抗衰老酶1在心脏病中的作用及相关药物对其调控作用的研究进展

王杠杠，宋 崴，2

（北京航空航天大学1.生物与医学工程学院，2.生物医学工程高精尖创新中心，北京 100083）

心血管疾病是世界范围内威胁人类生命的最主要疾病之一。2017年，美国心脏联合会的统计数据显示，心血管疾病导致接近80万美国人死亡，每3人就有1人死于心血管疾病；在全球范围内，31%的死亡是由心血管疾病引起［1］。冠状动脉粥样硬化性心脏病、风湿性心脏病和扩张型心肌病等疾病以及多种药物的心脏毒性均可导致心肌细胞不可逆性损伤，心肌舒缩功能下降，最终导致心力衰竭，危及生命。心血管疾病的成因复杂，临床以对症治疗为主，治疗药物繁多。从细胞和分子层面研究心血管疾病的发病机制、病理表现及药物作用，对探寻更有效的心脏病治疗方法有重要意义。

抗衰老酶1（sirtuin1，Sirt1）是细胞中广泛存在的一种去乙酰化酶，可通过去乙酰化组蛋白或非组蛋白，抑制或激动酶和结构蛋白的活性，维持细胞内环境稳定，调控基因表达，参与细胞增殖、分化、代谢、衰老、凋亡以及炎症等生命活动过程［2-6］。Sirt1在热量限制情况下，可促进干细胞增殖和抗衰老，被认为是长寿相关因子，成为近几年的研究热点。Sirt1对衰老的心肌细胞也有类似作用，可通过抑制内质网应激和减少细胞凋亡维持老化心肌的收缩功能［7］。已有研究者就Sirt1在心脏病中的作用机制做了总结，证明Sirt1可增强细胞抗氧化应激的能力，减少细胞凋亡，减轻炎症反应，调节能量代谢和协调心脏舒缩功能［8］，心脏压力过载、热量限制、运动和急性缺血预处理等外源刺激均会上调Sirt1的表达［9］。本文在已往研究的基础上，对近5年Sirt1与心脏病相关文献进行综述，总结Sirt1在心脏病中的作用以及药物调控Sirt1在心脏病治疗中的作用。

1 Sirt1在心脏病中的作用

1.1 心肌梗死

近年，心肌梗死过程中Sirt1的心肌保护作用相关的研究有很多，主要集中于对心肌梗死后期心肌缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）中Sirt1的保护作用。再灌注使梗死部位恢复血供愈合的同时，也加速了急性炎症反应，带来I/R损伤。I/R后，心肌组织中Sirt1的表达量和活性均有所变化。早期（再灌注后4 h内）心肌组织中Sirt1表达上调但活性下降［10］，后期（再灌注后24 h）Sirt1表达量则显著下调［11］。Yamamoto等［11］在2011年对Sirt1在心肌I/R过程的调控及其保护心脏的机制做了综述。在心肌I/R过程中，外源性激动Sirt1酶活性及热量限制、运动和缺血预处理等手段，均可调节Sirt1在体内的表达和活性；Sirt1在此过程中保护心脏的机制十分复杂，可通过下调NF-κB减轻炎症反应，通过上调Bcl-xL、下调Bax减少细胞凋亡，通过调节叉头蛋白O1（forkhead box protein O1，FoxO1）及其下游因子增强细胞自噬作用和抗氧化应激的能力。Nadtochiy等［12］通过代谢组学分析表明，Sirt1相关信号通路在急性缺血预处理中快速建立心脏代谢适应中有重要作用。

Sirt1与I/R后心肌梗死面积及心脏功能恢复相关。过表达Sirt1可减少心肌I/R后的细胞凋亡，减小心肌损伤面积；与正常小鼠相比，心肌细胞特异性地敲除Sirt1基因小鼠I/R后细胞凋亡增多，心肌梗死面积增加［13］。Yamamoto等［14］研究发现，热量限制可使心肌梗死小鼠左心室功能恢复加快，再灌注期间释放乳酸脱氢酶，心脏补体3蛋白表达降低，Sirt1的激动剂白藜芦醇也有相同作用；但热量限制对于心肌细胞特异性敲除Sirt1基因小鼠则无此作用，说明Sirt1在热量限制促进心梗后心脏康复的过程中有重要作用。

1.2 心肌病

Sirt1缺失可能导致扩张型心肌病发生。细胞中Sirt1缺乏，会导致心脏发育相关转录因子Mef2乙酰化水平升高，影响正常心脏发育及线粒体完整性，Sirt1基因敲除小鼠成年后表现为扩张型心肌病，心脏体积扩大，心肌细胞较正常小鼠小且纤维化程度高，细胞内线粒体功能异常［15］。

Sirt1对心肌细胞肥大的影响是双向的。Matsushima等［13］在其综述中总结了包括外源刺激类型、Sirt1表达量变化程度和过氧化物酶体增殖物激活受体α（peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α）作用等相关因素，Sirt1可通过调节FoxO和P53作用于下游因子，抑制细胞凋亡，抗氧化应激，也可作用于Akt和NF-κB/PPAR-α，调控细胞内脂肪酸氧化。过表达Sirt1可增加心肌细胞体积，抑制Sirt1活性或心肌细胞特异性敲除Sirt1基因均抑制心肌细胞肥大［16］。增加心脏压力可同时上调Sirt1和PPAR-α，导致心肌细胞肥大和心力衰竭；Sirt1和PPAR-α任一缺乏都会减轻心肌肥大的程度［17］。Sirt1可减轻药物作用或其他原因造成的心肌细胞肥大。激活或过表达Sirt1可抑制苯肾上腺素造成的心肌细胞肥大、代谢失调和炎症反应［18］。Huang等［19］研究发现，血管紧张素Ⅱ可激活JNK，诱导Sirt1降解，增加热休克转录因子1的乙酰化程度及其受体表达，最终导致心肌细胞肥大和凋亡。同样是对血管紧张素Ⅱ诱导心肌细胞肥大的研究，Geng等［20］发现，敲除PARP-2基因可上调Sirt1表达；Zhang等［21］用α-硫辛酸下调PARP-2可上调Sirt1活性；这2种方法均会抑制血管紧张素Ⅱ的作用，减轻心肌细胞肥大。

1.3 心力衰竭

Tanno等［22］在2012年综述了抗衰老酶家族在心衰中的作用，指出Sirt1和Sirt3参与调节能量产生、氧化应激、细胞内信号转导、血管生成、细胞自噬和细胞凋亡等心力衰竭相关的生物学功能。

心力衰竭会下调心肌组织中Sirt1的表达量和活性，并影响Sirt1的细胞内定位。Lu等［23］和Akkafa等［24］的研究均发现，心衰患者的心肌细胞中Sirt1显著下调，细胞氧化应激和凋亡增加。Sirt1是心衰早期的内源性保护机制。Sirt1可激活锰超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，Mn-SOD），减少细胞中氧自由基产生，促进线粒体内脂肪酸氧化，增加心肌细胞抗氧化应激的能力［25］。

Sirt1失活会造成心脏发育不良或心力衰竭。Mu等［26］研究发现，幼年小鼠心肌中Sirt1表达量远高于成年小鼠，与正常对照组相比，抑制内源性Sirt1活性的转基因小鼠，心肌组织中P53乙酰化程度增加，Bax表达上调，表现出心肌细胞凋亡和早发心衰，出生后很快死亡。

1.4 药物刺激及其他心肌损伤

多柔比星是临床常用的一种抗肿瘤药物，具有较强的心脏毒性，严重时可能造成心力衰竭。多柔比星会下调心肌细胞中Sirt1的表达水平，增加心肌细胞氧化应激和凋亡［27］，过表达或激活Sirt1会减轻多柔比星造成心肌损伤，减少细胞凋亡。Ruan等［27］研究发现，过表达Sirt1可减少多柔比星造成的活性氧产生，抑制P38磷酸化。Zhu等［28］研究结果表明，多柔比星处理H9c2细胞，细胞中Sirt1表达下调且呈浓度依赖性，而过表达Sirt1则通过下调Bax和p66shc上调Bcl-2，减少多柔比星造成的细胞凋亡。Lou等［29］的细胞实验结果表明，Sirt1激活可减轻多柔比星造成的心肌细胞内质网应激反应，白藜芦醇可增强Sirt1对心肌的保护作用。Cappetta等［30］发现，使用白藜芦醇激活Sirt1可抑制多柔比星造成的心肌细胞纤维化、凋亡和心脏舒张期功能障碍。De Angelis等［31］则证明，Sirt1对人心脏祖细胞也有相同的调节和保护作用。Yuan等［32］研究发现，C1q肿瘤坏死因子相关蛋白-3也可减弱多柔比星造成的心肌损伤，在此过程中Sirt1被激活，使用Sirt1抑制剂或沉默Sirt1基因会抑制C1q肿瘤坏死因子相关蛋白-3对心脏的保护作用。

Sirt1参与调节重组人神经调节蛋白-1β（recom⁃binant human neuregulin-1β protein，rhNRG-1β）保护放射损伤的心肌细胞。放射性心脏病是肿瘤放射治疗的严重的不良反应，目前临床尚无有效的防治方法。Gu等［33］的研究发现，rhNRG-1β可维持放射损伤心肌细胞中线粒体完整性、ATP生成和三羧酸循环，Sirt1表达也显著上调。

Sirt1可减弱椎虫感染造成的心脏损伤。Wan等［34］用Sirt1的激动剂白藜芦醇或SRT1720处理感染南美锥虫的小鼠，可显著增强小鼠左心室功能，NF-κB表达下调，心肌细胞炎症反应和氧化应激减弱。

2 药物调控Sirt1在治疗心脏病中的作用

2.1 白藜芦醇对Sirt1的调控作用

白藜芦醇是最早在红酒中发现的一种植物多酚，具有抗氧化、抗炎症和抗衰老等作用。已有研究表明，高剂量白藜芦醇对治疗心血管疾病有重要作用［35］。白藜芦醇作为Sirt1激动剂被广为应用，在高血压、动脉粥样硬化、冠心病、心律失常和化疗引起的心脏毒性、糖尿病性心肌病和心衰等动物模型实验中均有改善心功能、减少心肌细胞氧化应激和凋亡等作用［36］。白藜芦醇激活Sirt1后，涉及的下游因子种类繁杂，作用多样，包括减少心肌细胞凋亡、降低纤维化程度和抵抗氧化应激等，保护血管内皮细胞功能，促进血管生成［37］。

白藜芦醇对Sirt1的调控可减轻心肌梗死、脓毒症和多柔比星造成的心肌细胞损伤。白藜芦醇可减轻心肌梗死后心律紊乱、减小梗死面积、减少血液中乳酸脱氢酶和肌酸激酶的含量［38］。Yang等［39］体外模拟心肌细胞缺氧复氧过程，发现白藜芦醇上调Sirt1，下调miR-34a，减少心肌细胞损伤；沉默Sirt1基因或过表达miR-34a则会抑制白藜芦醇对心肌细胞的保护作用。An等［40］研究发现，用白藜芦醇治疗脓毒症大鼠，心肌细胞中Sirt1和Bcl-2上调，炎症和凋亡相关因子下调，中性粒细胞聚集减少，心肌细胞凋亡减少。Sin等［41］研究发现，白藜芦醇激活Sirt1-USP7通路，减轻多柔比星对老年小鼠心肌细胞的损伤。

Sirt1参与白藜芦醇对心衰和高脂血症的治疗。Gu等［42］研究发现，白藜芦醇可改善心脏功能，降低心衰小鼠死亡率，增加AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）表达，而对Sirt1基因敲除小鼠则无治疗作用。Meng等［43］研究发现，高脂饮食喂养会使大鼠血脂升高，饮食中加入白藜芦醇则会降低血脂异常的程度，上调Sirt1表达，同时还上调AMPK、过氧化氢酶和SOD等脂代谢相关蛋白和酶类表达。

白藜芦醇对糖尿病引起的心脏病变也有很好的治疗作用。Turan等［44］在2012年综述了白藜芦醇保护糖尿病心肌的作用机制。白藜芦醇通过调节细胞抗氧化和葡萄糖代谢等减轻糖尿病引起的心血管系统疾病，Sirt1，Sirt2和Sirt4都在其中发挥重要作用。Wang等［45］的研究还表明，白藜芦醇通过上调Sirt1活性改善糖尿病小鼠心肌细胞自噬功能，从而减少心肌细胞氧化应激和凋亡，改善心功能，减轻心肌细胞肥大和纤维化，降低小鼠死亡率。

白藜芦醇激活Sirt1也可改善衰老心脏的心功能。Sin等［46］的研究发现，老年小鼠心肌中Sirt1活性降低，FoxO1乙酰化程度升高，凋亡信号因子Bim表达上调；白藜芦醇处理则会上调Sirt1活性，减少心肌内纤维化胶原沉积，减少细胞凋亡，增加心脏射血分数，改善心功能。Lin等［47］研究发现，白藜芦醇激活Sirt1和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，增加FoxO3磷酸化水平，从而提高运动对老年大鼠心功能的改善作用。

紫檀芪是白藜芦醇的甲基化衍生物，被称为二代白藜芦醇，具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂和抑菌等多种生物活性，对心脏病也有一定治疗作用［48］。Guo等［49］研究发现，紫檀芪可上调缺氧复氧后心肌细胞中Sirt1的活性和表达，减少心肌细胞凋亡。

2.2 激素类药物对Sirt1的调控作用

雌激素与Sirt1之间的相互作用会影响心脏功能，对心脏病的发生和治疗有重要意义。雌激素缺乏会导致小鼠心功能失常，激活Sirt1则会缓解心脏功能障碍［50］。Oka等［17］研究发现，主动脉缩窄造成心脏负荷过大时，Sirt1和PPARα表达上调，Sirt1-PPARα复合体增加会下调雌激素相关受体的表达，造成心肌肥大和心衰。Bendale等［51］研究发现，17-β雌二醇可上调心肌中Sirt1和AMPK表达，下调H3乙酰化水平，从而减轻绝经后综合征造成的心脏功能障碍。Shen等［52］研究发现，Sirt1也参与17-β雌二醇减轻血管紧张素Ⅱ造成的心肌肥大的过程。

褪黑素保护心脏的过程也需要Sirt1参与。Yu等［53］研究发现，褪黑素可使心肌细胞中Sirt1表达上调，凋亡相关因子表达下调，改善大鼠心肌梗死后心脏功能，减小心肌梗死面积，降低细胞凋亡比例，减少血清中肌酸激酶和乳酸脱氢酶释放，同时用Sirt1抑制剂Ex527处理则会削弱褪黑素对心脏的保护作用。

2.3 中草药及提取物对Sirt1的调控作用

Sirt1也参与中草药及其提取物改善心脏功能和治疗心脏病过程。Luo等［54］研究表明，长期服用人参提取物可上调老年大鼠心肌细胞中Sirt1和Sirt3表达，激活蛋白激酶B/一氧化氮合酶信号通路，下调胞外信号调节激酶（extracellular signal-regu⁃lated kinase，ERK）和胱天蛋白酶7表达，降低发生心梗的风险。

Duan等［55］发现，竹节参皂苷Ⅳa可降低高血糖对心脏的损伤。高糖处理心肌细胞会降低细胞活性，增加活性氧和钙离子，增加细胞凋亡；加入竹节参皂苷Ⅳa后，Sirt1和ERK1/2水平呈浓度依赖性增加，心肌细胞凋亡减少；沉默Sirt1或加入Sirt1抑制剂，则会抑制竹节参皂苷Ⅳa对心肌细胞的保护作用。

丹参酮ⅡA可通过激活Sirt1减轻高血压诱导的心肌重构。Feng等［56］实验结果表明，大鼠主动脉缩窄术后心功能降低，细胞凋亡增多，心肌重构增加；用丹参酮ⅡA会减弱术后的心脏损伤，但同时用Sirt1抑制剂则无明显改善作用。

3 结语

综上所述，Sirt1在心肌梗死、心肌病、心力衰竭和药物或其他刺激造成的心肌损伤中都有一定的心脏保护作用。白藜芦醇作为Sirt1的激动剂，在多种心血管疾病及心肌损伤中都可改善心功能、减少心肌细胞氧化应激、炎症和凋亡。此外，雌激素、褪黑素以及部分中草药及提取物的心脏保护功能也需要Sirt1的参与。Sirt1作为近几年的研究热点，其保护心肌细胞的机制已初步阐明，在心脏病中的作用也愈加清晰。但由于Sirt1在心脏病中表现出的双重性，且下游因子繁杂，研究者们需深入探究Sirt1与其他外源刺激的相互作用机制及表现。在推动将Sirt1作为药物治疗靶点的临床应用进程中，需要进一步探索药物剂量和毒性，明确药物在体内发挥作用的机制，研发更敏感、更高效的心脏病治疗药物，减少药物副作用发生。