沉默信息调节因子在高血压发病机制中的研究进展*

马茜钰， 李存存， 张 锦

（1兰州大学第一临床医学院，甘肃兰州730000；2兰州大学第一医院，甘肃兰州730000；3兰州大学第一医院心内科/甘肃省心血管疾病重点实验室，甘肃兰州730000）

高血压是多种心血管疾病的主要危险因素。尽管许多研究都强调了高血压的多因素性，但是高血压的发病机制仍然有待探索。大量证据表明，表观遗传学在高血压发病中起着重要的作用［1］，其中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotimide adenosine dinucleotide，NAD+）依赖性酶家族介导的血管动态平衡和心血管疾病的表观遗传过程引起了研究者的广泛关注。分子水平上，NADPH 氧化酶信号的激活、内源性抗氧化剂的抑制、DNA 的甲基化、组蛋白的修饰和一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）异构体蛋白表达的改变等共同参与了高血压的发病［2］。沉默信息调节因子（sirtuins/silent information regulators，SIRTs）作为NAD+依赖的脱乙酰酶，参与了高血压的形成与发展。本文将综述SIRTs 家族不同成员在高血压发病中的作用。

1 SIRTs概述

SIRTs 属于NAD+依赖性酶家族，其主要功能是去乙酰化。它可针对不同蛋白质，包括组蛋白、转录因子和DNA 修复蛋白，参与许多重要的生物学过程，如细胞衰老与凋亡、内分泌信号转导、能量代谢、组织再生、DNA 修复、炎症等，还可以控制生物钟和线粒体的生物发生［3］。SIRTs家族目前共有7个成员（SIRT1～7），分别位于不同的亚细胞区域，SIRT1 和SIRT2 位于细胞核和细胞质，SIRT3～5 位于线粒体，SIRT6 和 SIRT7 属 于 细 胞 核 蛋 白［4］。 目 前 ，关 于SIRT1和SIRT2的研究较为广泛。

2 SIRTs参与高血压发生发展的机制

2.1 SIRTs调节血管内皮功能稳态 血管内皮的功能是维持血管张力，抗动脉硬化并形成屏障，以控制各种物质在血液和组织之间的交换［5］。内皮功能障碍损害了内皮细胞的蛋白质稳态、内皮型NOS（endothelial NOS，eNOS）活性和血管生成，促进了内皮细胞的衰老、血管炎症和重塑，其机制包括蛋白调节受损、eNOS 解偶联、氧化应激、内皮细胞向间充质细胞转化（endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT）、NK 同源异形框2（NK3 homeobox 2，Nkx3.2）-GATA结合蛋白5（GATA-binding protein 5，GATA5）信号调节等［5-7］（图1）。内皮功能障碍是与高血压相关的常见问题，是微血管和大血管并发症的先兆［7］。多种SIRTs 通过缓解内皮功能障碍对高血压的形成与发展产生了有益影响。

Figure 1. The mechanism of SIRT6 in the formation of vascular diseases.图1 SIRT6在参与血管疾病形成中的作用机制

抑制SIRT1 与血管功能障碍和动脉硬度增加有关。与仅敲除ApoE相比，同时敲除ApoE和SIRT1的小鼠内皮超氧化物及促炎介质更多，表明SIRT1 在减少内皮功能障碍中起重要作用。一氧化氮（nitric oxide，NO）是主要的舒血管物质，NO 缺乏可促进高血压的发生。在小鼠动脉内皮中用RNA 干扰特异性抑制SIRT1表达，导致NO 减少并抑制内皮依赖性血管舒张。同一项研究还显示，在体外，SIRT1 通过使eNOS 脱乙酰基，提高了eNOS 的活性，从而增加了内皮NO的产生［8］。特异性激活小鼠的SIRT1可以增加环加氧酶（cyclooxygenase-2，COX-2）介导的内皮依赖性血管舒张，还可以通过减少超氧化物的产生减少炎症［9］。在脉管系统，含 66 kD 同源 2 结构域的Src 蛋白（66-kD Src homology 2 domain-containing protein，p66Shc）是活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主调节蛋白，p66Shc诱导的ROS 可引起内皮功能障碍。研究显示，p66Shc是 SIRT1 的直接靶点，SIRT1 调控p66Shc乙酰化，从而控制了其诱导产生ROS 的能力［10］。在脉管系统，SIRT1 通过调节eNOS、COX-2 和ROS共同参与了内皮细胞对血管舒张能力的影响。

全身SIRT3敲除小鼠由于线粒体内超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）的高度乙酰化而导致氧化应激，增加了低氧诱导因子1α 表达、血管通透性和血管炎症，从而加速了血管衰老和年龄依赖性高血压的发生。相反，SIRT3过表达可防止这些有害作用［11-12］。

在两个独立的高血压模型中，即脱氧肾上腺皮质激素/盐诱导的和血管紧张素II（angiotensin II，Ang II）诱导的高血压小鼠的内皮SIRT6 水平均显著降低。特异性敲除内皮细胞的SIRT6使血压显著升高，加剧了内皮功能障碍和心肾损伤。内皮细胞的SIRT6具有多效性保护作用，包括促进内皮依赖性血管舒张和血管NO 生物利用度，降低细胞通透性，改善内皮衰老和细胞凋亡以及促进自噬。从机制上讲，SIRT6 通过使组蛋白H3K9 脱乙酰基来抑制转录抑制因子Nkx3.2 的转录，从而诱导了一种新型的血压调节剂 GATA5 的表达［6］（图 1、2）。此外，SIRT6 还可通过激活核因子E2 相关因子2（nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）抑制胆固醇晶体（cholesterol crystals，CCs）诱导的血管内皮功能障碍。过量的游离胆固醇积聚产生微小的CCs，内皮细胞将其内吞，从而降低了NO 水平以及eNOS 的活性和表达。同时，CCs 显著抑制了内皮细胞中SIRT6 及Nrf2（抗氧化和抗炎途径中的关键调节剂）的表达，而Nrf2激活可减轻CCs诱导的内皮功能障碍［13］。

Figure 2. The related factors in the processes of vascular sclerosis，remodeling and aging involving SIRT1 and SIRT6. LKB1：liver kinase B1；NF-κB：nuclear factor-κB；FOXO1：forkhead box protein O1；NICD：Notch intracellular domain；p66Shc：66-kD Src homology 2 domain-containing protein；eNOS：endothelial nitric oxide synthase； COX-2： cyclooxygenase-2；PGC-1α：peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α；Nrf2：nuclear factor E2-related factor 2； ICAM-1： intercellular adhesion molecule-1；Nkx3.2：NK3 homeobox 2；GATA5：GATA-binding protein 5；MALAT1：metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1；FOXM1：forkhead box protein M1.图2 SIRT1 和SIRT6 参与血管硬化、重塑与衰老过程中的相关作用因子

2.2 SIRTs参与血管硬化与重塑 动脉硬化反映了血管弹性蛋白的逐渐减少以及胶原蛋白的增多，独立于动脉粥样硬化发生［14］。人主动脉硬化和高血压与循环中Klotho 蛋白（一种肾源性衰老抑制蛋白）水平的降低有关。Klotho 缺乏导致弹性蛋白与胶原蛋白比率降低，这种结构重塑促进了动脉硬化的发展。在Klotho缺失小鼠中，SIRT1 的表达和活性在主动脉内皮细胞和血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）中显著降低。Klotho缺失与主动脉中一磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）激活的蛋白激酶α 和eNOS 的活性显著降低有关。特异性激活SIRT1 可逆转Klotho缺失引起的动脉硬化和血压升高［15］。同时，动脉硬化还与VSMCs 中促炎和促氧化途径的激活有关，SIRT1激活对高脂高糖诱导的动脉硬化的益处与VSMCs 中核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）激活以及血管细胞黏附分子 1 和NADPH 氧化酶亚单位 p47phox表达减少有关［16］。此外，SIRT1 通过影响eNO 的生物利用度，内皮细胞和VSMCs 的衰老，成骨表型转分化，VSMCs 的凋亡，细胞外基质沉积以及血管周围脂肪组织的炎症反应而减慢血管钙化［17］。药物激活SIRT1 可能是治疗动脉硬化和高血压的一种新方法，为预防代谢综合征患者的动脉硬化和心血管相关并发症提供了新手段。

内皮细胞的SIRT1 通过调节多种蛋白，包括eNOS、肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）、p53、NF-κB、叉 头 框 蛋 白 O1（forkhead box protein O1，FOXO1）和 Notch 细胞内结构域（Notch intracellular domain，NICD）发挥独特的血管保护作用，从而参与动脉重塑［18-19］。HERC2（HECT and RLD domain containing E3 ubiquitin protein ligase 2）是巨大的支架蛋白和 E3 泛素连接酶，是 SIRT1 的结合伴侣之一［20］。HERC2 下调消除了内皮SIRT1过表达对动脉重构和血压控制的有益作用。目前研究显示，内皮细胞中SIRT1/HERC2/LKB1 复合物的形成控制着动脉重塑的过程。乙酰化的LKB1 在细胞核中的积累会导致内皮细胞活化，进而刺激VSMCs 的增殖和细胞外基质的产生，而内皮SIRT1 通过促进HERC2 介导的乙酰化LKB1的降解防止了不良的动脉重塑［21］。

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 coactivator-1α，PGC-1α）对血管具有保护作用。在体内外，PGC-1α 的上调不仅可抑制线粒体ROS 的增加，还可增加SOD1和SOD2的含量，而PGC-1α的耗竭则促进线粒体ROS 产生和钙沉积。钙化的动脉中线粒体ROS增加，SIRT3表达下降，但PGC-1α的过表达恢复了SIRT3的表达［22］。

3 SIRTs对高血压危险因素的影响

3.1 SIRTs与细胞衰老和血管老化 血管内皮细胞和VSMCs随年龄增长而发生的结构或生物学变化称为血管老化，这种老化促进了与年龄相关的心血管疾病的发展。SIRTs 是血管老化的关键调节因子。SIRT1通过PGC-1α的去乙酰化和过氧化物酶体增殖物激活受体α 的活化来防止内皮衰老，从而减少了NADPH 氧化酶介导的ROS 产生和NO 失活。在老化的动脉中，SIRT1表达减少导致可溶性鸟苷酸环化酶（soluble guanylate cyclase，sGC）下调，从而通过降低NO-sGC-cGMP 信号传导影响血管扩张反应。同时，SIRT1 功能障碍或其表达降低会促进内皮细胞衰老［23］。硫化氢（hydrogen sulfide，H2S）在人体心血管系统中具有重要的保护作用。研究证实，H2S可通过调控SIRT1/eNOS/NO 信号通路，可抵抗部分高糖诱导的内皮细胞衰老［24］。此外，内皮细胞在血管老化过程中经历EndMT，从而增加了内皮通透性。使用内皮细胞特异性SIRT6敲除小鼠的研究表明，内皮细胞中SIRT6 表达下调会加剧血管老化。微阵列分析表明，SIRT6调节了细胞周期进程和衰老的关键转录因子FOXM1 的表达，证明了SIRT6 作为血管系统中抗衰老因子的作用［25］。SIRT1 和 SIRT6 表达减少是血管老化的生物标志物，激活它们可能是延缓血管老化的治疗策略。

3.2 SIRTs通过参与水盐及糖代谢影响血压 由饮食变化引起的其代谢产物的变化决定了影响血管收缩和舒张物质的合成与释放，从而调节了血管张力，这些变化可能会促进成人高血压的发展［26］。能量摄入变化影响了SIRTs活性，同时使某些在血管反应中起调节作用的基因表达也发生了改变［27］。低盐饮食通过激活大鼠生长激素释放肽受体来增加心脏、肾脏、肌肉、大脑和脂肪组织中SIRT1 的表达。Gao等［15］证明了SIRT1 主要在正常大鼠的肾小管间质细胞中表达，并且与水通道蛋白2 共定位，表明SIRT1可能参与了水盐调节。

适度限制卡路里摄入通过增加SIRT1 和SIRT3表达减轻了与年龄有关的心血管变化［28］。目前多种模型已充分探索了SIRTs 在能量代谢中的作用。饲喂同样高脂饲料的SIRT1过表达小鼠比野生型小鼠有更好的葡萄糖稳态，但体重没有差异。喂食标准饮食的SIRT1过表达小鼠也表现出较高的葡萄糖耐量，同时伴有胆固醇及甘油三酯减少和体重减轻［4］。持续的高糖环境可促进血管内皮细胞、心肌细胞中线粒体过氧化产物的积累，从而增加细胞内ROS 水平，ROS 通过促进细胞凋亡或者激活细胞内的信号转导通路导致心肌细胞损伤。研究显示，过表达SIRT1基因通过PI3K/AKT 信号通路抑制了高糖刺激下心肌细胞凋亡和 ROS 水平［29］。SIRT3 与调节诱导型NOS 表达的炎症反应有关，并可表观调控SOD 表达［30］。在人类视网膜微血管内皮细胞中，高血糖下调了SIRTs 的mRNA，但上调了靶向SIRTs 的微小RNA。此外，高血糖还引起内皮细胞的早期衰老，EndMT和氧化DNA损伤［31］。

SIRT6敲除小鼠也能通过PGC-1α来提高葡萄糖水平，并且通过提高低氧诱导因子1α 活性增加了糖酵解，而SIRT6的过表达改善了衰老小鼠体内的葡萄糖稳态，并在高脂饮食的情况下增加了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，同时减少了内脏脂肪［4］。

总之，SIRTs参与了对水钠平衡和葡萄糖稳态的调节，高盐高糖饮食加速了血管功能障碍。因此，减少高盐高糖饮食可增加SIRTs对血管的保护作用。

3.3 SIRTs参与调节血脂代谢 高血压和血脂异常都可使内皮损伤长期存在，二者共同作用于内皮细胞，继而损害了血管舒张和各种不同的血管病变［32］。多种SIRTs均对脂代谢发挥调节作用，从而维持体内脂质平衡。SIRT1 是胆固醇传感器（cholesterol sensors），肝X 受体（liver X receptor，LXR）的正调节剂。SIRT1敲除使LXR 表达减少，高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）和甘油三酯（triglyceride，TG）水平降低，暗示了SIRT1 可增强有益HDL-C 的保护作用［33］。暴露于高脂饮食的SIRT3敲除小鼠发展为高脂血症表明，SIRT3 也在维持体内脂质平衡中发挥着关键作用。SIRT6 在负调节TG 合成和低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）水平升高的过程中也发挥着作用。SIRT6敲除小鼠LDL-C增加，喂食高脂饮食的SIRT6过表达的小鼠比野生型小鼠LDL-C 和TG水平更低［4］。SIRTs 激动剂可能在治疗血脂异常中具有益处，尤其是在西方饮食的背景下，需要更多的研究来充分了解这种保护作用背后的机制以及每种SIRT在脂质稳态中的作用。

4 SIRTs与高血压靶器官损害

4.1 SIRTs与心肌肥大 高血压与心脏重构有因果关系，包括左心室肥大，心肌纤维化以及左室收缩和舒张功能障碍［34］。SIRT1 具有抑制 NF-κB 信号的作用，从而抑制下游基因转录，减少炎症因子的产生，而炎症反应可能参与了高血压心室重塑的过程［35］。SIRT1 激动剂白藜芦醇可抑制自发性高血压大鼠的左心室重塑，其机制可能与调节SIRT1/NF-κB 通路而减轻氧化应激和炎症反应损伤有关［36］。

心肌肥大的诱导涉及胎儿基因转录和细胞蛋白合成，抑制任何一个都会使心脏病理性生长变慢。AMP 依赖的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）为心脏能量稳态的关键调节器，调节与心肌肥大有关的心脏蛋白质合成［37］，而活化T 细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）作为转录因子是心脏胎儿基因表达的主要调节因子，与心脏肥大的病理形式有关［38］。Sarikhani 等［39］的研究表明，SIRT2通过抑制胎儿基因转录和细胞蛋白质合成来调节心脏肥大涉及到两个不同途径，即AMPK 和NFAT 代谢。最近，SIRT2 被证明可以通过使AMPK的上游激酶LKB1 脱乙酰化来促进AMPK 的活性，从而保护心脏免受Ang II 诱导的肥大。此外，SIRT2 激活可通过抑制NFAT 来保护心脏免受异丙肾上腺素引起的病理性心肌肥大的影响。

Ang-（1-7）是由血管紧张素转换酶 2 从 Ang I 和Ang II中产生的，主要在心脏重塑中起作用［40］。Ang-（1-7）通过SIRT3 依赖性机制减轻Ang II 引起的心肌肥大。对Ang II 引起的心肌肥大和线粒体ROS 产生的抑制作用是通过刺激心肌细胞中SIRT3 依赖性FOXO3a脱乙酰基、SOD2表达升高来介导的［41］。

SIRT4 不同于其他SIRTs 对心肌肥大具有保护作用，它对心肌肥大具有负性调节作用。Luo等［42］的研究表明，SIRT4 在病理状态下通过增加ROS 水平来促进心肌肥大。SIRT4 抑制了MnSOD 与SIRT3 的结合，并增加了MnSOD 乙酰化水平，从而降低了其活性，导致在Ang II刺激后ROS积累增加。

SIRT5 和SIRT7 均对心肌肥大具有保护作用，且SIRT5 可防止年龄相关的肥大。与年龄匹配的野生型相比，衰老的SIRT5基因敲除小鼠表现出更多的纤维化、肥大和收缩功能障碍［43］。心脏压力超负荷后，心肌组织中SIRT7 蛋白表达增加。与对照小鼠相比，心肌细胞SIRT7敲除小鼠的心肌细胞横截面积和纤维化面积明显更大，心脏收缩功能明显降低。机制研究显示，SIRT7 与GATA4 直接相互作用并使其脱乙酰化来缓解应激诱导的心肌肥大［44］。

4.2 SIRTs与心肌纤维化 EndMT与包括心脏纤维化在内的多种疾病的发病机制有关。激活SIRT1 减轻了由EndMT而导致的心脏纤维化。转化生长因子β1（transforming growth factor β1，TGF-β1）强烈诱导EndMT，SIRT1 上调分别抑制 TGF-β 受体 1 和磷酸化的 Smad2/3 的表达，因此，SIRT1 在 TGF-β/Smad 途径抑制中起重要作用［45］。

心脏成纤维细胞（cardiac fibroblasts，CFs）转化为肌成纤维细胞（myofibroblasts，MFs）代表心脏纤维化中的关键事件，导致心脏功能受损［46］。SIRT6基因缺失在CFs 向MFs 的转化中可导致组织纤维化。Maity 等［47］的研究表明，SIRT6基因缺失的 CFs 自主过度激活TGF-β 信号转导从而自发转化为MFs。机制上讲，SIRT6 通过使组蛋白H3 中的Lys-9 和Lys-56脱乙酰化，结合Smad3 并抑制TGF-β 信号转导关键基因的表达。

5 总结与展望

高血压发病原因复杂，对SIRTs在高血压发病中的保护作用已进行了大量研究，包括调节血管内皮功能，参与血管重塑、能量代谢、影响血管收缩和舒张物质的合成与释放、心脏重塑等（表1）。总的来说，特异性激活SIRTs 对高血压、肥胖等代谢综合征具有保护作用，但其与能量代谢、炎症、氧化应激等途径相互串扰机制仍缺乏进一步研究，未来研究可将实验结果用于新药研发、将临床研究数据转化为对疾病预防提供建议。提高NAD+水平或增加SIRT活性可能是预防和治疗高血压的重要治疗方法。

表1 SIRTs在高血压形成与发展的作用Table 1. Roles of SIRTs in the formation and development of hypertension