Sirtuins家族与心血管疾病关系研究进展

谷佳鑫综述 刘文秀，赵德超审校

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)发病率和病死率居高不下，已成为一个重大的公共卫生问题[1]。尽管内皮功能障碍、动脉粥样硬化、炎性反应等已被证实是众多CVD共同的病理基础，但体内是否存在某些保护因子干预疾病的发生、发展仍然值得探索。近年来Sirtuins家族走入大众视野，它是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依赖性的组蛋白去乙酰化酶。研究表明[2]，Sirtuins家族成员的激活可以调节细胞新陈代谢、维持代谢平衡、缓解氧化应激，从而减轻细胞损伤、抑制炎性反应等，进而预防了多种与衰老相关的疾病和心血管疾病。基于此，本文将重点对Sirtuins家族成员的生物学功能、与心血管疾病的相关性进行分析讨论，旨在为Sirtuins家族作为心血管疾病的有效治疗方法提供理论依据。

1 Sirtuins家族成员及生物学功能

1.1 Sirtuins家族及成员 早在20世纪70年代，沉默信息调节因子2(silent information regulator 2，Sir2)首次在酿酒酵母细胞转录沉默时被发现。Sir2是一种高度保守的蛋白家族，其产物影响基因组的稳定性[3]，Sir2过度激活可延长酵母的寿命[4]。后来将真核生物中与Sir2同源的蛋白称之为Sirtuins。Sirtuins属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，具有NAD+依赖性去乙酰化酶活性。目前已知 Sirtuins的酶活性更为广泛，它们不仅是去乙酰化酶，还是ADP核糖基转移酶、去丙二酰化酶和去琥珀酰化酶[5]，当然，所有这些都需要与NAD+结合才能发挥作用。Sirtuins家族共有7种亚型，即SIRT1～SIRT7，它们广泛分布于细胞中，其中SIRT1和SIRT2定位于细胞质，SIRT1、SIRT6和SIRT7分布于细胞核，而SIRT3、SIRT4和SIRT5在线粒体中被发现[6]。

1.2 Sirtuins家族成员的生物学功能 Sirtuins家族各成员通过作用于细胞器中各种蛋白质的翻译后修饰来调节多种细胞功能[7]。SIRT1被认为与Sir2关系最密切，始终是研究的热点。它参与了大量生物学过程，如调控基因转录、细胞凋亡与生存、炎性反应与氧化应激、细胞衰老及肿瘤等[8]。SIRT1因可直接或间接地参与腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate -activated protein kinase，AMPK)信号通路的调控[9]，使非组蛋白和转录因子去乙酰化而延缓细胞的衰老，被称为“长寿蛋白”。SIRT2 在G2/M期可迁移至细胞核中，参与细胞周期调控和胞内运输[10]。近年来发现，SIRT2的激活可降低活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平，使肝激酶B1去乙酰化，促进AMPK通路激活[11]，从而参与细胞氧化应激、自噬和细胞凋亡的调节。此外，SIRT2 还可抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的降解，参与糖的生成。SIRT3可维持线粒体能量稳态，其机制主要与诱导叉头蛋白O3a(forkhead box O3a，FOXO3a)转录因子去乙酰化和核移位减少细胞中的ROS水平相关。同时，SIRT3还参与肿瘤的发生。SIRT4的研究相对较少，其主要在调节能量代谢和胰岛素分泌方面发挥作用。最新研究表明，SIRT4能抑制肌肉和肝脏细胞中的脂肪酸氧化[12]。SIRT5是Sirtuins家族最鲜为人知的成员，已有报道其参与尿素循环、糖酵解、脂肪酸氧化等过程，调节胞浆和线粒体蛋白的丙二酰化。另有研究证实，SIRT5还参与了各种癌症的发生和发展[13]。目前对SIRT6的研究较多，其与SIRT1在功能上高度相似，被认为是细胞内能量传感器和细胞内稳态的主要调节因子[14]。它主要通过参与DNA修复和端粒维持来调节基因组完整性，通过调节葡萄糖和脂肪代谢及炎性反应来调节细胞内稳态。此外，SIRT6还参与免疫反应、癌细胞分化等多种生物学过程。SIRT7参与基因调控、基因组稳定、衰老及肿瘤的发生[15]。并且，SIRT7还被认为是新陈代谢和应激反应的调节因子[16]。

2 Sirtuins家族与心血管疾病

目前，Sirtuins家族与心血管疾病的研究进展及其潜在的临床应用价值受到学者的广泛关注。研究其家族各成员在心血管疾病中的作用及机制，有望为心血管疾病的预防和治疗提供新方法与策略。

2.1 Sirtuins家族与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是指脂质、纤维组织和/或钙质在动脉内膜的积聚，其病理机制很复杂，主要涉及脂质异常、慢性炎性反应和内皮细胞(endothelial cells，EC)功能障碍。近年发现，Sirtuins家族部分成员通过发挥不同生物学功能，参与抗动脉粥样硬化作用。其中SIRT1可激活内皮型一氧化氮合酶，抑制巨噬细胞中NF-κB活性和促进FOXO 转录因子，从而干扰促炎细胞因子信号传导及表达，同时SIRT1的激活可改善糖耐量和脂质稳态[17-19]，进而防止动脉血栓形成。另外，SIRT1激活还可抑制前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶 Kexin-9活性[20]，从而使低密度脂蛋白水平降低，这些都具有抗AS作用。在AS中，SIRT6则可作为一种重要的内皮功能调节因子发挥作用。研究显示，ApoE-/-小鼠SIRT6敲除可增加黏附分子的表达，促进单核细胞与EC的黏附，进而加快斑块进展，而SIRT6过表达则可抑制促AS基因的表达，机制与肿瘤坏死因子配体超家族成员4基因启动子上的组蛋白H3K9去乙酰化相关[21]。此外，也有研究发现[22]，SIRT6依赖其脱乙酰酶活性调节端粒维持功能和血管平滑肌细胞寿命，从而抑制动脉粥样硬化的形成。由此可见，Sirtuins家族，特别是SIRT1和SIRT6，在血管EC中具有多方面的作用，对维持血管内稳态和逆转疾病介导的内皮功能障碍至关重要。大量文献已经在体内、体外试验及药理学研究中都支持这一发现，因此，深入对Sirtuins家族的研究，在预防/逆转内皮功能障碍方面具有巨大的潜力，若对其提前干预，有望预防更危险的心血管意外的发生。

2.2 Sirtuins家族与心肌梗死 急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一种发病率和病死率都很高的心血管疾病。大量学者的研究已发现，Sirtuins家族在AMI中发挥至关重要的作用，甚至认为Sirtuins家族可与肌钙蛋白(cTnI、cTnT)、肌酸激酶同工酶、肌红蛋白和心脏型脂肪酸结合蛋白等一起作为AMI早期诊断的预测因子，同时还可指导AMI治疗策略的选择[23]。最新研究表明，适当上调成年大鼠心脏中SIRT1可减轻缺血再灌注损伤，而下调SIRT1则可加重损伤[24]，这进一步说明SIRT1与AMI发生发展的相关性。研究还显示，SIRT1可抑制心肌细胞凋亡和纤维化，减少炎性反应，延缓心室重构的进程[25]。因此，SIRT1可能成为改善AMI患者预后的潜在治疗靶点。当然，此结论只是在动物及细胞水平得到验证，临床上的可行性还有待进一步验证。SIRT5基因调控区内的DNA序列变异导致的SIRT5水平改变，可作为一个危险因素促进AMI的发展，这一猜想也在部分AMI患者中得到了初步证实[26]，然而，SIRT5对AMI的保护作用还需大样本人群研究进一步证实。

2.3 Sirtuins家族与高血压 现有数据表明，我国高血压患者已超3亿，但高血压的机制尚未完全阐明，许多研究发现，Sirtuins家族在高血压的发病机制中起重要作用。内皮功能障碍导致并加速高血压的进展，同时高血压也会导致血管功能障碍，这是个双向过程。而代谢紊乱和氧化应激参与了血管功能障碍的发病过程，SIRT3则作为这一过程的重要角色。Dikalova等[27]的研究发现，高血压患者SIRT3水平降低40%，超氧化物歧化酶2乙酰化增加3倍，这提示SIRT3与高血压的发生密切相关，然而，SIRT3的降低是否与高血压的进展相关仍需探索。2021年Silaghi等[28]再一次提出，SIRT3的缺失会导致超氧化物歧化酶2的过度乙酰化，进而失活，而这些变化会促进线粒体损伤和炎性反应，加速血管老化和高血压进展。相反，SIRT3过表达则起到保护血管和降压作用。以上研究为调控SIRT3表达来治疗高血压病的策略提供了理论基础。此外，SIRT6和SIRT7在高血压的进展中也发挥重要作用。Guo等[29]在高血压模型小鼠中发现SIRT6表达降低，同时敲减小鼠SIRT6，血压明显升高，并进一步加重内皮功能障碍及心肾的损伤。另外，SIRT7蛋白表达因病理性压力超负荷而增加[30]，通过去乙酰化会对心肌起到抗肥大作用。因此，调控Sirtuins家族某些成员活性，对高血压的发生发展具有重要意义。

2.4 Sirtuins家族与心力衰竭 心力衰竭是各种原因导致的心脏泵功能受损，其病理生理基础与血管功能障碍、心肌细胞坏死、心肌肥厚、间质纤维化等导致的心脏重塑相关。Ma等[31]研究发现，SIRT1参与单萜苯酚Bakuchiol对糖尿病性心肌病小鼠心脏功能、心肌纤维化、心肌细胞肥大和心肌细胞凋亡的改善过程，进一步的研究发现，Bakuchiol的保护作用很大程度上归因于SIRT1/核因子—红系2相关因子2信号通路的显著激活，最终通过提高抗氧化剂的产生和减少ROS的生成来加强心脏抗氧化能力。由此表明，SIRT1在糖尿病性心肌病中发挥保护作用，干预SIRT1可能对糖尿病性心肌病心脏功能和纤维化程度的改善提供帮助。除SIRT1外，SIRT3与心力衰竭的发生发展更是密不可分。Zeng等[32]研究显示，SIRT3可介导EC代谢障碍，从而促使EC/壁细胞/心肌细胞的通讯中断和冠状动脉微血管稀疏，进一步促进心肌细胞缺氧和心肌纤维化，进而导致舒张功能障碍型心力衰竭，机制可能与SIRT3在EC中调节糖酵解和线粒体呼吸之间的代谢转换相关。因此，调节SIRT3可能通过改善EC代谢从而减少心力衰竭的发生。此外，Palomer等[33]研究发现，SIRT3可调节心肌细胞纤维化和炎性反应，进而影响心力衰竭的进展，在这个过程中基因FOS的表达会增加，因此推测SIRT3可通过参与FOS/激活蛋白-1通路参与以上过程。因此，尝试通过对SIRT3在心血管疾病早期的干预来预防心力衰竭的发生和发展似乎可行，但仍需大量的体内外实验及人群调查来证实。

3 小结与展望

综上所述，Sirtuins家族在心血管疾病中的保护作用和潜在的治疗策略非常显著，其各成员直接或间接参与动脉粥样硬化、心肌梗死、高血压、心力衰竭等心血管疾病的发生及发展，这对于研究CVD相关的发病机制提供了大量证据，但目前机制尚未完全清楚。现有证据表明，Sirtuins家族大部分成员对机体产生有利影响，但SIRT5有促癌作用，其他成员是否存在不利影响，仍然值得探索。在未来，操纵Sirtuins家族有望成为预防和治疗心血管疾病和其他与衰老相关疾病的重要手段。