沉默信息调节因子3 调控小胶质细胞对早产儿脑损伤的神经保护作用研究进展

魏 佳综述 毛姗姗审校

浙江大学医学院附属儿童医院神经内科 国家儿童健康与疾病临床医学研究中心（浙江杭州 310052）

早产是儿科面临的世界性公共卫生问题，发生率约占全球出生新生儿的10.6%[1]。早产所致脑损伤与神经功能障碍，至今尚无有效根治手段。小胶质细胞是脑内重要的神经免疫细胞，参与维持中枢神经系统稳态和正常脑功能。近年研究表明[2-3]，缺血缺氧及围生期感染等不良环境因素可极化分型小胶质细胞，产生一系列氧化应激和神经炎症反应，而减少线粒体氧化损伤可抑制神经毒性小胶质细胞功能，修复神经损伤。沉默信息调节因子3（sirtuin 3，SIRT3）是一种定位于线粒体的高度保守Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，参与调控线粒体内众多分子级联反应[4]。最新研究发现[5]，上调SIRT 3 水平可减弱活化小胶质细胞介导的神经炎症反应从而减轻脑损伤，在早产儿脑损伤保护中具有潜在作用。本文综述SIRT 3 通过调控小胶质细胞促进早产儿脑损伤的神经修复及其可能机制的研究进展，以期为早产儿脑损伤治疗提供新兴策略。

1 早产儿脑损伤概述

早产儿脑损伤是指因产前宫内环境不良、产后危险因素刺激以及婴儿中枢神经系统发育不成熟等原因致使早产儿发生的不同程度缺血性和/或出血性脑损伤，最常见脑室周围-脑室内出血（periventricular hemorrhage-intraventricular hemorrhage，PVH-IVH）和弥漫性白质损伤（white matter injury，WMI）[6]，其次亦可见脑室周围白质软化（periventricular leukomalacia，PVL）、缺氧缺血性脑病（hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE）等病理类型。报道显示，约15%～25%的极早（＜32 周）和超早（＜28 周）早产儿可并发IVH，而PVL 在死亡的极低出生体质量儿中发生率更是高达25%以上[7-8]。尽管早产儿的优化呼吸管理、早产儿重症监护救治与护理等技术的长足进步已显著降低早产儿严重脑损伤的发生，但脑瘫、认知障碍、视力障碍、听力障碍和癫痫等后遗症仍不容忽视，严重影响患儿及家庭的生活质量[9]。探索早产儿脑损伤的神经修复机制，寻求针对性的临床干预措施，对降低早产儿致残率、改善生存质量具有重要的医学意义与社会意义。

2 小胶质细胞与早产儿脑损伤

早产儿脑组织在解剖结构和生理功能上均未发育成熟，极易受缺血缺氧、低血糖等影响出现WMI等病理改变[10]，脑内兴奋性谷氨酸含量增加，超氧阴离子、羟自由基等活性氧（reactive oxygen species，ROS）过量堆积，将出现抗氧化-氧化系统失衡，促炎因子生成增加，导致氧化应激、神经炎症与线粒体功能障碍[9]。小胶质细胞是中枢神经系统固有的免疫效应细胞，约占神经胶质细胞的10%～15%[11]，脑内微环境变化可刺激小胶质细胞活化为M1/M2 不同分型，参与早产儿脑损伤的病理生理进程[12]。

2.1 M1 型小胶质细胞分泌ROS 与促炎因子致伤脑组织

生理条件下处于“静息”或“监控”的小胶质细胞，可被缺血缺氧等各种病理因素激活分型，其中经典途径激活的M1型小胶质细胞，分泌ROS及促炎因子，氧化应激与神经炎症加剧，具有神经毒性[13]。而当未成熟脑发生局部缺血再灌注时，小胶质细胞产生的ROS如超过机体抗氧化能力，细胞内氧化水平升高将进一步加剧脑损伤。研究显示，将0.3U VII型细菌胶原酶立体定向输注至小鼠右侧神经节隆突建立生发基质出血（germinal matrix hemorrhage，GMH）模型，可发现急性期大量小胶质细胞极化为M1型并诱导促炎症细胞因子释放，提示M1 型小胶质细胞介导的神经炎症参与GMH后脑损伤发生[14]。

2.2 M2 型小胶质细胞分泌神经保护因子促进神经修复

另替代途径激活的M2型小胶质细胞可吞噬神经元及受损组织碎片，并分泌多种营养因子，如脑源性神经营养因子、半乳凝素3（galectin-3）等，发挥神经保护作用。研究报道，电压门控质子通道敲除的WMI小鼠小胶质细胞趋向M2 型极化，释放抗炎症细胞因子和神经营养因子，并伴ROS减少[15]。另有研究表明，经过氧化物酶体增殖物激活受体γ 刺激的小胶质细胞活化为M2表型可提高GMH-IVH模型新生鼠脑室内血凝块清除率，减轻近远期神经功能损伤[16]。以上研究均提示针对小胶质细胞的表型极化调控可能成为早产儿脑损伤修复的潜在治疗靶点，但其具体调控机制仍有待进一步探究。

3 SIRT3的生理特征

Sirtuins 家族是一类烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖的Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，含7 种同源物（SIRT 1～SIRT 7），在人体各器官中广泛表达[17]。人类SIRT3基因位于11号染色体p15.5（11p15.5），由21 902 个碱基构成，其编码蛋白SIRT 3 分子量为44 kDa，包含399个带有N端线粒体靶向序列的残基，进入线粒体基质后经酶切割形成分子量为28 kDa 的活性SIRT3[18]，参与能量合成、三羧酸循环、氧化应激等线粒体代谢活动[19]，具有抗氧化应激、抗凋亡、维持代谢稳态等功能[20]。

3.1 SIRT3与氧化应激

生理状态下小胶质细胞产生ROS 可被抗氧化因子锰超氧化物歧化酶（superoxide dismutase 2，MnSOD或SOD 2）清除以维持内环境稳态，但ROS 累积若超过MnSOD 的清除能力，即发生氧化应激致伤未成熟脑。研究发现，核内SIRT3去乙酰化转录因子叉头盒蛋白O3（forkhead box O 3，FOXO 3 a）可促进SOD 2活化，最终减轻氧化应激所致细胞损伤[21]。另有研究表明，SIRT3通过去乙酰化MnSOD可防止ROS蓄积，减轻神经元氧化应激反应，延长细胞存活[22]，提示SIRT3可通过增强受损细胞的抗氧化能力促进神经元修复。

3.2 SIRT3与细胞凋亡

SIRT 3 去乙酰化Ku 70 蛋白可稳定Ku 70-BAX复合体，抑制促凋亡蛋白BAX 易位至细胞核引起细胞凋亡[23]。此外，ROS 过量堆积将触发级联反应，如Ca2+聚集、细胞凋亡蛋白酶caspase激活，SIRT3通过调控小胶质细胞线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）活性，以减少caspase释放，抑制细胞凋亡[24]。

3.3 SIRT3与能量代谢

大脑供能主要来自葡萄糖分解产生ATP，线粒体受损后细胞能量生成不足，极易造成大脑认知功能受损，SIRT 3 通过去乙酰化ATP 合酶内多种亚基为大脑供能，以维持日常活动[25]。除直接调控ATP 合酶外，SIRT 3 还可去乙酰化长链酯酰辅酶A 脱氢酶使之活性增强，促进细胞脂肪酸氧化维持机体能量供给。

4 SIRT3通过小胶质细胞发挥神经保护作用

作为一种线粒体定位的蛋白去乙酰化酶，SIRT3可通过其强大的去乙酰化作用上调抗氧化损伤因子水平，减少ROS 蓄积，并进一步调控下游转录因子与组蛋白的乙酰化水平，在细胞生长与凋亡、能量代谢与抗氧化应激中发挥重要作用。最新研究表明，SIRT 3 也是一种重要的神经炎症反应调控蛋白[26]，可通过去乙酰化FOXO 1 正向调控小胶质细胞向M2型极化，后者的抗炎和抗氧化应激作用，正是早产儿IVH脑室内血凝块清除及出血后神经元保护的重要机制之一[27-28]，提示减轻神经炎症、抑制神经元凋亡及清除ROS 等途径是SIRT 3 通过小胶质细胞促进脑损伤后神经修复的可能靶点。

4.1 SIRT3对小胶质细胞的直接调控作用

4.1.1 SIRT 3 阻碍小胶质细胞mPTP 开放抑制细胞凋亡 哺乳动物线粒体mPTP 是信号转导、线粒体基质与细胞质之间物质转移的非特异性通道，具有维持Ca2+稳态，调节氧化应激和转运蛋白质等功能。研究发现，在体外培养的神经干细胞中利用重组腺病毒过表达SIRT 3 可减轻氧化应激损伤，改善线粒体功能，减少ATP 耗竭，阻碍小胶质细胞mPTP 开放，缓解神经元凋亡进程[24]。mPTP还参与少突胶质细胞凋亡反应，大脑稳态一旦失衡，M1 型小胶质细胞的激活将引起线粒体膜电位变化和mPTP 开放，释放出Bax、caspase-3/9等促凋亡因子引起WMI[29]。

4.1.2 SIRT3调控小胶质细胞FOXO3a减轻氧化应激损伤 M1 型小胶质细胞产生过量ROS 引起的氧化应激反应被认为是早产儿脑损伤发生的重要机制之一，而转录因子FOXO3a是调节氧化应激反应、维持细胞稳态的关键因子[30]。研究表明SIRT 3 激动剂白藜芦醇可促进小胶质细胞内SIRT 3 富集，乙酰化FOXO 3 a 并上调FOXO 3 a 介导抗氧化基因如SOD 2基因表达，加速清除ROS，以减轻氧化应激对神经元造成的损伤[31-33]。此外，研究发现，早产胎盘中FOXO3a过表达可减少ROS异常积累，增强细胞抗氧化应激能力，并同时促进抗氧化基因的表达[34]，提示小胶质细胞SIRT 3 调控FOXO 3 a 对修复早产儿受损神经组织可能起关键作用。

4.2 SIRT3对小胶质细胞的间接调控作用

4.2.1 SIRT 3 阻断Mst 1-JNK 信号通路提高小胶质细胞抗炎能力 哺乳动物Ste-20样激酶1（mammalian sterile20-like kinase 1，Mst1）属一种丝-苏氨酸激酶，可有效调控氧化应激和细胞凋亡等生物学效应[35]。研究表明，作为JNK通路的上游激酶，Mst1表达增加可上调动力相关蛋白-1水平、增强JNK表达，产生线粒体裂变与应激反应，经caspase 依赖和非依赖调节途径调控导致BV-2小胶质细胞死亡[36-38]，提示阻断Mst 1-JNK 分子转导可抑制小胶质细胞凋亡，减轻神经元损伤。最新研究发现，利用SRV 2 腺病毒转染上调SIRT3水平可阻断Mst1-JNK通路，抑制线粒体裂变，最终减轻炎症介导线粒体功能障碍和细胞凋亡[39]。探究SIRT3与Mst1-JNK信号转导通路间相互作用，减少小胶质细胞的非正常死亡将有望成为早产儿脑损伤治疗的切入点。

4.2.2 SIRT3激活小胶质细胞Wnt/β-catenin信号通路减轻神经炎症损伤 早产儿脑发育尚未成熟，极易发生缺血性脑损伤，缺血后再灌注是目前最为有效的脑损伤治疗手段，但也极易伴发缺血再灌注损伤，对早产儿大脑造成二次伤害[40]。在缺血再灌注损伤小鼠模型中发现，下调SIRT3表达可抑制Wnt/β-catenin信号转导，诱导线粒体过度分裂，所产生的大量片段化线粒体可加速细胞氧化，激活caspase-9 介导线粒体凋亡，最终发生神经元凋亡[41]。此外，Wnt 分子通路激活还可增加缺血性脑损伤的神经保护性自噬水平[42]。另有研究应用3 DNA 纳米载体将Wnt 激动剂特异性递送至早产儿脑病模型鼠小胶质细胞内，结果发现激活Wnt/β-catenin通路可减少M1 型小胶质细胞极化，白质损伤和远期记忆缺陷均得到显著改善[43]，SIRT3/Wnt/β-catenin信号途径可能为早产儿脑损伤的神经修复治疗提供新靶标。

综上，早产儿脑损伤治疗仍是亟待解决的重要临床问题，积极探索脑损伤的神经保护机制是提升早产儿神经发育水平与改善生存质量的必然要求。线粒体SIRT3参与了不同分型小胶质细胞介导的早产儿脑损伤及神经保护过程，但其具体作用机制目前仍尚不明确。进一步研究SIRT 3、小胶质细胞与早产儿脑损伤之间的作用关系，明确SIRT3在早产儿脑损伤保护机制中的作用，将有望为早产儿脑损伤的神经修复治疗提供新药物靶标。