SIRT1在脑缺血再灌注损伤中的研究进展

张佳秀 邹玉安

1.河北北方学院研究生学院，张家口，075000，中国

2.河北北方学院附属第一医院神经内科，张家口，075000，中国

缺血性脑卒中是目前我国成人因疾病导致生命受损的首要病因，最新全球疾病负担研究（Global Burden of Disease Study，GBD）显示，我国总体卒中终生发病风险为39.9%，位居全球首位［1］。发生急性缺血性脑卒中时，中心坏死区缺血缺氧严重，很快出现脑细胞的死亡；而在缺血半暗带区，仍然有侧支循环存在，部分血液供应可通过侧支循环获取，因此虽然神经细胞受到损害，但是短时间内尚能够存活，表现为可逆性状态［2］。因此临床上改善缺血半暗带区缺血、缺氧状态，并使受损的神经细胞功能恢复是治疗脑梗死的关键［3］。沉默信息调节因子1（silent information regulator1，SIRT1）是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的去乙酰化酶，为哺乳动物Sirtuins 家族成员之一。研究表明，SIRT1 参与细胞周期调控、DNA 修复、凋亡和炎症等大量生物学过程［4］。在这篇综述中我们讨论SIRT1 在急性缺血性脑卒中治疗中的神经保护机制。

1 脑缺血再灌注损伤的机制

急性缺血性脑卒中疾病的难治性不仅因为缺血缺氧引起的原发性脑组织损伤，应用溶栓制剂恢复再灌注后会发生一系列“瀑布式”缺血级联反应加重脑组织损伤，即脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia reperfusion injury，CIRI）。脑组织是人体需氧量最高的器官，更容易发生缺血再灌注损伤。因此，寻找预防脑缺血再灌注损伤的方法对治疗急性缺血性脑卒中具有重要意义。据研究表明，缺血再灌注损伤机制主要由自由基损伤、线粒体损伤、炎症反应、钙离子超载等因素引起［5］。

1.1 自由基损伤

自由基是机体正常代谢产物，具有化学性质活泼、氧化性强等特点［6］。当自由基的产生和清除失去平衡，常常会对人体造成损害。脑组织中有大量的不饱和脂肪酸和高浓度的脂质，抗氧化能力较弱，因此大脑更容易受到氧自由基的损伤［7］。特别是常见的两种自由基：活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）。ROS 和RNS 在人脑中具有强烈的氧化或硝化作用，在脑缺血再灌注过程中，特别是缺血再灌注时，大量ROS 和RNS 的产生引起氧化应激反应导致细胞死亡、DNA 损伤、蛋白质功能障碍、脂质过氧化［8］，从而加重脑组织损伤。

1.2 炎症反应

炎症反应伴随CIRI 的整个过程，被认为是CIRI发病过程中级联反应的关键部分［9-10］。脑缺血初期内皮细胞和小胶质细胞被激活释放大量炎性因子如白介素1（ilterleukin-1，IL-1）、白介素6（ilterleukin-6，IL-6）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等。被激活的小胶质细胞增加了黏附分子的表达，促进了白细胞-内皮细胞的相互作用，激活了白细胞，使其穿透内皮细胞屏障进入脑实质，浸润的白细胞在缺血损伤中进一步释放炎症介质，使缺血损伤加重［11］。再灌注时激活的内皮细胞和中性粒细胞释放大量生物活性物质如ROS 引发氧化应激反应进一步加重脑组织的损伤。

1.3 钙离子超载

血栓形成后脑组织缺血缺氧无氧代谢增强使细胞内H+浓度升高，pH 值降低，细胞膜内外H+浓度差激活Na+-H+交换体引起Na+内流。此外，缺血缺氧导致细胞膜表面ATP 酶活性降低，钠泵失活，细胞内Na+浓度升高。细胞膜内外Na+浓度梯度增大可激活Na+-Ca2+交换蛋白（Na+/Ca2+exchanger，NCX），并且细胞内高H+也可间接激活NCX，NCX 是另一种Ca2+处理蛋白，可双向进行离子交换，在“正向模式”下，交换器挤出Ca2+以交换Na+内流，而在“反向模式”下进行相反的离子位移［12］。因此，激活Na+-Ca2+交换蛋白“反向模式”可引起Ca2+内流增加导致细胞内钙超载。此外，脑缺血再灌注时产生的一些自由基等有毒物质，这些自由基作用于细胞膜表面膜磷脂引起膜脂质过氧化，增加细胞膜对Ca2+的通透性，细胞外Ca2+大量进入细胞内，导致细胞内Ca2+浓度增高［13］。

1.4 线粒体自噬

自噬是一个将一部分胞质、变性的蛋白质和细胞器包裹形成自噬体，并与溶酶体结合形成自噬溶酶体，降解包裹其中的物质，使之重新回收利用的过程［14］。近年来，对于线粒体自噬在CIRI 中的研究越来越多。李媛等［15］在大鼠脑缺血再灌注模型实验中发现给予线粒体自噬激活剂雷帕霉素可明显减少梗死体积，神经细胞凋亡程度降低，自噬体数量增多，自噬相关蛋白beclin-1 和LC3Ⅱ表达量均增加；而给予自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）大鼠的脑梗死体积则增大，神经细胞凋亡坏死增多，自噬体数量减少，自噬相关蛋白beclin-1 和 LC3-Ⅱ表达量降低。此外，有研究表明再灌注前给予3-MA 抑制自噬起到神经保护的作用，而再灌注后给予3-MA 会加重脑损伤［16］。有学者认为线粒体自噬是一把双刃剑，即适当的线粒体自噬有助于保护神经细胞，而线粒体自噬失调或过度可能是有害的［17］。

2 SIRT1

Sirtuin有7个哺乳动物同源物（SIRT1-7），而SIRT1 是最早发现也是目前研究最多的一种。SIRT1首先于1999 年在人体内被发现，该基因定位于人类染色体10q21.3，基因组序列长度（在69 644 427～69 678 147）约为33.72 kb，无剪接变异，具有高度保守性。cDNA 序列包含长约2.4 kb 的开放阅读框（open reading frame，ORF），9 个外显子，编码747 个氨基酸，翻译后蛋白质相对分子量约81.7 kDa［18］。SIRT1 广泛作用于多种转录调节因子，如蛋白53（protein 53，p53）、叉头蛋白转录因子（forkhead-box transcription factor，FOXO）、解耦联蛋白（uncoupling protein 2，UCP2）、过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子1α（α subunit of peroxisome proliferators-activated receptor-γcoactivator-1，PGC-1α）、核因子κB（nuclear factor-Kappa B，NF-κB）等［19-21］。SIRT1 与不同底物相互作用发挥不同的生物学功能，而在脑缺血再灌注损伤中相关生物学功能如下（Fig.1）。研究表明各器官组织对缺血/缺氧的易感性可能是由衰老机制介导的，而SIRT1 作为一种抗衰老蛋白可能通过活化延缓衰老过程参与缺血/缺氧过程［22］。在SIRT1 缺陷小鼠中，缺血再灌注损伤时表现为炎症、氧化应激和细胞凋亡的水平增加［23］。实验证明白藜芦醇通过激活SIRT1 信号通路抑制或逆转脑缺血再灌注神经损伤的发生［24］。因此可以推断SIRT1 在脑缺血再灌注损伤中具有神经保护作用。

Fig.1 The related biological functions of SIRT1 in cerebral ischemia reperfusion injury

3 与保护脑缺血再灌注损伤相关的SIRT1 信号通路

3.1 SIRT1/NF-κB 信号通路

NF-κB 家族转录因子几乎存在于所有的动物细胞中，主要调控免疫和炎症过程应对损伤和感染［25］。脑缺血再灌注损伤后可以使 NF-κB 信号通路激活，促进多种炎症因子的大量表达，如TNF-α、IL-6，而 TNF-α、IL-6 的大量产生又可以进一步激活更多NF-κB 的表达，进一步加重脑组织的损伤［26］。因此激活SIRT1 信号通路抑制NF-κB 转录活性和促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达能减少脑缺血再灌注损伤［27］。

3.2 SIRT1/FOXO 信号通路

FOXO 家族是细胞应激反应的重要调节因子，促进细胞抗氧化防御［28］。SIRT1 可以激活其下游靶点FOXO1，并表现出抗凋亡和抗氧化的作用［22］。SIRT1还可以通过组蛋白修饰的表观遗传机制和FOXO 作用的翻译后机制调节自噬［29］。SIRT1 激活剂白藜芦醇可激活SIRT1/FOXO1 信号通路降低炎症因子TNF-α、IL-1β释放和抗凋亡因子Bcl-2 的表达改善大鼠脑缺血再灌注损伤［30］。

3.3 SIRT1/PGC-1α信号通路

PGC-1α是线粒体相关基因的转录辅激活因子，参与线粒体生物合成及功能的调节。线粒体结构或功能损伤会引起细胞凋亡，因此SIRT1 可以通过调节PGC-1α的乙酰化水平来调节线粒体的功能状态，间接控制细胞凋亡［31］。PGC-1α可直接抑制相关凋亡蛋白的活性阻断细胞凋亡的过程。有研究表明上调SIRT1、PGC-1α的表达能减轻局灶性脑缺血再灌注损伤程度，保护神经元［32］。

3.4 SIRT1/P53 信号通路

P53 是一种重要的抑癌基因，在促进细胞凋亡过程中起重要的调控作用，P53 通过上调凋亡蛋白Bax和（或）下调抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达促进细胞凋亡，SIRT1 激活可以下调P53 的信号通路，从而下调促炎、促凋亡基因的表达［22］。因此激活SIRT1，下调P53 及其下游Bax 的表达能改善脑缺血再灌注损伤大鼠神经功能缺损症状［33］。

4 总结与展望

缺血性脑卒中是脑血管疾病的常见病因，目前的治疗方案是静脉溶栓。但是静脉溶栓的时间窗非常短暂，导致大多数患者不能得到及时的治疗，而且溶栓恢复血供后还会引起再灌注损伤加重神经元损伤。因此，急需寻找有效治疗缺血性脑卒中的药物。SIRT1 通过乙酰化与不同的底物相互作用介导多种信号通路发挥不同的生物学功能，对CIRI 具有保护作用。然而在脑缺血再灌注损伤中的作用机制尚不明确，需要进一步研究证实，为发现有效治疗缺血性脑卒中提供思路。