沉默信息调节蛋白1在缺血性脑损伤中的神经保护作用

李传文，汪青松

在中国，脑血管疾病已超过心血管疾病成为中国成年人死亡和致残的首因[1]。急性缺血性卒中是最常见的脑血管疾病，给社会和家庭带来了沉重的负担。随着免疫学和分子生物学的发展，急性缺血性卒中病理生理机制的研究已取得了重大进步。目前研究证实免疫炎性反应贯穿于缺血性卒中发生发展的全过程。近年来在尽早开通闭塞的脑血管，特别是在使用重组组织型纤溶酶原激活剂进行溶栓治疗方面取得了很大进展，但是有限的时间窗及再出血的风险，使得溶栓治疗受到限制，在世界范围内卒中仍然是导致死亡和残疾的主要原因[2]，而神经保护药物虽然在临床前实验中效果显著，但在临床试验中均以失败告终。因此，寻找一种能有效治疗急性脑梗死的方法已成为当前研究的重点。

近年来，沉默信息调节蛋白1（silent information regulator protein 1，SIRT1）能参与多种细胞功能的调节而成为研究的热点，随着老龄化人口上升和细胞的衰老，SIRT1的水平和活性在缓慢下降[3]。目前，国内外有报道指出，SIRT1可通过调控腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、PGC-1a调节细胞的能量代谢，通过调控FOXO家族、p53抑制细胞的凋亡、衰老及代谢，以及调控NF-κB及环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）抑制炎症反应，在预防细胞应激反应和控制代谢途径中扮演着重要的角色[4]。SIRT1作为疾病治疗的靶点逐渐引起人们的重视。

1 SIRT1简介

SIRT1是一种依赖NAD+的组蛋白去乙酰化酶。该物质主要作用依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）/NADH的信号转导，通过多种转录因子调节蛋白质表达，起到神经保护的作用。在哺乳动物Sirtuins中，已发现有7个同源蛋白（SIRT1-SIRT7），其中人SIRT1蛋白编码基因定位于染色体10q21.3，由500个氨基酸残基组成，全长33.715kb，无剪切变异体，具有高度的保守性。SIRT1蛋白主要由2个大小不同的结构域构成，大的主要由Rossmann折叠构成，其保守性较高；小的由含锌带结构和螺旋构件组成，保守性相对较低，底物就结合于两个大小结构域之间环状结构并发生催化反应[5]。

2 SIRT1与缺血性脑损伤的关系

SIRT1广泛分布于脑、肝脏、脂肪、胰腺、肾脏等多种组织器官。越来越多的研究表明，SIRT1可以通过调控p53、组蛋白乙酰化、NF-KB和Foxo1等关键分子的表达，参与体内众多的细胞反应，包括细胞增殖、凋亡、自噬、氧化应激及炎性反应等，在机体正常生理功能及疾病发生发展过程中发挥着重要作用[6]。

Mingzi Ran等[7]在大鼠脑缺血再灌注模型中证实SIRT1是神经保护的重要调节剂，他们首先将大鼠分成随意组（自由进食水和食物）和热量限制组，然后构建大鼠大脑中动脉阻塞模型，造模成功后，检测随意组SIRT1的表达量在逐渐下降，而热量限制组在增加，梗死灶体积与随意组比较相对缩小。当使用SIRT1抑制剂时，这一保护作用被消除。

同年，Yorito Hattori等[8]在实验中利用野生型和高表达SIRT1转基因型的大鼠，进行双侧颈总动脉结扎，构建脑缺血模型后，结果提示，与高表达SIRT1转基因大鼠对比，野生型大鼠脑血流量减少，组织学损害更严重。在对脑缺血大鼠治疗前，腹腔注入白藜芦醇，SIRT1的激活剂，则会显著减少神经细胞死亡。大量研究结果已证实，SIRT1在缺血性脑损伤中存在至关重要的作用[9]。SIRT1的保护作用在很多动物实验中已证实，但在临床中尚未报道，还需进一步探索。

2.1 SIRT1与细胞能量代谢的相关性 缺血性卒中是指局部脑组织因血液循环障碍，缺血、缺氧而发生的软化坏死。主要是由于供应脑部血液的动脉出现粥样硬化和血栓形成，使管腔狭窄甚至闭塞，导致局灶性急性脑供血不足而发病，最后引起神经功能障碍。大量研究表明，脑缺血所引起的神经损伤主要由能量供应不足、脑组织三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）含量急剧下降所致。因此，改善能量代谢，减少脑内ATP的消耗是治疗缺血性卒中的关键。

SIRT1是生物能量代谢中的关键蛋白质，可通过调节脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）的含量来调控AMPK的表达，借助于AMPK的激活，促进糖酵解和抑制糖异生为神经细胞提供能量，从而促进神经细胞能量恢复[10]。Dan Wan等[9]通过对大鼠脑缺血模型的研究，利用白藜芦醇激活SIRT1-AMPK信号通路，明显改善神经功能缺损，缩小梗死灶体积，起到神经保护作用。

除了AMPK，过氧化体增殖物激活型受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）作为神经系统的保护因子也引起了广泛关注，PGC-1α能够激活一系列调节能量代谢的转录因子，是与能量代谢联系密切相关的转录辅助活化因子。SIRT1与PCG-1α相互作用，通过抑制过氧化酶增殖体下调脂肪贮存相关基因转录，调节糖异生。并且有研究认为，SIRT1和PGC-1α的表达上升可以增加神经保护作用。研究发现，在脑血管病发病过程中，过表达的SIRT1可通过其去乙酰化作用增强PGC-1α在神经元中的代谢，发挥神经保护作用[11]。

另外，解偶联蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）也是代谢调控中的重要分子，其作用能够消除氧自由基及提升ATP。并且借助于SIRT1的激活作用，UCP2减轻ROS引起氧化应激提升ATP，从而发挥神经保护作用[11]。

2.2 SIRT1与免疫炎性反应的相关性 脑缺血再灌注损伤激活了白细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞等炎性细胞，从而产生了大量炎性因子，如细胞因子、趋化因子和黏附分子等。大量研究表明，SIRT1具有抗炎并抑制细胞间黏附分子表达的作用。

转录因子NF-κB在炎性反应中占据关键地位，通过增强肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）等促炎性因子基因的表达进一步促进炎性反应。也有研究显示，SIRT1在脑缺血后发挥神经保护作用主要是通过去乙酰化抑制p53和NF-κBp65信号通路[12]。各种促炎途径在激活动脉壁NF-κB的同时，刺激线粒体产生大量氧自由基，而SIRT1能使p65脱乙酰化，抑制其与NF-κB启动子的结合，从而干扰NF-κB信号转导来减少氧自由基的产生，抑制炎性反应的发生[13]。

此外，借助于离体高表达SIRT1的心肌细胞构建缺血再灌注损伤模型，研究发现，SIRT1的表达与NF-κB降低去乙酰化程度相关，SIRT1可使NF-κB的亚基去乙酰化，致使其基因表达缺失，因此能阻止炎性反应的发生发展[14]。在人主动脉内皮细胞中，SIRT1通过去乙酰化NF-κB抑制内皮黏附分子的表达发挥抗炎作用[15]。

COX-2是在各种损伤情况下产生的诱导酶，它可以催化前列腺素类（prostaglandins，PGs）的合成，进而参与炎症反应。SIRT1则可以沉默COX-2，抑制COX的活性通路，从而减轻炎症反应，起到对损伤神经的保护作用[16]。

2.3 SIRT1与细胞凋亡的相关性 神经细胞凋亡是脑缺血再灌注损伤的重要环节，是脑缺血再灌注损伤迟发性神经细胞死亡的主要形式。脑缺血损伤通过死亡受体介导途径、线粒体介导途径和内质网应激通路诱导神经细胞凋亡。既往研究提示SIRT1在缺血再灌注损伤中可能起抗凋亡作用。

p53是一个重要的内在凋亡途径调节因子，当发生应激反应时细胞质中的p53快速转移到线粒体的外表面，与Bcl-2家族的抗凋亡蛋白（Bcl-xL、Bcl-2、Mcl-1）和（或）促凋亡蛋白（PUMA、Bax、Bak）相互作用。这种作用进而导致细胞色素C的释放、激活细胞凋亡蛋白酶级联反应。SIRT1能够去乙酰化p53，抑制其转录活性，进而减少凋亡的发生[17]，发挥间接保护神经细胞功能的作用。

在肾脏缺血和脑缺血模型中，SIRT1表达增加与p53表达的下降和细胞凋亡的减少具有显著的相关性[13，18]。此外，FOXO家族的靶基因与细胞凋亡、衰老、周期及代谢相关，SIRT1还能通过去乙酰化FOXO1转录因子家族调控凋亡相关分子的表达，有助于神经功能的恢复[19]。SIRT1高表达转基因小鼠诱导缺血再灌注模型表明，SIRT1能够诱导FOXO1的核转位，随之上调抗凋亡分子Bcl-2并下调Bax[20]。

3 展望

当机体发生局部脑缺血后，SIRT1的表达下降，同时增加缺血组织损伤的敏感性，尤其在老年人中多见。诸多研究表明，SIRT1作为一种依赖NAD+的组蛋白去乙酰化酶类，能够通过调节能量代谢、抑制炎性反应、抗细胞凋亡等作用，减轻缺血性脑损伤，促进神经功能恢复，具有一定的脑保护作用。目前关于SIRT1在缺血性脑损伤中的神经保护作用是肯定的，但是，SIRT1如何在脑缺血中发挥作用具体机制尚未完全阐述，SIRT1作为缺血性卒中一个潜在的治疗靶点，还有很多问题尚未解决，应进一步深入研究。

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