SIRT蛋白功能研究進展

周娜靜，閆永鑫(綜述)，徐彥楠，閆蘊力(審校)(河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所細胞生物研究室，河北 石家莊 050017)

·綜述·

SIRT蛋白功能研究進展

周娜靜，閆永鑫(綜述)，徐彥楠，閆蘊力*(審校)
(河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所細胞生物研究室，河北 石家莊 050017)

抗衰老酶；蛋白；綜述文獻

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.045

Sirtuins蛋白是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴的組蛋白去乙?；竅1]。酵母Sirtuins與染色體末端的失活及rDNA轉(zhuǎn)錄沉默有關(guān)，可以延緩抑制衰老，延長壽命。Sirtuins是一個高度保守的基因家族，它不僅存在于酵母、果蠅、秀麗線蟲等細胞內(nèi)，還廣泛存在于哺乳動物各種細胞內(nèi)。至今為止，人類細胞內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了7種不同類型的Sirtuins(SIRT)蛋白，分別命名為SIRT1～7。在哺乳動物，SIRT由一個能量傳感器家族構(gòu)成，能夠在細胞內(nèi)NAD+/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotid，NADH)比例增加時以NAD+依賴的方式介導(dǎo)脫乙?；騉-ADP-核糖基化。而且其功能在高級真核生物大大增加了，可以參與哺乳動物的多種生理功能，如通過組蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和共調(diào)節(jié)子的脫乙?；饔靡曰虮磉_進程中等位復(fù)合體的形式調(diào)節(jié)代謝和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。SIRT還可以通過直接調(diào)節(jié)酶和結(jié)構(gòu)蛋白的活性使整個機體內(nèi)環(huán)境維持穩(wěn)定。

1 結(jié)構(gòu)特征、分布及活性調(diào)節(jié)機制

SIRT1～7具有高度的序列同源性，其催化區(qū)高度保守，包含2個球形區(qū)，1個大區(qū)和1個具有2個獨立單元的小區(qū)。大區(qū)由1個倒掛的經(jīng)典開口α/β Rossmann折疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這一結(jié)構(gòu)在多種結(jié)合NAD+或NADP的蛋白中都存在，具有NAD+/NADH結(jié)合蛋白的特性。在大區(qū)和小區(qū)交界處，大區(qū)內(nèi)有1個NAD結(jié)合的袋狀結(jié)構(gòu)，可以幫助尼克酰胺調(diào)節(jié)SIRT蛋白的活性，在大區(qū)和小區(qū)交界處還形成了1個與2個區(qū)形成的長軸垂直的大溝，現(xiàn)認為具有底物識別和催化作用。除此基本的催化區(qū)之外，氨基端和羧基端的延伸部分可能對酶活性具有調(diào)節(jié)作用，與酶底物的特異性有關(guān)。

SIRT蛋白的亞細胞定位很廣泛，SIRT1、6、7是核蛋白，分別在核基質(zhì)、異染色質(zhì)和核仁含量豐富。SIRT2主要在細胞質(zhì)，但它可以通過脫乙?；霓D(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因表達，而這些轉(zhuǎn)錄因子能夠從胞質(zhì)到胞核穿梭。SIRT3能夠誘導(dǎo)整個線粒體蛋白的脫乙?；€粒體轉(zhuǎn)錄因子也是其作用靶點。

SIRT1是目前研究最多最清楚的一個成員，SIRT1 mRNA轉(zhuǎn)錄與細胞外刺激、營養(yǎng)缺乏及腫瘤有關(guān)。已知的調(diào)節(jié)SIRT1啟動子的轉(zhuǎn)錄因子包括protein53(p53)、E2啟動子結(jié)合因子1(E2 promoter binding factor 1，E2F1)、叉頭轉(zhuǎn)錄因子3A(forkhead box class O 3A,FOXO3A)等。SIRT1能夠調(diào)節(jié)其自身轉(zhuǎn)錄，能夠與這些因子聯(lián)合，經(jīng)脫乙?；饔谜{(diào)節(jié)它們的活性。在SIRT1啟動子區(qū)有2個p53結(jié)合位點，與p53的結(jié)合能夠抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄，而在饑餓的情況下，p53能夠與FOXO3A聯(lián)合作用，阻斷p53的抑制功能，激活轉(zhuǎn)錄。應(yīng)對遺傳毒性壓力時，E2F1蛋白表達上調(diào)，與SIRT1啟動子中的2個結(jié)合位點結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄。SIRT1脫乙?；瘜53抑制功能的作用還不清楚，但似乎能夠使p53不穩(wěn)定。在這一過程中對SIRT1的表達形成一個正反饋環(huán)路，在營養(yǎng)缺乏時，SIRT1水平增加，能夠抑制p53的抑制功能，從而進一步增加SIRT1產(chǎn)物。

2 SIRT1與代謝及疾病

2.1 SIRT1與代謝調(diào)節(jié)：因為熱量限制促進長壽與SIRT1有關(guān)，因而SIRT1在營養(yǎng)供應(yīng)和能量代謝方面調(diào)節(jié)作用研究已經(jīng)付出了很多努力。熱量限制時SIRT1表達增加，能夠通過轉(zhuǎn)錄因子FOXO1根據(jù)各組織對能量的需要而調(diào)節(jié)脂肪代謝[2]。SIRT1還能通過脂肪生成的轉(zhuǎn)錄因子去乙?；种浦镜暮铣蒣3]。SIRT1在系統(tǒng)能量和脂類激素代謝的平衡調(diào)節(jié)中也發(fā)揮重要作用。

2.2 SIRT1與腫瘤:哺乳動物SIRT1與宿主一些已知與癌癥有關(guān)的因子相互作用，可能在一些情況下促進腫瘤細胞的生存。過表達SIRT1能夠阻止腫瘤細胞的凋亡并降低腫瘤細胞對一些抗腫瘤藥物的敏感性，而降低SIRT1功能能夠得到相反的作用。SIRT1能夠使p53和FOXO脫乙?；?進而阻斷了p53、FOXO依賴的轉(zhuǎn)錄及凋亡作用[4-5]。隨年齡增長SIRT1表達上調(diào)，促使老化細胞存活，增加癌癥發(fā)生的危險。另外，SIRT1水平與腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲等生物學(xué)特性密切相關(guān),并最終與患者的預(yù)后相關(guān)[6]。Kim等[7]發(fā)現(xiàn)SIRT1水平與患者手術(shù)術(shù)后的預(yù)后密切相關(guān)。Wu等[8]研究表明SIRT1與乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。在胃癌中SIRT1與腫瘤分期、患者預(yù)后密切相關(guān)[9]。SIRT激動劑白藜蘆醇可以安全有效地抑制轉(zhuǎn)移性膀胱癌[10]。遺傳毒性的抗癌藥物如鬼臼毒素引起的DNA損傷能夠誘導(dǎo)E2F1依賴的SIRT1表達，而SIRT1的沉默能夠增加對鬼臼毒素的藥物敏感性，表明SIRT1的促存活作用，可能會影響腫瘤化療的結(jié)果。在耐藥細胞珠SIRT的表達提高，而這似乎能夠增加p-糖蛋白多藥耐藥泵出泵的表達[11]。低分化腺癌小鼠的背外側(cè)前列腺較正常組織和高分化的前列腺上皮腫瘤表達高。前列腺腫瘤活檢組織癌細胞比非癌性細胞表達高[12]。在多種腫瘤耐藥細胞株表達都上調(diào)，siRNA轉(zhuǎn)染敲除則對藥物敏感[11]。但在小鼠細胞已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的另一個核Sirtuin成員SIRT6，能夠?qū)笵NA損傷的功能，促進DNA修復(fù)，抑制基因組的不穩(wěn)定。SIRT6缺失的小鼠年輕時即死亡，出現(xiàn)多種退化進程中與老化相關(guān)的代謝異常和情形。SIRT1、6可能都能影響哺乳動物腫瘤的發(fā)生，而這還需要進一步的研究。

2.3 SIRT1與神經(jīng)退行性疾?。涸谛∈笈咛ブ?，SIRT1在心、腦、脊索、背側(cè)根高水平表達，其在腦內(nèi)的高表達表明SIRT1在神經(jīng)和腦的發(fā)生中發(fā)揮作用，這一觀點與SIRT1敲除的小鼠表現(xiàn)一致，SIRT1敲除的小鼠出生后存活極少，即使存活也多有發(fā)育缺陷，如露腦畸形和視網(wǎng)膜異常。一個有趣的研究[13]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇預(yù)處理可以模擬經(jīng)SIRT1的預(yù)老化狀態(tài)，而在缺血預(yù)適應(yīng)或白藜蘆醇預(yù)處理后用SIRT1抑制劑Sirtinol失活SIRT1，神經(jīng)保護作用消除。SIRT1在腦缺血損傷中具有神經(jīng)保護作用，也提示小分子的SIRT1激活劑如白藜蘆醇可能具有潛在的臨床應(yīng)用效果。相反，Sirtuin抑制劑尼克酰胺可以在急性缺氧損傷中保護神經(jīng)細胞存活。SIRT1的神經(jīng)保護作用可以延伸到退化的神經(jīng)元。研究[14]顯示，特異性敲除腦SIRT1可增加老年癡呆患淀粉樣斑塊的形成，而過表達SIRT1可減少斑塊的形成。SIRT1還可以使Tau蛋白去乙酰化而變得不穩(wěn)定，從而可以減少斑塊的形成[15]。在帕金森病的小鼠模型中，SIRT1可以保護突觸核蛋白免受降解[16]。在亨廷頓舞蹈病中SIRT1過表達可以改善運動神經(jīng)元的功能[17]，而特異性敲除腦SIRT1的表達會加重病情[18]。

2.4 SIRT1與癲癇：禁食，更具體的說是熱量限制，是最早使用的有效治療癲癇發(fā)作的方法。熱量限制雖然對多種神經(jīng)疾病模型都有益處，而最有效的是癲癇。在EL小鼠——遺傳和環(huán)境混合刺激誘導(dǎo)的癲癇模型小鼠，癲癇發(fā)作開始在最初幾個月典型發(fā)作，但熱量限制后，發(fā)作會延遲幾周，熱量限制還能通過尾靜脈注射戊四氮來降低癲癇發(fā)作閾值[19]。與此一致，熱量限制的大鼠齒狀回興奮性降低，閾值升高，潛伏期延長，癲癇發(fā)作的持續(xù)時間延長。間斷的禁食可以防止興奮性毒性所致空間學(xué)習(xí)障礙，減少海馬神經(jīng)元死亡，提高相關(guān)的認知功能。最近Wang等[20]發(fā)現(xiàn)SIRT1活性降低可以增加癲癇時神經(jīng)元的死亡，而增加細胞內(nèi)NAD+水平可以減少神經(jīng)元死亡。

3 SIRT1調(diào)節(jié)物

因為需要NAD+作為協(xié)同底物，所以NAD+和尼克酰胺是SIRT蛋白的非競爭性抑制劑，但大量的其他NAD+依賴酶會因此產(chǎn)生不良反應(yīng)。Sirtinol和Splitomicin是真核細胞SIRT的有效抑制物。白藜蘆醇是其最有效最特征性的激活劑[21]。麻黃素、咖啡因、匹格列酮使脂肪細胞SIRT1 mRNA增加，ω-3脂肪酸能夠逆轉(zhuǎn)輕度腦外傷性損傷的SIRT1降低，其他植物多酚類化合物如紫鉚因(Butein)、漆樹黃酮(Fisetin)、白皮杉醇(Piceatannol)、槲皮素(Quercetin)也是調(diào)節(jié)SIRT蛋白活性的化合物。

4 結(jié) 語

在過去幾年里SIRT1在細胞和器官老化中的作用研究主要集中于蛋白的去乙酰化作用如何在能量代謝、細胞存活和壽命延長直接發(fā)揮作用。SIRT1的作用可以使哺乳動物從代謝生理上處于一個更為健康的狀態(tài)，而SIRT1功能異常與腫瘤及神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。

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(本文編輯：趙麗潔)

2014-04-23；

2014-05-12

周娜靜(1976-)，女，河北安國人，河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所講師，醫(yī)學(xué)學(xué)士，從事抗癌藥物篩選及機制研究。

*通訊作者

R345.54

A

1007-3205(2014)08-0983-04