Sirtuins在缺血再灌注损伤中的作用

李魏芳，杨康 综述 黄卫锋 审校(.宜昌市三峡大学医学院，湖北宜昌443000；.宜昌市三峡大学人民医院，湖北宜昌443000)

·综述·

Sirtuins在缺血再灌注损伤中的作用

李魏芳1，杨康2综述 黄卫锋1审校
(1.宜昌市三峡大学医学院，湖北宜昌443000；2.宜昌市三峡大学人民医院，湖北宜昌443000)

缺血再灌注损伤是临床上一种复杂的病理生理过程，在器官移植中尤为重要。许多因素都能导致缺血再灌注损伤，如缺血过程中能量的缺失，再灌注过程中氧化应激的损伤均能启动一系列的机制，最终导致细胞死亡和器官的衰竭。由于能广泛调控细胞功能，sirtuins家族受到日益的关注。哺乳动物有7种sirtuins，在胞核和胞浆中表达的sirtuin 1(SIRT1)和在线粒体中表达的sirtuin 3(SIRT3)在多种组织器官中有广泛的表达。在缺血再灌注损伤(IRI)过程中，Sirtuins通过抵抗细胞应激和调节代谢发挥着重要的保护性作用。本文主要综述SIRT1和SIRT3在缺血的过程中抵御能量耗竭发挥的调节作用，及在再灌注过程中如何发挥其抗氧化、抗凋亡及抗炎的功能。

沉默信息调节因子1；沉默信息调节因子3；缺血再灌注损伤；作用

乙酰化酶是高保真的和酵母沉默信息调节因子高度同源的3类组蛋白去乙酰化酶，目前已知在哺乳动物中有7种去乙酰化酶。最近的研究表明，沉默调节蛋白调节多种细胞过程，如基因转录、代谢和细胞应激。作为家族中研究最多的蛋白，SIRT1从细胞周期调控到能量稳态的过程中均发挥着重要的作用，最近已报道SIRT3在线粒体能量代谢和功能中发挥着同样重要的作用。临床上常见的缺血再灌注损伤与能量代谢密切相关，因此本文主要综述SIRT1和SIRT3在功能缺血再灌注损伤中的作用。

1 sirtuins的概述

沉默信息调节因子组成了高保真性的蛋白家族，其中的一种或多种sirtuins普遍地表达于细菌到哺乳动物体内。在哺乳动物体内已确定有7种sirtuin基因即SIRT1-SIRT7[1]。亚细胞定位发现，SIRT1、SIRT6和SIRT7表达于胞核，SIRT2表达于胞浆，SIRT3-SIRT5表达于线粒体[2]。已有研究发现SIRT1具有胞质活性，SIRT2已发现与核蛋白具有相关性。最近几项研究表明，沉默调节蛋白调节各种各样的细胞过程，如基因的转录、代谢和细胞应激反应[3-4]。在这7个哺乳动物去乙酰化酶中，SIRT1是研究最广泛的一个[5]。SIRT1高表达于多种脑区域，在心、肾、肝、脑、胰腺、骨骼肌等组织中也高表达[6]。SIRT3也高表达于骨骼肌、心、肝、肾等其他具有代谢活性的线粒体内。

2 缺血再灌注损伤的机制

缺血再灌注损伤是器官移植中最重要的问题，将导致移植器官的功能紊乱和无功能[7]。缺血再灌注损伤的机制有很多，缺血过程中供氧的缺失导致ATP合成的降低和随后离子通道的改变，由此所致的酸中毒和细胞肿胀均可能最终导致细胞死亡。血流恢复后，过度急性炎症反应将引发再灌注损伤[8]。虽然缺血损伤引起显著的细胞损伤，但组织损伤更严重。而再灌注期间，由于氧供的恢复，代谢加快，大量的氧自由基、细胞因子、炎症因子导致炎症细胞(单核细胞、树突细胞和粒细胞)的聚集，活性氧(reactive oxygen species，ROS)和过量产生的一氧化氮(nitric oxide，NO)协同作用，诱导DNA损伤，激活多种细胞死亡通路[9]。

了解IRI的机制是减轻其损伤的首要步骤，而乙酰化酶是已知的能在缺血再灌注损伤、细胞代谢和应激反应中发挥作用的蛋白。因此，sirtuins可能成为治疗IRI的重要靶点。

3 sirtuins在缺血中的作用

缺血过程中低能量的状态能够导致腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine Monophosphate Activated Protein Kinase，AMPK)的活化。AMPK的激活能维持ATP的水平，抑制其他消耗ATP的代谢过程[10]。已有研究表明，在缺血的条件下，AMPK和SIRT1可能具有相关性[11]。AMPK的激动剂5-am inoim idazole-4-carboxam ide-1-β-D-ribofuranoside能改善IRI，并能提高大鼠肾脏中SIRT1的表达量。此外，SIRT1的激动剂白藜芦醇的运用也被证实能保护脑缺血再灌注损伤[12]。在缺氧状态下诱发细胞保护作用的另一个重要因素是缺氧诱导因子(HIFs)。哺乳动物具有HIFα的三种亚型，HIF1α与HIF2α是研究的最多且结构最为相似。缺氧时，HIF2α蛋白水平略有增加，但其活性显著增高，这表明它的活性是由其他的翻译后调控机制来调节的。在人类癌细胞低氧刺激下，SIRT3也起着保护作用[13]。SIRT3的过表达能降低ROS的表达，影响HIF1α的稳定性，抑制肿瘤的发生[14]。SIRT1调节代谢最重要的一个因子是过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γcoactivator 1α，PGC1α)，它是许多核受体的转录共激活因子和转录因子。SIRT1与PGC1α相互作用，并导致其乙酰化，诱导ATP产生途径中线粒体线粒体蛋白的表达。PGC1α活性的增高能降低缺血过程中氧化应激的损伤。已有研究表明，PGC1α降低导致的ROS增高将导致脑缺血损伤[15]。

线粒体内膜蛋白、解耦连蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)能够调节质子电化学梯度，在神经细胞中，PGC1α参与UCP2的诱导进而抵抗氧化应激的损伤。缺血预处理或白藜芦醇预处理能提高SIRT1活性，由此导致的UCP2表达的降低和ATP水平的增高能够保护脑缺血损伤[16]。目前UCP2在缺血时的确切作用仍不完全清楚，对其作用研究结果并不统一。

4 sirtuins在再灌注中的作用

尽管移植的器官在缺血阶段由于氧的缺失会产生严重的病变，但最严重的阶段在于再灌注期间移植器官氧供的恢复。再灌注时，细胞代谢采取需氧途径，将导致各种活性氧的聚集，包括超氧化物、过氧化氢和活性氮，如过氧亚硝酸盐的产生。ROS主要产生于线粒体并触发多种现象，如积累的钙离子，胱天蛋白酶活化，细胞因子的上调，脂质、蛋白质和DNA损伤[17]。ROS可通过酶促途径包括锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)，过氧化氢酶(catalase，CAT)和过氧化物酶来消除。ROS的产生与消除失衡导致氧化应激损伤。在心脏，过表达的SIRT1通过上调抗氧化物如锰超氧化物、硫氧还原蛋白来抵御缺血再灌注过程中氧化应激的损伤[17]。SIRT1活化的水平决定了其是否有保护性作用，因为心脏中过高量表达的SIRT1会导致线粒体功能紊乱，提高氧化应激损伤。已有研究证实SIRT1在脑、肾、小肠的缺血再灌注过程中均有保护作用[18]。

大量研究证实，SIRT3在线粒体的生物功能中发挥着重要作用。SIRT3是一种重要的去乙酰化酶，SIRT3去乙酰化能提高许多在线粒体抗氧化机制中发挥重要作用的蛋白，如MnSOD，一种谷胱甘肽和硫氧还蛋白系统的调节蛋白[18]。SIRT3去乙酰化FoxO (forkhead boxcontaining protein O)转录因子，诱导核转录和其他抗氧化分子的转录，此外SIRT3也能去乙酰化FoxO3α诱导导致抗氧化酶，如MnSOD，过氧化物酶表达的上调[19]。细胞色素C具有清除过氧化物和超氧化物的能力，而SIRT3是提高细胞色素C表达所必需的[20]。再灌注损伤中线粒体功能的降低与一种多蛋白复合物即线粒体通透性转换孔(themitochondrial permeability transition poremPTP)有关。已知SIRT3能去乙酰化mPTP中的调节成分cyclophilin D，从而降低其活性和心脏中线粒体肿胀[21]。

5 sirtuins在缺血再灌注炎症反应中的作用

IRI能导致组织中炎性细胞的浸润和炎症反应。各种细胞因子、趋化因子、粘附分子以及胞外基质成分都能够介导炎性损伤。这些因子的表达均受到炎性反应中关键调节因子(nuclear factorkappa B，NF-κB)的调节。活化后，转录因子迁移至核，并提高促炎性基因增效的炎症反应的转录，之后淋巴细胞、单核细胞/巨噬细胞和粒细胞浸润到损伤组织[22]。SIRT1可通过去乙酰化和抑制p53和NF-κB通路在脑缺血神经保护中发挥着重要的作用。在SIRT1过表达的心脏，SIRT1能够降低NF-κB乙酰化水平阻止炎症反应。此外，SIRT1能通过去乙酰化NF-κB而发挥抗炎作用，其在人主动脉内皮细胞抑制血管内皮粘附分子的表达也得到了证实[23]。

6 sirtuins在缺血再灌注中细胞凋亡中的作用

在IRI中，通过活化Caspases能够导致凋亡性细胞死亡。研究表明，SIRT1与哺乳动物长寿有关，并能通过调节特异的底物提高哺乳动物应激状况下的细胞存活率。事实上大量研究已提出SIRT1在IRI中的抗凋亡作用[9]。SIRT1能去乙酰化已知的凋亡介质，如肿瘤抑制基因p53，从而抑制其转录活性[24]。在缺血的肾脏和大脑SIRT1被证实为重要的存活介质，由于SIRT1表达量的增高会降低p53的表达，减少细胞凋亡[25]。此外，SIRT1还可以通过去乙酰化FoxO转录因子家族来调节凋亡相关分子。在IRI中，心脏特异性表达SIRT1的转基因小鼠，SIRT1能诱导FoxO1核转录因子，通过上调抗凋亡因子Bcl-2和下调Bax的表达起到抗凋亡的作用[26]。

再灌注期间由mPTP打开所致的胱天蛋白酶活化分子的释放能够启动凋亡通路，由于SIRT3位于线粒体内，可能在抗凋亡通路中发挥着作用[27]。SIRT3能保护多种细胞避免基因毒性和氧化应激损伤导致的凋亡性细胞死亡。SIRT3的促凋亡作用与肿瘤抑制和ROS的抑制作用有关。已有报道在人大肠癌细胞中SIRT3与Bcl-2和JNK凋亡途径相关[28]。

7 小结

IRI是一种复杂的病理生理过程，会导致移植器官功能紊乱，因此阐明IRI的机制非常重要。近年研究表明sirtuins在多种细胞过程中均发挥着重要的作用。在本文中我们讨论了SIRT1和SIRT3信号通路在IRI中的保护性作用，在IRI中SIRT1可以通过活化FoxO1、PGC1α、HIF2α或抑制NF-κB转录因子来发挥对IRI的保护作用。同时，SIRT3在IRI介导的保护作用也可通过活化FoxO3α和线粒体抗氧化酶来实现。本文综述了SIRT1和SIRT3在IRI中的作用，阐明sirtuins家族在IRI的作用，为以后药物的开发及缓解缺血再灌注损伤提供了新思路。

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Roles of sirtuins in ischem ia-reperfusion injury.

LIWei-fang1,YANG Kang2,HUANGWei-feng1.1.School of Medicine,China Three Gorges University,Yichang 443000,Hubei,CHINA;2.Yichang People's Hospital,China Three GorgesUniversity,Yichang 443000,Hubei,CHINA

Ischem ia-reperfusion injury(IRI)remains a complicated situation in clinical practice,especially in the case of organ transplantation.Large number of factors can contribute to its complexity.The depletion of energy during ischem ia and the induction of oxidative stress during reperfusion initiate a cascade of pathways that lead to cell death and finally to severe organ injury.In the recent years,the sirtuin family has gainedmountings of attention,due to their involvement in themodulation of aw ide variety of cellular functions.There are sevenmammalian sirtuins.The nuclear/cytoplasm ic sirtuin1(SIRT1)and them itochondrial sirtuin 3(SIRT3)arew idely expressed inmany tissues.Sirtuins are known to play a key role in protecting against cellular stress and in controlling metabolic pathways,which are key processes during IRI.In this review,wemainly focus on the roles of SIRT1 and SIRT3 in modulating pathways againstenergy depletion during ischemia and their involvement in oxidative stress,apoptosis,microcirculatory stressand inflammation during reperfusion.

SIRT1;SIRT3;Ischem ia-reperfusion injury(IRI);Roles

R364

A

1003—6350（2016）16—2671—03

2016-03-28)

doi∶10.3969/j.issn.1003-6350.2016.16.031

黄卫锋。E-mail：81609903@qq.com