白藜芦醇作用于SIRT1影响认知功能的机制研究进展*

王德生，苏庆杰，龙发青，张余辉，王布飞，陈斌，夏诗亮

（海南医学院第二附属医院 神经内科，海南 海口 570311）

认知功能减退是一种与年龄相关的疾病，目前正形成一种全球化的趋势。许多与年龄相关的心脑血管疾病，如高血压、糖尿病、慢性脑低灌注性脑损伤，以及神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等都可导致认知功能减退，甚至进展为痴呆[1-2]。然而，目前尚无有效药物缓解痴呆症状。白藜芦醇是一种多酚类化合物，可通过多种信号途径改善大脑的健康状态，而SIRT1 的激活是其中最关键的一步。本文综述白藜芦醇通过SIRT1 调节认知功能相关机制的最新进展，为防治认知功能减退及修复脑功能提供治疗方向。

1 白藜芦醇的生物学特性

白藜芦醇（3，5，40-三羟基-反式二苯乙烯）是一种天然的非黄酮类多酚和植物抗毒素，广泛存在于70 多种不同的植物中，尤其是藤本植物、松树和豆科植物，特别是在葡萄皮和红酒中含量丰富[2]。法国人高饱和脂肪饮食，心血管疾病的发病率相对较低，可能是由于持续适量摄入含有白藜芦醇的红葡萄酒，从而起到抑制血小板聚集，预防动脉粥样硬化斑块进展的作用[3]。白藜芦醇以顺式/反式异构体存在，其中只有反式异构体具有生物活性。体外研究证明，其是一种有效抗氧化剂，具有抗血小板、抗炎等作用。然而根据药代动力学分析结果，白藜芦醇在体内代谢迅速，虽然口服后吸收率70%，但生物利用度很低[4-5]。最近研究表明，白藜芦醇可能对神经变性有保护作用，并能提高认知能力[6]。ANASTÁCIO 等[2]报道用白藜芦醇治疗慢性脑部低灌注处理后的成年Wistar 大鼠，显著抑制海马CA1 区锥体细胞的死亡，并可预防空间和记忆能力的损害。尽管目前已有大量的研究，但白藜芦醇的作用机制仍然没有完全明确。

2 SIRT1 的生物学特性

SIRT1 是沉默信息调节2 蛋白（Sirtuin）家族的成员，与酵母蛋白Sir2 同源。该蛋白是Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，属于氧化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖酶家族成员。目前已在哺乳动物中发现有7 种Sirtuin 酶在特定组织中广泛表达。SIRT 有不同的亚细胞定位：SIRT6 和SIRT7 位于细胞核，SIRT1 和SIRT2 在细胞核和细胞质之间穿梭，SIRT3、SIRT4 和SIRT5 存在于线粒体中。在7 种哺乳动物Sirtuin 中，SIRT1 是研究最广泛的，这种酶在大脑、心脏、肾脏、肝脏、胰腺、骨骼肌、脾脏和白色脂肪组织中高表达。1999年，Sir2 被发现可以延长酵母菌寿命[7]，将Sir2整合到野生型菌株中，可延长其30%的寿命，而Sir2突变小鼠的寿命降低50%，这是由rDNA 重组和复制受阻造成的。SIRT1 此后被发现在细胞寿命延长、能量和代谢调节、表观遗传和DNA 修复的同源重组中都有一定作用。在热量限制的哺乳动物中，SIRT1 促进脂肪分解供能，改善肝脏、骨骼肌、脂肪组织对胰岛素的敏感性，保护胰岛β 细胞的功能[8-9]。

虽然SIRT1 在大多数脑区都有表达，但主要在海马、丘脑和孤束核的细胞核内[7]。SIRT1 是多个相互联系的调节网络的关键组成部分，调节树突和轴突的生长。SIRT1基因敲除小鼠的大脑解剖结构基本正常，但在树突发育和突触可塑性方面存在缺陷[7]。限制热量摄入和运动可以逆转脑内因神经元老化、高脂饮食和各种病理条件导致的SIRT1 水平的降低。

3 白藜芦醇通过调节SIRT1 改善认知

研究表明，白藜芦醇通过激活SIRT1 或促进SIRT1 表达改善认知功能[10]。白藜芦醇作为最有效的天然Sirtuin 活物之一，通过降低乙酰化底物的Km 值（可达8 倍）发挥作用，使人SIRT1（但不包括酵母Sir2 和人SIRT2）的活性提高。白藜芦醇的存在与否决定了p53-AMC 肽（与荧光载体7-氨基-4-甲基香豆素相连的p53）是否会与SIRT1 相互作用。2015年，CAO 等[11]对SIRT1、白藜芦醇、7-氨基-4-甲基香豆素（AMC）组成复合物的结构进行分析后发现，SIRT1 酶含有3 个重要的功能结构域：N 端结构域（NTD）、C 末端结构域（CTD）和保守催化结构域（CD），2 个功能性白藜芦醇分子介导AMC-肽与SIRT1 的N端结构域（NTD）相互作用，从而促进SIRT1 的活化。这与之前的研究一致，白藜芦醇激活SIRT1 依赖于荧光载体。

白藜芦醇可以通过提高SIRT1 水平来改善认知障碍，虽然机制有待完全阐明，可能与其抗氧化、抗炎、抗凋亡、自噬调节、增加脑血流量和改善突触可塑性有关。

3.1 白藜芦醇的抗氧化作用

由活性氧（reactive oxygen species, ROS）累积导致氧化应激是神经发生退行性改变的因素之一。在人体中，ROS 的主要来源于超氧化物，超氧化物损伤DNA 和细胞膜，诱导炎症反应，常导致不良后果。大脑耗氧较多，并同时产生大量的ROS，但其抗氧化能力一般[8]。因此，由衰老等因素导致抗氧化系统能力降低可能导致认知功能的损害。

过氧化物酶体增殖活化受体γ（PPAR-γ）与辅助活化因子1-α（PGC-1α）是线粒体的转录辅助激活因子和主调节因子，PGC-1α 刺激线粒体的物质合成和呼吸功能，并与PPAR-γ 相互作用，从而允许该蛋白与多种转录因子相互作用。目前已知PGC-1α可正调节线粒体对氧化损伤的保护作用，预防氧化应激导致的内皮功能障碍和细胞凋亡。PGC-1α 基因敲除小鼠对氧化应激和1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）和红藻氨酸诱导的神经变性作用更敏感，而提高PGC-1α 水平对由氧化应激导致的神经损害有显著的保护作用。由于PGC-1α 是SIRT1的靶标，白藜芦醇可以通过SIRT1 介导的去乙酰化间接作用于PGC-1α，从而通过抵抗氧化作用来改善认知障碍。

最近的一项探讨白藜芦醇对大脑中动脉闭塞再灌注动物模型脑缺血的影响研究结果表明，白藜芦醇明显降低大鼠海马中的ROS 和细胞凋亡的数量，增加SIRT1 的表达，揭示白藜芦醇对脑缺血的神经保护和抗氧化作用[12]。另一研究报道，辐射使大鼠海马内ROS 增加，而白藜芦醇通过增加SIRT1 的表达和活性，抑制海马细胞凋亡。研究表明，白藜芦醇可能通过提高SIRT1 在保护神经元免受氧化应激方面起至关重要的作用[13]。

3.2 白藜芦醇的抗炎抗凋亡作用

SIRT1 使组蛋白和一些关键转录因子脱乙酰化，抑制各种炎症相关基因的转录，从而在调节炎症反应中发挥重要作用[14]。白藜芦醇预处理可提高SIRT1 水平，调节各种炎症介质的表达（包括IL-1β、TNF-α、nlrp 等），减轻神经炎症、凋亡和异氟醚诱导的认知功能损害[15]。目前已知由小胶质细胞激活介导的神经炎症与认知功能障碍直接相关。在基因表达突变型人淀粉样蛋白前体蛋白（APP）和突变型人早老素-1（PS1）的双转基因小鼠的动物模型中，使用米诺环素抑制小胶质细胞活化和炎症细胞因子分泌，改善了海马神经发生和海马依赖性学习任务中的行为表现。小胶质细胞也是突触修饰的关键，影响发育中和发育成熟的大脑突触的重塑和可塑性。海马细胞通过小胶质细胞特异性补体受体3（CR3）和趋化因子受体Cx3cr1 的表达，使小胶质细胞与突触发生相互作用，从而恢复认知功能。长期的突触抑制可以引发炎症性神经病，并导致认知功能衰退。

近年发现，白藜芦醇通过miRNA 调节小鼠小胶质细胞中的SIRT1 和神经炎症，miR-204 通过抑制SIRT1的表达，提高炎症相关基质金属蛋白酶9（MMP-9）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和IL-1β 的水平，而抑制miR-204 或白藜芦醇处理可以恢复SIRT1 表达。miR-204 抑制剂通过激活半胱天冬酶依赖性细胞凋亡，抑制小胶质细胞增殖和活力。白藜芦醇和miR-204 抑制剂均能抑制脂多糖（LPS）诱导的小胶质细胞活化和细胞增殖，抑制炎症进展，并通过上调SIRT1 促进细胞凋亡[14]。β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积是阿尔茨海默病的标志之一，其可导致小胶质细胞激活，并使诱导型iNOS 表达增加、神经元凋亡和变性。Aβ 通过核因子κB（NF-κB）使小胶质细胞活化，Rea/p65 亚基的可逆乙酰化或去乙酰化参与翻译后的过程。Lys310 乙酰化介导NF-κB 信号通路的常规修饰，SIRT1 可以引发Lys310 去乙酰化和NF-κB 信号通路的抑制。

3.3 白藜芦醇改善突触可塑性

突触可塑性是学习和记忆形成的神经元分子基础，突触结构可塑性是指突触的数量、突触连接的形成和突触间隙的变化，而突触功能可塑性反映了突触传递功效的增强和下降。长时程增强和长时程抑制可能与学习和记忆的细胞相关[16]，认知能力缺陷与突触功能的破坏相关。最近的证据表明白藜芦醇是一种潜在的海马突触可塑性增强剂，可以改善认知功能[17-18]。

脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）是控制神经元分化和存活、突触形成、突触可塑性及海马长时程增强（LTP）的调节因子。BDNF 通过红藻氨酸、高频刺激或提高氯化钾水平调节突触可塑性，通过电压门控钙通道（VGCC）和N-甲基-d-天冬氨酸受体（NMDAR）使Ca2+内流，Ca2+内流触发cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）的磷酸化，磷酸化的CREB（p-CREB）与BDNF 基因内的关键Ca2+反应元件（CRE）结合并促进转录BDNF。这个过程激活BDNF 转录并调节海马LTP。

SIRT1 通过miRNA 介导的机制调节BDNF 表达。SIRT1 与转录因子YY1 复合物结合限制miR-134 的表达，影响CREB-BDNF轴并促进BDNF转录。BDNF 抑制miR-134 的活性，同时抑制含有Lim 结构域的蛋白激酶1（Limk1）翻译，并促进树突发育。SIRT1 在海马神经元中的过表达也可能使甲基-CpG结合蛋白2（MeCP2）去乙酰化，从而促进BDNF 转录。所有这些途径都通过SIRT1 提高BDNF 水平，白藜芦醇可以增强这一过程。表明白藜芦醇可能通过SIRT1影响BDNF 表达，调节突触可塑性并改善认知[19]。

3.4 白藜芦醇增加脑血流量

正常大脑功能的维持依赖于脑血流量（cerebral blood flow, CBF），其向大脑提供营养物质，并去除大脑中有害的代谢产物。血管性认知障碍是由于脑血流量不足导致的神经功能缓慢下降。研究表明，双侧颈总动脉狭窄（bilateral common carotid stenosis, BCCS）引起的脑灌注不足导致脑缺氧和神经炎症，最终导致记忆障碍，Sirt1 高表达小鼠在BCCS 手术后与对照组相比明显保留CBF。此外，SIRT1 通过对内皮型eNOS乙酰化的抑制，激活脑内eNOS-NO 系统，在脑灌注不足和缺血性损伤后起到保护作用。SIRT1 使eNOS 中的钙调蛋白结合结构域中的赖氨酸496 和506 去乙酰化，从而促使NO 的产生，而NO 具有血管扩张、抑制白细胞黏附、抗血小板聚集和细胞凋亡的特点[20]。因此，白藜芦醇可以通过激活SIRT1/eNOS/NO 轴来增加CBF，这可能与空间记忆有关。

3.5 白藜芦醇与自噬作用

自噬在急性脑损伤和一些神经退行性疾病中起着神经保护作用。研究表明，白藜芦醇可能通过调节自噬途径起到神经保护作用，但结果有些矛盾。在TBI 大鼠模型中，白藜芦醇抑制海马中的神经元自噬，降低自噬标记蛋白微管相关蛋白轻链3-Ⅱ（LC3-Ⅱ）和Beclin1 水平，并减轻脑水肿和促进认知功能恢复[21]。添加白藜芦醇可通过抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）介导的自噬和细胞凋亡，增加谷氨酸处理的星形胶质细胞的活力[22]。然而，其他实验获得不同的结果，在Aβ1-42处理的PC12 细胞中提高LC3-II/LC3-I，使Parkin 和Beclin-1 表达升高[23]。白藜芦醇可通过增强自噬，抑制NOD 样受体家族及含有Pyrin 结构域3（NLRP3）的炎性体激活，起到对脑缺血再灌注损伤的保护作用[24]。在鱼藤酮诱导的PD 细胞模型中，白藜芦醇通过诱导自噬保护细胞免于凋亡，这可能是通过激活AMPK/SIRT1 途径介导的[18]。该结果差异可能由于细胞系不同，白藜芦醇治疗的持续时间和剂量不同引起。因此，其机制仍需要进一步研究。

4 研究展望

衰老和神经退行性病变导致的认知功能下降在老年人群中很常见。白藜芦醇可通过其抗氧化、抗炎、抗凋亡和自噬调节作用，以及增加CBF 和改善突触可塑性的能力，改善记忆和认知。miRNA 可能成为新的治疗方向。如前所述，SIRT1 在影响CREB-BDNF轴的过程中抑制miR-134，并增强学习和记忆能力，而miR-204 与SIRT1 mRNA 的3'-UTRs 结 合，降低SIRT1 的水平，激活小胶质细胞，促进炎症反应。因此，miRNA 可能成为未来治疗的靶点之一，而SIRT1活化剂的临床应用及多靶点调控机制的进一步明确将有助于神经损伤的治疗。