趣。SIRT1有多个靶点，虽然多靶点的激活可能对某一具体疾病无明显益处，但细胞培养和动物模型研究显示SIRT1 对脑组织起保护作用，可根据SIRT1活性设计治疗AD 的靶点进行针对性治疗。

白藜芦醇是一种天然的多酚代谢化合物，可作为SIRT1激活剂，但目前对SIRT1与白藜芦醇之间的生物学作用和机制的联系存有争议，已设计出三种结构不同的SIRT1 激活物STACs，SRT1460，SRT1720，效果较白藜芦醇强1 000倍。当这些激活物用于啮齿类动物包括高脂肪膳食引起的肥胖鼠、ob／ob鼠和Zucker fa／fa大鼠时均能保持正常的葡萄糖代谢稳态。研究发现STACs 作用于SIRT1 底物如PGC－1α和FOXO3a特定的疏水基序促进SIRT1活化，同时证明SIRT1的N 末端结构区谷氨酸是其关键的活化部位，由此推断SIRT1通过不同STACsde的化学变构机制被直接激活［8］。而烟碱（NAM）与催化单位的保守区结合抑制SIRT1的催化活性。烟碱（NAM）与催化单位的保守区结合抑制SIRT1的催化活性，已在酵母表型筛选中发现第一个长寿蛋白抑制剂sirtinol，作为一种抗癌分子抑制Ras－mapk通路在多种模型中得到证实。未来研究可能会发现更多的作用于AD 表型或疾病病理学的长寿蛋白，以揭示其在哺乳类脑中新的功能以及与AD 的关系，为开发用于治疗AD 的新药物提供帮助。

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