SIRT1与帕金森病的研究进展

杨晨,李红燕

（1新疆乌鲁木齐市新疆医科大学，新疆 乌鲁木齐；2新疆维吾尔自治区人民医院神经内科，新疆 乌鲁木齐）

0 引言

黑质与多巴胺能神经元的大量凋亡以及胞质内路易小体的积累是帕金森病发病的重要机制[1-3]。虽然沉默信息调节因子1(silent information regulator，SIRT1)与帕金森病的确切发病机制目前尚不明确，但已有一系列研究证明SIRT1在帕金森病的发病过程中发挥了重要作用，如参与调控线粒体功能、抗氧化应激机制、脱氧核糖修复、凋亡、基因组稳定等[4-7]。在多个研究中，我们发现sirtuin蛋白参与了细胞自噬及生命周期的调节。到目前为止，在哺乳动物中已发现了7个sirtuin的同源物。其中SIRT1是目前研究最为广泛的sirtuin酶类，其可以通过其NAD依赖性来调节去乙酰化酶活性，在DNA损伤反应、寿命调节和癌变中发挥作用[8-10]。

已有研究证明SIRT1在促进神经退行性疾病的进展中起到突出作用，如SIRT1过表达可以减少αSyn寡聚体的形成，从而达到对帕金森的保护作用[11,12]。SIRT1还可以通过去乙酰化调节HSF1上调分子伴侣热休克蛋白HSP70的转录，增加αSyn寡聚体的降解[13]。这些作用表明SIRT1与帕金森病的发病机制之间存在关联。

此外，研究证明，SIRT1的过表达和活性受抑制很有可能与神经元退行性疾病的发病机制相关，SIRT1的激活剂白藜芦醇被发现可以通过激活SIRT1的表达水平来达到改善认知障碍的效果，但其具体分子机制仍需要进一步研究[14-16]，白藜芦醇还可以通过miRNA调节小鼠小胶质细胞中的SIRT1的表达，抑制脂多糖诱导的小胶质细胞活化和细胞增殖，从而起到保护神经元的作用[17]。因此SIRT1水平的降低可能在体内体外影响帕金森病神经元损害进展。综上所述，这些发现表明SIRT1激活是对帕金森病的潜在治疗靶点。

利用这一靶点需要详细了解SIRT1影响神经元细胞自噬及线粒体损伤等的具体分子机制，进而了解SIRT1对帕金森病及相关神经退行性病变的作用。本文首先讨论了SIRT1、细胞自噬、氧化应激之间的关系，这两者都有助于帕金森病的进展。其次，我们分析了SIRT1对神经元中线粒体功能的影响，这是一种与帕金森病发病分子机制的新的潜在联系。

1 SIRT1与细胞自噬

SIRT1与细胞自噬是引发帕金森病的关键因素，细胞自噬影响帕金森病进展主要是因为帕金森病理中突变的α-synuclein 可以影响 Atg9 在 LC3 上的定位从而促进细胞自噬的发生[18]。Ashley R. Winslow对哺乳动物和转基因小鼠的研究发现α-synuclein 能够通过抑制 Rab1a，引起 Atg9 的错误定位，最终导致自噬体合成减少和错误折叠蛋白的聚集[19]。很多研究证据表明自噬是α-synuclein的一种有效清除途径。使用海藻糖等自噬诱导物来诱导细胞自噬 ，从而达到清除突变的A30P 和 A53T 型α-synuclein 的目标，可以看作PD 的一种潜在疗法[20]。多项研究表明SIRT1对细胞自噬也有一定的调节作用，如在Yuncheng Wu的研究中通过测试哺乳动物以及代谢能量传感器amp激活的蛋白激酶(protein kinase，AMPK)是否参与白藜芦醇诱导的自噬，来验证SIRT1在神经元细胞存活中的作用。他们的研究结果表明白藜芦醇对鱼藤酮诱导的SH-SY5Y细胞凋亡有保护作用，并增强了细胞的降解，我们可以得出SIRT1的表达增高有利于减少神经元细胞凋亡的结论[21]。体外研究也表明，褪黑素可以上调SIRT1水平以及Beclin1和裂解的caspase3蛋白，而Bcl2的水平没有变化[22]。还有研究数据发现，通过自噬增强的清除错误折叠的蛋白质或受伤的线粒体在PD模型中具有神经保护作用[23]。最近一项研究通过测试哺乳动物SIRT1和代谢能量传感器AMP-激活蛋白激酶（AMPkinase，AMPK）的调制是否涉及白藜芦醇的自噬诱导，对神经元存活的影响，来判断sirt1与线粒体损伤的的关系，研究结果表明，白藜芦醇可防止SH-SY5Y细胞中鱼藤酮诱导的凋亡，通过自噬诱导增强α-合成素表达PC12细胞系中的α-合成素的降解。抑制AMPK和/或SIRT1导致LC3-II蛋白水平下降，表明在白藜芦醇中导自噬诱导中需要AMPK和/或SIRT1。此外，抑制AMPK对SIRT1活性的抑制和白藜芦醇对鱼藤酮诱导凋亡的保护作用减弱，进一步表明AMPK-SIRT1-自噬通路在PD细胞模型上白藜芦醇对神经保护起着重要作用[18]。因此SIRT1通过调节细胞自噬来参与帕金森的发病进展。

2 SIRT1与氧化应激

越来越多的证据表明，氧化应激与帕金森的发病机制息息相关。事实证明，氧化应激是帕金森发病机制中不可或缺的一部分，黑质细胞中的电子传递物酶的缺损以及小胶质细胞、星形胶质细胞被激活大量产生细胞因子、趋化因子、ROS等被认为直接导致这一情况的发生[24-26]。SIRT1可以通过调节多种靶蛋白如FoxOs、eNOS、P66shc等去乙酰化调控其转录活性从而调节氧化应激反应[27]。但是在一项研究中研究者们发现帕金森病与SIRT1基因多态性rs7895833和rs2273773之间的关系，这项研究包括40名帕金森病患者（患者组）和50名健康个体（对照组）。rs7895833和rs2273773多态性分别采用双对底转（PCR-CTPP）和聚合酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）方法的聚合酶链反应。对于rs7895833 多态性，患者和对照组的基因型分布分别如下：AA（62.5%-53.1%）、AG（27.5%-40.8%）、GG（10.0%-6.1%）。对于 rs2273773 多态性，患者和对照组的基因型频 率 如 下：TT（90.0%-98.0%）、CT（10.0%-2.0%）。在rs2273773 和 rs7895833 多态性 （P＞0.05） 方面，患者和对照组之间没有统计学上显著的差异。我们可以得出以下结论： SIRT1基因多态性在帕金森病的发展中没有起到预谋作用[28]。

最近的一项研究为SIRT1在帕金森病发病机制中的作用提供了直接证据，SIRT1的上调节通过抑制NF-ββB保护SH-SY5Y细胞免受rotenone的感染[29]。此外，一些天然化合物，包括表皮胆-3-胆碱（EGCG）、紫锥体（ECH），通过调节SIRT1通路报告了对MPP+处理的PD细胞模型的神经保护作用[30]。针对 SIRT1 的 PD 治疗研究列表显示在表中对SIRT1这一特殊特性的研究可以为研究帕金森等神经退行性病变的抗炎治疗提供新的思路。

3 SIRT1与线粒体功能

很多研究表明SIRT1在线粒体功能中发挥重要作用，但一个核心问题仍然是线粒体是否是实际疾病驱动因素，以及是否促进线粒体生物生成和功能增生病理学[31,32]。对此有研究表明过度错折叠的蛋白质和功能失调的线粒体，可能导致能量缺乏，导致帕金森病（parkinson’s disease，PD）的病症发生。据研究表明跑步机运动（treadmill exercise，TE）通过改善线粒体功能，通过Sirtuin-1（SIRT1）信号通路促进自噬，降低α-Syn水平。通过使用慢性1-甲基-1，2，3，6-四氢核丁与针酸（MPTP/P）诱导小鼠模型的PD中TE可降低α-Syn水平，随后可减轻多巴胺神经元损失和α-Syn-media细胞死亡。最重要的是，TE增加了SIRT1表达，通过激活过氧化物增殖剂-活化受体伽马共活器-1+（PGC-1+），导致线粒体生物发生率增加，氧化应激降低。TE 的 SIRT1 激活还通过诱导微管相关蛋白 1 光链 3 （LC3） 的激活，促进 α-Syn 的自噬间隙。总的来说，我们的结果表明，TE可以通过改善线粒体功能和增加自噬通量来降低α-Syn水平，从而改善PD小鼠的慢性MPTP/P引起的运动缺陷。在David C. Schöndorf的研究中，研究者们使用患者衍生的诱导多能干细胞和GBA相关PD（GBA-PD）的果蝇模型来显示患者神经元显示应激反应、线粒体死亡和NAD®代谢的变化。NAD前体被提出与改善与年龄相关的代谢下降和疾病有关，研究表明通过NAD前体烟酰胺核糖二聚酯（precursor nicotinamide ribose dipolyester，PNRD）增加NAD+显著改善患者神经元中的线粒体功能。人类神经元需要烟酰胺磷酰胺转移酶（nicotinamide phosphoramidotransferase,NAMPT）来 维 持NAD+池，并利用NRK1从NAD®前体合成NAD+。值得注意的是，NR可防止GBA-PD果蝇模型中与年龄相关的多巴胺神经丧失和运动下降。表明PNRD是PD和其他神经退行性疾病中神经保护的可行临床途径[33]。有研究表明使用Embelin进行药物干预过的细胞表现出pAMPK、SIRT1和PGC1+水平的提高，从而增强线粒体生物生成。虽然使用MPP+治疗细胞也增加了pAMPK水平，但是，SIRT1和PGC1+水平大幅下降，可能是由于线粒体电子传输链中的低NAD/NADH水平，Embelin导致NAD/NADH水平增加的线粒体非联结效应，随后是SIRT1、PGC1+和线粒体功能发生增强，发现使用SIRT1抑制剂或siRNA治疗细胞时，可减轻这种效应。在PD的MPTP小鼠模型中，Embelin（10mg/kg）还赋予了体内保护，其中，MPTP引起的TH染色损失、减少的石斑多巴胺和线粒体生物形成途径的标记被盗用避免了[34]。这些研究表明SIRT1在体内细胞功能方面有十分重要的地位，这为进一步研究帕金森的发病分子机制以及治疗提供新的思路与方法。

4 结论

最近一些研究表明，一些疗法可以调节SIRT1的活性，如热量限制、运动和使用SIRT1激活剂治疗。这些干预措施可被视为帕金森及神经退行性病变相关疾病的潜在疗法。SIRT1在减少细胞自噬，调节线粒体功能，参与氧化应激的方面都有一定的影响，但其具体的研究机制还需要进一步的研究，我们可以在这些方面进行探讨，以评估SIRT1在帕金森病中的作用。