Sirt1治疗后发性白内障的研究进展△

毕雪 李轩

sirtuins是第3类组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)，以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenie dinucleotide,NAD+)为辅助因子，催化组蛋白乙酰赖氨酸残基的去乙酰化。除脱乙酰酶活性外，sirtuins还具有ADP-核糖基转移酶活性[1]。沉默信息调节剂2(silence information regulator 2,Sir2)最早在酵母中描述，是在sirtuin家族中发现的第1个基因[2]。到目前为止，已经确定了7个Sir2同系物，存在于原核生物和真核生物中，这些同系物被指定为Sirt1至Sirt7[3]。本文综述了Sirt1生物学作用主要路径的前沿研究和调节Sirt1相关信号转导和下游效应可能在治疗后发性白内障方面具有潜在的应用价值。

1 Sirt1的生物学结构及功能

Sirtuins家族共享的同一个保守的催化核心，是由一个罗斯曼褶皱组成的大区域构成[4]。Sirt1是研究最多的人类亚型，它含有747个氨基酸，具有扩展的N-和c-末端，非常灵活和无结构，这使得它能够提供更多的活性调节位点(如翻译后修饰、与蛋白质和配体的相互作用)[4]。Sirt1维持染色质沉默状态和基因组稳定性[5]，与各种生理和病理过程以及条件有关。Sirt1在限制卡路里的抗衰老作用[6]、限制热量对神经退行性疾病的保护作用[7]、增强大鼠海马神经元干细胞增殖状态[8]以及参与保护细胞氧化应激和DNA损伤方面发挥了显著作用[9]。

2 Sirt1在眼球的分布

Sirtuins的细胞定位、活性和功能不同，可分为4类(Ⅰ～Ⅳ)[3]，Sirt1属于Ⅰa类。Sirt1蛋白定位于细胞核和细胞质中[10]，很大一部分是与常染色质相关的。Jaliffa等[11]通过免疫组织化学染色和Western blot分析检测Sirt1在成年小鼠眼中的分布，发现Sirt1定位于包括角膜、晶状体、虹膜、睫状体和视网膜在内的所有正常眼结构的细胞核和细胞质中[11]。在人眼中，Sirt1在老年性白内障患者晶状体上皮[12]及视网膜[13]中有表达。对于健康人角膜上皮，Alves等[14]报道，有50%的人表现出Sirt1的阴性表达，30%的人角膜上皮呈弱表达，20%的人角膜标本被认为具有明显的免疫阳性反应。

3 Sirt1生物学作用的主要路径

Sirt1具有多种生理功能，在病理环境中具有广泛的作用。这是由于其上游有众多联系紧密的microRNA进行调控，以下仅总结了microRNA与晶状体上皮细胞(lens epithelial cell,LEC)相关的一些研究。此外，Sirt1下游有大量的靶标，其中包含许多在细胞生存和重要代谢方面起关键作用的相关转录因子。

3.1 microRNA与Sirt1

3.1.1 microRNA-34a与Sirt1microRNA-34a(miR-34a)是miR-34 家族成员之一，miR-34a 的编码基因位于1p36.2，在多种肿瘤组织中呈低水平表达[15]，促进miR-34a 的表达可使多种肿瘤细胞发生凋亡[16]，miR-34a 可通过调控心肌细胞凋亡和纤维化，参与心室重塑和修复，提示miR-34a参与细胞凋亡和衰老过程。Sirt1 已被大量研究证实是miR-34a 的靶作用基因之一。

Lamoke等[17]研究发现，与成年和衰老大鼠相比，糖尿病大鼠中miR-34a的视网膜水平显著升高，从而抑制了Sirt1表达，其脱乙酰酶活性的丧失导致转录因子核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的持续乙酰化/活化以及随后的促炎基因的表达。Li 等[18]首次发现氧化应激增加了miR-34a的表达；miR-34a的过表达抑制了Sirt1的表达，提示miR-34a诱导LEC凋亡的途径之一是抑制Sirt1的表达，Sirt1在LEC中的表达降低可能是其发生年龄相关性白内障(age-related cataract,ARC)的危险因素之一。季青山等[19]研究发现Sirt1在晶状体增龄过程中起重要保护作用，Sirt1表达水平同miR-34a 表达呈负相关，miR-34a/Sirt1 可以通过调控p53 的去乙酰化比例而参与白内障的发生发展。

3.1.2 miR-211与Sirt1miR-211属于一组在人玻璃体中高表达的特异性miRNA[20]。Lu 等[21]发现miR-211在老年性白内障患者晶状体前囊中的表达显著增加，Sirt1表达水平显著下降。miR-211与Sirt1表达呈显著负相关，miR-211可以根据荧光素酶系统与Sirt1特异结合[22]，Sirt1是miR-211的直接靶点。miR-211通过Sirt1的表达诱导LEC凋亡，提示miR-211可能在白内障的发生发展中起关键作用[21-22]。

3.1.3 miR-204与Sirt1miR-204在哺乳动物眼部表达丰富且分布广泛，高表达于角膜上皮细胞、睫状体、晶状体以及视网膜色素上皮细胞。miR-204通过靶向作用于Sirt1基因调控细胞凋亡、增殖、迁移等过程，参与多种疾病的发生发展与转归[23]。Kubo等[24]利用芯片研究进一步证实，白内障大鼠与正常大鼠的晶状体相比，100种microRNA的表达具有显著性差异，而其中miR-204为上调最为明显的4种microRNA之一。解晓丹等[25]研究发现，在人晶状体上皮细胞系SRAO1/04的体外凋亡模型中，miR-204的表达量显著高于正常对照组细胞。同时发现Sirt1基因的表达水平与miR-204呈显著负相关。结果表明，miR-204极有可能通过Sirt1基因调控人LEC SRAO1/04的凋亡过程。

3.2 Sirt1与相关转录因子

3.2.1 Sirt1与p53p53是通过众多细胞凋亡来保护基因组完整性的真正的肿瘤抑制因子，参与多种生物学功能[26]。Sirt1通过拮抗p53乙酰化作用，抑制DNA损伤后细胞的死亡[27]。Carloni等[28]研究发现，在缺氧缺血新生鼠模型中，褪黑素通过增加Sirt1的表达和活性、增加p53的表达和减少其乙酰化以及自噬激活，使BAX向线粒体的易位减少和保存细胞色素C的线粒体表达，从而使内在凋亡早期阶段的激活减少。Xu等[29]发现随着Sirt1表达的增加，p53在糖尿病性白内障(diabetic cataract,DC)晶状体中的表达较对照组增加，Sirt1的上调既抑制了p53的转录活性，又抑制了p53依赖的凋亡。

3.2.2 Sirt1与FOXO家族哺乳动物的叉头转录因子O(the forkhead box class O,FOXO)家族有4个成员：FOXO1、FOXO3a、FOXO4和FOXO6。这些蛋白质具有高度的进化保守性，尤其是在叉头DNA结合区[30]。FOXO1过表达在G0/G1期明显抑制胶质母细胞瘤细胞株(LN18和T98G) 细胞增殖，抑制细胞周期[31]，降低Sirt1的表达，可导致FOXO3a的表达和乙酰化增加[32]，Sirt1去乙酰化FOXOs，导致细胞凋亡和自噬加强或抑制[33]。此外，在某些条件下，sirtuins和FOXO转录因子可能存在协同作用，提高神经细胞的存活率[33]。FOXO蛋白结合Sirt1通路可能具有保护抵御β淀粉样蛋白(amyloid protein β,Aβ)的毒性作用[34]，而且FOXO3a依赖于Sirt1来减轻Aβ引起的线粒体氧化应激和细胞损伤[35]。

3.2.3 Sirt1与NF-κB通过进化，天然免疫和能量代谢的调节通过共同的信号机制紧密联系在一起，NF-κB信号系统是免疫防御的主要介质，是负责上调控制细胞存活的基因产物，而Sirt1则是能量代谢和细胞存活的重要调节因子。Sirt1基因的启动子序列包含了许多与NF-κB转录因子结合的位点[36]。Sirt1与NF-κB的RelA/p65亚基发生物理作用，通过在赖氨酸310处去乙酰化RelA/p65来抑制转录[37]。Sirt1对炎症的影响取决于Sirt1的水平，早期低水平Sirt1通过增加NF-κB复合物rela/p65活性，引起急性炎症相关的自身毒性；晚期炎症时Sirt1的长时间增加可引起免疫抑制并增加病死率[38]。

3.2.4 Sirt1与AMP活化蛋白激酶Sirt1和AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是在细胞进化过程中共存的易感分子，在调节能量代谢和炎症方面有密切的互扰，因为它们可以相互促进对方的活动[39]。Sirt1过表达降低了肝激酶(liver kinase B1,LKB1)的赖氨酸乙酰化，同时增加了其活性、细胞质/核比以及与LKB1激活物STRAD的关联，增加了AMPK和乙酰辅酶α羧化酶磷酸化，相反，RNA干扰介导的Sirt1敲低降低了AMPK和另一个LKB1靶点MARK1的磷酸化[40]，AMPK促进Sirt1活性所需的NAD的合成[41]。

3.2.5 Sirt1与PGC-1α调节过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator1α,PGC-1α)是Sirt/AMPK信号通路的重要下游靶点，可诱导线粒体生物发生，从而促进氧化代谢[42]。Sirt1可以去乙酰化PGC-1α，其随后可以激活或抑制多种转录因子的反式激活[42]。Sirt1去乙酰化的PGC-1α可以作为PPARα复合物中的共激活剂，控制多个代谢基因的表达[43]。

4 Sirt1与PCO的可能关联

PCO是由白内障手术引起的组织损伤导致的炎症反应，从而引起的一种纤维化状态，并伴随着对植入人工晶状体的异物反应[44]。PCO反应是LECs增殖、迁移和转分化的结果，这些细胞通常位于晶状体前囊内侧的单层，白内障手术后仍留在囊袋中[45]。LECs的增殖率在手术后3～4 d最高，且与年龄有关[46]。其机制可能与炎症反应引起的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)成分和生长因子的变化有关[47]。第二个过程是LECs向后囊的迁移，可能是细胞黏附分子参与细胞-细胞和细胞-ECM接触的形成和破坏所致[48]。此外，在PCO形成过程中，LECs发生了跨分化，赤道的LECs可分化为类似于正常晶体纤维的细胞[48]，后囊前侧的LECs可转分化为肌成纤维细胞，导致PCO[49]。

上皮向间充质转化(epithelial mesenchymal transformation,EMT)是上皮细胞转分化为间充质细胞的过程。这一过程可由炎症反应引起[50]。受损的眼组织释放趋化因子，吸引免疫系统的细胞，以去除受损的组织并促进随后的组织修复。临床上，其特点是前房存在细胞和耀斑[51]。伤口愈合反应会影响LECs的增殖、迁移和分化，从而导致PCO。PCO与术后炎症的确切机制尚未完全清楚，但炎症与EMT之间的关系已在其他组织中描述过[50]。EMT活跃于各种过程，如形态发生、器官发生(通过干细胞)、稳态(组织再生、炎症和伤口愈合)以及疾病(如器官纤维化和癌症)[52]。

4.1 Sirt1与LECs的相关研究Sirt1在LECs中的表达随着年龄增长而降低，但是相较于无白内障人群，白内障患者的Sirt1在LECs中的表达是升高的[53]。Kondo等[54]发现Sirt1的房水水平与ARC的进展呈正相关。p53通路的活化在ARC时降低，提示p53可能是因为Sirt1的表达升高而受到抑制，而FOXO通路被激活，表明Sirt1可能在ARC的形成中起保护作用[53]。

金尚丽等[55]研究中各组LECs中Sirt1的基因及蛋白均有表达，外伤性白内障(traumatic cataract,TC)患者LECs中Sirtl mRNA及蛋白相对表达量均高于年龄相关和糖尿病白内障患者，且DC患者LECs中表达最低，与TC组差异具有统计学意义(P<0.05)。这可能与患者的年龄具有一定的相关性，TC组患者年龄相对年轻，而ARC组患者的年龄较大，随着年龄增加，Sirtl mRNA和蛋白水平下降[56]。而DC组患者不但是因为年龄增加，而且血糖升高进一步下调LECs中Sirt l的基因及蛋白的表达；因此年龄和血糖升高均可能是影响LECs中Sirt l基因及蛋白下调的因素，促进LECs细胞凋亡的诱因[55]。

4.2 Sirt1与EMT的相关研究目前，对Sirt1与EMT的研究多在肿瘤等相关疾病中展开。Sun等[57]报告了Sirt1通过自噬促进E-cadherin降解，并促进黑色素瘤转移，从而诱导EMT。Li等[58]报道Sirt1高表达慢病毒载体可诱导Sirt1的过度表达，从而保护非小细胞肺癌细胞免受骨桥蛋白(osteopontin,OPN)诱导的NF-κB p65乙酰化和EMT相关标记和细胞形态的改变。由于OPN通过激活NF-κB信号而诱导非小细胞肺癌细胞EMT，OPN诱导的Sirt1下调可能通过NF-κB信号在非小细胞肺癌细胞EMT中发挥重要作用。由此，推测Sirt1在PCO发生过程中对于EMT的作用也是有存在的可能。

5 总结

本文综述了Sirt1生物学作用的主要路径以及Sirt1在后发性白内障治疗中的前景。许多动物研究表明，Sirt1在ARC及DC中的重要作用。然而，目前国内外的研究中尚未有Sirt1对PCO发生发展的体内、外相关研究。PCO是导致白内障患者术后视力下降最常见的并发症，其中成人的发病率为12%～67%，而儿童的发病率接近100%[59]。因此若能寻找新型的作用靶点对PCO进行防治，临床前景将一片光明。