SIRT1/LOX-1通路在同型半胱氨酸介导的动脉粥样硬化中作用的研究进展

梁学飞，马致远，张永春，王学惠

(1.新乡医学院第一附属医院心血管内科，新乡医学院心脏病诊疗中心，河南 卫辉 453100； 2.新乡医学院，河南 新乡 453000)

随着社会经济的发展、居民生活方式的改变及人口老龄化进程加快，心血管疾病已成为我国居民死亡和疾病负担的首要原因[1]。据统计，我国心血管疾病患者已超过2.9亿，心血管疾病死亡434.4万人，冠心病死亡173.6万人，且心血管疾病的患病率仍不断升高，给社会带来严重的经济负担[2-3]。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是人体内必需氨基酸蛋氨酸甲基化产生的一种非必需、含硫的非蛋白氨基酸。Hcy代谢异常会引起血浆中Hcy升高，形成高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteine，HHcy)，Hcy是动脉粥样硬化(atherosclerosis,As)、高血压、血管钙化等疾病的独立危险因素之一[4]。目前HHcy导致血管损伤的机制尚未被完全阐明，临床上降低体内Hcy水平的方法较为单一，主要是补充叶酸和维生素B。沉默信息调节因子1(silent information regulator 1，SIRT1)与心血管疾病密切相关，作为研究广泛，结构、功能最为明确的组蛋白去乙酰化酶，通过去乙酰化相关蛋白，控制细胞进程，发挥减轻氧化应激、炎症反应以及细胞凋亡等作用[5]。氧化低密度脂蛋白受体1(oxidized low-density lipoprotein receptor-1，LOX-1)是氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)最主要的受体，两者结合后引起内皮损伤，导致As进展[6]。现就SIRT1/LOX-1在Hcy介导的内皮细胞炎症、氧化应激及凋亡中的作用及潜在的临床应用价值进行综述。

1 SIRT1概述

1.1SIRT1 Sirtuins最早是在酵母中发现的一类烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖的脱乙酰基酶，属于Ⅲ类组蛋白脱乙酰基酶，具有高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸结合催化结构域和250个氨基酸核心以及可变氨基酸和C端延伸[7]。哺乳动物有7种Sirtuins(SIRT1～7)，它们各自有不同的亚细胞定位、酶活性和结合靶点。SIRT1的结构与酵母Sirtuins最为相近，学者们对其结构、功能的研究也最为广泛、透彻。SIRT1一般位于细胞核中，在特定条件下易位至细胞质[8-9]。SIRT1调节细胞中的关键分子途径，并且是与热量限制相关的一种具有有益作用的长寿因子。

1.2SIRT1与氧化应激 SIRT1通过多个靶点，包括组蛋白、叉头框转录因子O亚型、核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、p53和核因子E2相关因子2、含锰离子超氧物歧化酶等调节细胞氧化还原状态及生理功能，进而保护血管[10-12]。各种与血管病理生理状况相关的氧化应激会损害SIRT1在其特定靶标上的活性，从而降低了针对氧化应激的血管保护作用。

1.3SIRT1与血管衰老 氧化应激和低水平炎症反应是动脉衰老的关键变化。血管炎症过程涉及的主要机制包括NF-κB、激活蛋白1、p53、p27、p66 Shc、AMP活化蛋白激酶以及核因子E2相关因子2的信号转导[12-14]。体内和体外研究提示，SIRT1能够延缓血管老化，但具体机制尚待进一步研究[10,15-17]。SIRT1在衰老的血管组织中的表达显著降低，内皮细胞、平滑肌细胞、单核细胞/巨噬细胞中缺乏SIRT1会加速血管衰老，从而加剧炎症反应、氧化应激、内皮功能障碍，促进泡沫细胞形成和自噬，最终导致As的发生发展[10,15-17]。

2 Hcy与As

2.1Hcy概述 冠状动脉的内皮细胞受损引起炎症细胞浸润、脂质沉积、平滑肌细胞增殖，加上慢性炎症反应的参与，导致As斑块产生。20世纪60年代McCully[18]对遗传性Hcy代谢异常儿童进行血管病理学研究发现了动脉硬化的Hcy理论。生理状态下人血浆中Hcy的水平维持在5～15 μmol/L，代谢失衡状态下Hcy>15 μmol/L被定义为HHcy[19]。有研究表明，当体内缺乏S-腺苷-L-蛋氨合成酶、亚甲基四氢叶酸还原酶、S-腺苷-L-Hcy水解酶、胱硫醚-β-合成酶、蛋氨酸合酶时Hcy代谢失衡引起HHcy，而这些代谢反应大都需要叶酸和维生素B的参与[4]。当Hcy代谢失衡后，其作为一种有效的兴奋性神经递质，会与N-甲基-D-天冬氨酸受体结合，导致氧化应激、钙超载、细胞凋亡和内皮功能障碍，引起As形成。As易损斑块的形成也可归因于Hcy诱导的脂蛋白与微生物聚集后阻塞血管脉管，导致动脉内皮细胞缺血、管壁内细胞死亡以及出血、炎症、内膜微脓肿等[20]。Hcy代谢失衡后通过影响内皮细胞的氧化应激、凋亡、钙超载以及脂蛋白等加速As的形成。

2.2Hcy致血管损伤机制 Hcy导致血管损伤的机制包括：①Hcy本身具有二硫键且能直接抑制抗氧化剂的活性，影响超氧化物歧化酶、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)的表达，进而导致超氧阴离子生成增加，最终导致活性氧类(reactive oxygen species，ROS)蓄积，引起氧化应激，损伤血管。②Hcy诱导的氧化应激可通过NF-κB通路引起炎症反应，也可引起平滑肌细胞的去分化导致增殖增强，最终损伤血管外膜；HHcy能够降低磷酸化内皮型一氧化氮合酶的表达，减少一氧化氮的生成，进而导致内皮功能障碍[21]。③HHcy通过激活两组谷氨酸受体(α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体和N-甲基-D-天冬氨酸受体)引起炎症反应，进而导致血管损伤[22]。④Hcy上调内质网应激反应基因的表达，包括葡萄糖调节蛋白78、转录激活因子6、蛋白激酶R样内质网激酶、转录激活因子4、肌醇依赖酶1以及X-box结合蛋白1等引起内质网应激，造成内皮细胞凋亡，加速As进展。⑤Hcy还可以直接调节甲基转移酶的活性，进而导致DNA、RNA及组蛋白甲基化，通过表观遗传学发挥致病作用[4]。目前关于Hcy导致血管损伤的机制尚未完全阐明，需要进一步深入研究。

3 LOX-1在Hcy导致As中的作用

3.1LOX-1与As As是一种慢性炎症性疾病，当ROS的产生与抗氧化防御系统失衡时，氧化应激增加，内皮细胞功能障碍，继而引起脂质和炎症细胞浸润，这是As发生发展的主要决定因素。研究表明，有高血压、糖尿病、吸烟、血脂异常等心血管疾病风险因素的患者血管壁中ROS的产生增加[23]。ROS的增加可使低密度脂蛋白转变为在As中起关键作用的ox-LDL。ox-LDL能被LOX-1、CD36、SR-A(class A macrophage scavenger receptor)等不同的清除剂受体所识别、内吞，从而发挥致As作用，其中最重要的受体是LOX-1。LOX-1是一种跨膜糖蛋白，能够与ox-LDL结合，是内在化和降解ox-LDL的重要受体[6]。LOX-1在巨噬细胞、血管平滑肌细胞、心肌细胞、血小板以及成纤维细胞等中表达。ox-LDL与LOX-1结合后可通过促分裂原活化的蛋白激酶、NF-κB、NOX/ROS、内皮型一氧化氮合酶、钙蛋白酶、B细胞淋巴瘤-2/B细胞淋巴瘤-2相关X蛋白、基质金属蛋白酶等通路影响As途径中的多种细胞类型(如内皮细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、血小板)，从而导致内皮细胞功能障碍及凋亡，单核细胞迁移，巨噬细胞分化，平滑肌增殖、迁移，噬菌斑不稳定[24-25]。

3.2Hcy与LOX-1 高血压、糖尿病、肥胖症、吸烟、血脂异常等均可导致LOX-1表达增加[26-29]。当内皮细胞暴露于Hcy(如HHcy)时，可增加LOX-1信使RNA的转录和翻译，而补充叶酸则可逆转该过程[30-31]。Holven等[31]的研究证实，HHcy可通过升高人体内LOX-1的水平增强ox-LDL诱导的炎症反应，从而发挥致As作用，补充叶酸可下调这些反应。Ma等[32]的研究证实，Hcy通过Toll样受体4/NF-κB/DNA甲基转移酶1抑制LOX-1的甲基化和反式硫酸盐代谢，从而损害内皮细胞。内皮细胞受损后脂质，特别是ox-LDL积累在内皮下层中促进As形成。LOX-1是导致内皮细胞受损引起As的重要因素，而Hcy升高LOX-1表达的具体分子机制尚不完全清楚，需要深入研究。SIRT1作为一种去乙酰化酶，能够去乙酰化组蛋白、多种重要的转录因子以及转录辅因子等，发挥抗炎、抗氧化、抗细胞衰老等作用。SIRT1可能成为研究Hcy致As分子机制的新热点。

4 SIRT1在Hcy导致的As中的作用

4.1SIRT1延缓As发展 Sirtuins主要通过组蛋白去乙酰化发挥作用，但其中一些也具有脱酰基酶、二磷酸腺苷核糖基化酶、脱丙二酰酶、戊二酸酶以及脱琥珀酰酶的特性。Sirtuins在限制热量和运动后可被激活，控制细胞核、细胞质以及线粒体中的关键细胞过程，以维持代谢稳态，减少细胞损伤并减轻炎症。所以Sirtuins有助于预防多种与年龄有关的疾病，包括心血管疾病。与心血管相关的Sirtuins主要是SIRT1、SIRT3、SIRT6和SIRT7，其中研究最广泛的是SIRT1[5]。越来越多的证据表明，Sirtuins可能也调节As本身[12,17,33-34]。SIRT1可通过去乙酰化某个靶蛋白，调节细胞代谢过程，减少氧化应激与炎症反应，对抗细胞衰老，减轻细胞损伤，进而发挥抗As作用。研究证实，冠心病患者As区域SIRT1的水平降低，且从冠心病患者中分离出的单核细胞SIRT1水平也低于健康人[35]。以上研究表明SIRT1与As密切相关，人们对SIRT1在As中的作用进行了进一步的研究。首先，在载脂蛋白E敲除的小鼠As模型中，小鼠体内SIRT1的表达降低，尤其是As斑块中SIRT1的表达降低[36]；将载脂蛋白E敲除小鼠内皮细胞中SIRT1特异性过表达后可预防As斑块的发生发展。其次，将载脂蛋白E敲除小鼠平滑肌细胞中的SIRT1特异性敲低后能加速As的进展[36-37]。虽然SIRT1在血管内皮细胞和平滑肌细胞中发挥延缓As发展的作用，但其能否通过巨噬细胞发挥延缓As进展的作用及其延缓As的具体分子机制尚不完全清楚，需要进一步研究。

SIRT1除与As相关外，还与其他心血管病相关。SIRT1与心力衰竭的发病机制和心脏电活动的调节有关[11,38-39]，也可作为评估心肌梗死发生率和预后的指标。寻找升高体内SIRT1表达的方法已成为研究热点。研究证实，麦角硫因(2-巯基-1-组氨酸甜菜碱)可通过调节SIRT1/p66shc和SIRT6/NF-κB途径防止高糖诱导的内皮衰老[15,40-41]，而新型多聚ADP核糖转移酶抑制剂AG-690/11026014可通过恢复心脏组织中SIRT1的活性对血管紧张素Ⅱ诱导的小鼠心脏重构发挥保护作用[42]。总之，SIRT1通过调节As发展的关键环节发挥抗As作用，进一步研究能提高人体内SIRT1活性的药物可为As的治疗提供新选择。

4.2SIRT1保护血管的机制 很多学者对SIRT1保护血管的机制进行了探讨。SIRT1可通过去乙酰化作用调节内皮型一氧化氮合酶、去乙酰化NF-κB的p65亚基、减少促炎因子的表达、去乙酰化氧化还原过程中的靶蛋白、拮抗ROS的过量产生、减少氧化应激等发挥血管保护作用。SIRT1与衰老相关蛋白(如p66Shc)之间的串扰可预防基于抗氧化应激反应的血管疾病[12]。研究SIRT1与Hcy的关系有助于进一步了解Hcy致As的分子机制。Wang等[43]研究表明，用Selaginellin(一种卷柏属植物提取物)预处理能够以浓度依赖的方式抑制Hcy诱导的脐静脉内皮细胞衰老，这可能与抑制细胞内ROS的产生以及上调SIRT1信使RNA的表达有关。Chen等[44]的研究表明，Hcy可增加大鼠肠系膜上动脉角蝰毒素6c诱导的内皮素受体B蛋白的表达水平和内皮素受体B介导的收缩反应，并降低SIRT1蛋白的表达水平。白藜芦醇可扭转上述作用，并阻止Hcy诱导的乙酰化p65的上调和内皮素B受体蛋白的表达，降低Hcy诱导的大鼠血压升高。以上结果表明，Hcy通过SIRT1/NF-κB信号通路调节内皮素B受体的表达，并且SIRT1作为关键的上游蛋白在Hcy致血管损伤中发挥着至关重要的血管保护作用。Wang等[45]研究发现，硫化氢能够减弱Hcy诱导的内质网应激，并增加PC12细胞中SIRT1蛋白的表达；抑制SIRT1可逆转硫化氢对PC12细胞中Hcy引起的内质网应激的保护作用。提示硫化氢具有抑制HHcy诱导的内质网应激的能力，SIRT1参与其中，揭示了硫化氢在高Hcy介导的神经毒性中起保护作用的分子机制。综上，Selaginellin、白藜芦醇等具有激活SIRT1活性的药物能延缓Hcy对内皮细胞及神经细胞的损害。目前，SIRT1已正成为治疗Hcy诱导的血管损伤的新靶点，而Hcy如何通过影响SIRT1及其下游信号影响内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞等的具体机制尚需要进一步研究。

5 SIRT1/LOX-1通路在Hcy介导的As中的作用

Hcy能通过下调SIRT1的表达，增加LOX-1的表达发挥致As作用。研究表明，Hcy可通过增加蛋白激酶C-β的活化，提高LOX-1的表达水平，且随着蛋白激酶C-β磷酸化的上调会引起SIRT1的降解；而SIRT1的过表达可减少Hcy诱导的LOX-1的激活，沉默蛋白激酶C-β的功能也能够减少Hcy引起的LOX-1激活和内皮细胞凋亡[30]。以上提示Hcy能够通过SIRT1/LOX-1通路诱导内皮细胞凋亡及功能障碍，所以寻找增强SIRT1活性并调节SIRT1/LOX-1通路的药物成为治疗Hcy致As的新方法。Wang等[46]的研究发现，HHcy可降低内皮细胞SIRT1的表达，增加LOX-1的表达，导致ROS生成增多、NOX活性增强以及NF-κB激活，从而促进炎症反应和细胞凋亡。用Ex527(SIRT1的抑制剂)或小干扰RNA阻断SIRT1的表达后可增加LOX-1的表达；而SIRT1的过表达则可显著降低LOX-1的表达[46]。Xu等[47]的研究表明，胞质多聚腺苷酸结合蛋白1缺失后可通过SIRT1/LOX-1信号通路在Ox-LDL诱导的细胞凋亡和炎症中发挥抗炎和抗凋亡作用。而Hcy是否会先影响胞质多聚腺苷酸结合蛋白1的表达，进而通过SIRT1/LOX-1通路引起内皮损伤尚需进一步研究。有研究表明，银杏内酯B及二甲双胍通过调节SIRT1/LOX-1通路对ox-LDL导致的内皮细胞损伤发挥保护作用，具体表现为抑制氧化应激、增强内皮型一氧化氮合酶活性，抑制蛋白激酶B激活，抑制AMP活化蛋白激酶-α、蛋白激酶C-α以及NOX激活[48-49]。

多项研究证实SIRT1/LOX-1参与Hcy致血管内皮损伤过程。一项随机安慰剂对照临床试验发现，冠状动脉疾病患者采用藏红花素治疗后SIRT1和AMP活化蛋白激酶的基因表达显著上调，而LOX-1和NF-κB的表达显著下降[50]。提示藏红花素可通过增加SIRT1和AMP活化蛋白激酶基因的表达降低LOX-1和NF-κB的表达，进而对冠状动脉疾病患者产生有益作用[50]。以上研究表明，靶向SIRT1/LOX-1的药物在Hcy致内皮损伤中具有保护作用。SIRT1、LOX-1是调控As的关键蛋白，针对SIRT1/LOX-1通路的研究也越来越多，并逐渐被人们所重视。在单核细胞衍生的巨噬细胞中发现，SIRT1过表达能够降低LOX-1的表达，从而减少泡沫细胞的形成和As[51]。LOX-1能够在体内调节血栓形成，激活保护性的八聚体结合转录因子/SIRT1途径，减少血栓形成，提示SIRT1可能作为治疗急性冠状动脉综合征的一个新靶点[52]。有研究表明，运动干预通过调节SIRT1/NOX/LOX-1信号转导，降低NF-κB、细胞间黏附分子1和血管细胞黏附分子1蛋白的表达发挥抗炎、抗氧化作用，从而减轻HHcy引起的主动脉内皮细胞损伤[53]。而在另一项临床研究中发现，抑制SIRT1后能显著上调冠心病患者单核细胞中的氧化应激，并且促凋亡事件、促炎事件和线粒体损伤能够被SIRT1的过表达所逆转，LOX-1/NOX在其中发挥SIRT1下游信号的作用[35]。

SIRT1/LOX-1参与Hcy的致血管内皮损伤过程。Hcy引起的炎症反应、氧化应激、凋亡增加、线粒体损伤等能被SIRT1的激活所逆转[30,46]，LOX-1作为SIRT1下游信号，也扮演着重要角色。寻找能增强SIRT1活性或上调其表达的药物可能延缓Hcy致As的发生发展，SIRT1/LOX-1也逐渐成为治疗Hcy致血管损伤的关键分子通路。

6 小 结

HHcy能引起炎症反应、氧化应激、细胞凋亡等，导致As进展，其已成为临床上检测心血管疾病的常用指标。Hcy导致As的分子机制尚未完全阐明。SIRT1是一种重要的抗As分子，可调节多种生理和病理过程的下游靶蛋白，如LOX-1、NF-κB、NOX、激活蛋白1、p53、p27等，从而发挥改善心血管系统功能的作用。LOX-1是一种促进As发展的重要蛋白，与SIRT1关系密切。Hcy可通过SIRT1/LOX-1引起内皮细胞损伤，导致As进展。用药物增强SIRT1的表达后能降低其下游信号LOX-1的表达，进而改善Hcy致血管损伤及As发展。LOX-1在巨噬细胞、血管平滑肌细胞、心肌细胞、血小板和成纤维细胞均有表达，研究Hcy是否通过SIRT1/LOX-1引起上述细胞的损害，有助于更深入地了解Hcy致As的分子机制，同时寻找增强SIRT1活性的药物可能为治疗Hcy诱导的As提供新选择。