SIRT1調(diào)控細(xì)胞衰老在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展

劉元順 應(yīng)希旺 李亞清* 周宏斌 顧超

SIRT1調(diào)控細(xì)胞衰老在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展

劉元順 應(yīng)希旺 李亞清* 周宏斌 顧超

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的以持續(xù)氣流受限為特征的可以預(yù)防和治療的疾病，氣流受限進(jìn)行性發(fā)展，與氣道和肺臟對有毒顆?；驓怏w的慢性炎性反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)。預(yù)計在2020年，COPD將成為世界上第三個最常見的死亡原因，第五位的疾病負(fù)擔(dān)［1］，我國不同城市之間COPD的患病率為5%~8%［2］。COPD已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家主要的社會和醫(yī)療負(fù)擔(dān)。COPD的疾病負(fù)擔(dān)日益增加部分原因是由于世界人口的老齡化和持續(xù)暴露于含危險因素的環(huán)境中。香煙煙霧是本病最重要的危險因素。COPD的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，目前認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制主要涉及以下方面：炎癥反應(yīng)，氧化/抗氧化失衡，蛋白酶/抗蛋白酶失衡，凋亡/抗凋亡作用，端?？s短，自噬，細(xì)胞衰老，遺傳傾向。然而，目前的治療方法不能有效地阻止肺功能的逐漸惡化以及持續(xù)的氣道和肺部炎癥的發(fā)生［3］。越來越多的證據(jù)表明COPD患者中肺臟衰老明顯加速，細(xì)胞衰老在COPD發(fā)病中起重要作用［4］，沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silent information regulator2-related enzymes 1，Sirtuin l，SIRTl）介導(dǎo)的細(xì)胞衰老參與COPD發(fā)生發(fā)展［5］，因此深刻理解SIRT1調(diào)控細(xì)胞衰老在COPD中的作用并重視對其的研究和應(yīng)用，以確定新的生物標(biāo)志物和治療靶點。

1 細(xì)胞衰老的定義、生物學(xué)特性和機(jī)制

細(xì)胞衰老是一個累積損傷相關(guān)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行性下降的過程，發(fā)生在生殖過程完成之后，增加了疾病和死亡的風(fēng)險。細(xì)胞衰老導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和功能發(fā)生一系列改變，包括細(xì)胞增殖活性的永久性喪失，稱為復(fù)制性衰老。形態(tài)上細(xì)胞體積增大［6］，形狀扁平，高爾基體變形，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少，出現(xiàn)不正常分葉核，不規(guī)則空泡狀線粒體，色素等物質(zhì)沉著，細(xì)胞膜脂過氧化。功能上細(xì)胞衰老是不可逆的生長停滯，表達(dá)衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶（senescence-associated β-galactosidase，SA-β-gal）［7］和腫瘤抑制因子p16INK4a。衰老的細(xì)胞大量分泌生長因子、細(xì)胞因子、蛋白酶和其他蛋白質(zhì)，呈現(xiàn)衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP），核灶包含DDR蛋白（DNA-SCARS/TIF）和衰老相關(guān)異染色質(zhì)聚集灶（senescence-associated heterochromatin foci，SAHF）［8］。

細(xì)胞衰老的分子機(jī)制是多因素的，包括DNA損傷的累積效應(yīng)［9］和修復(fù)功能受損［10］，核DNA的表觀遺傳修飾［11］，氧自由基的過度產(chǎn)生和蛋白質(zhì)損傷［12］，端?？s短［13］。

DNA損傷的累積效應(yīng)被認(rèn)為是細(xì)胞衰老的一個重要機(jī)制，該理論的基礎(chǔ)是細(xì)胞基因持續(xù)暴露于內(nèi)源性和外源性的損傷性介質(zhì)。這些損傷性介質(zhì)包括氧自由基（reactive oxygen species，ROS）、一氧化氮代謝物、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物、還原糖、烷化劑。如果細(xì)胞的防御修復(fù)系統(tǒng)受損不能對抗這些持續(xù)性的基因損傷，DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄功能會受到嚴(yán)重影響，激活細(xì)胞周期檢查點，尤其是p53/p21/pRb系統(tǒng)，最終導(dǎo)致暫時性或永久性細(xì)胞周期阻滯（復(fù)制性衰老）［14］。

近年來，表觀遺傳學(xué)是衰老表型的一個主要影響因素［15］。廣義上，表觀遺傳學(xué)是基因型和表型之間的橋梁，指非DNA序列變化引起的表型或基因表達(dá)發(fā)生可遺傳的變化的一種現(xiàn)象［16］。最近的研究表明特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點發(fā)生的DNA甲基化改變和重組與復(fù)制性衰老有關(guān)［17］。廣泛的核改變包括染色質(zhì)重塑作為細(xì)胞衰老的整體步驟［18］。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)松弛和衛(wèi)星DNA轉(zhuǎn)錄表明表觀遺傳影響染色體完整性，而表觀基因組的改變引起細(xì)胞衰老［19］。此外，廣泛的組蛋白去乙?；敢种苿τ诩?xì)胞衰老的發(fā)生發(fā)揮重要的表觀遺傳作用。氧化性修飾蛋白質(zhì)的積累是細(xì)胞衰老的特點。蛋白質(zhì)氧化性損傷分為主鏈和側(cè)鏈的氧化［20］，由活性氧（超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），過氧化氫和羥基自由基）和活性氮（一氧化氮和過氧亞硝基陰離子）引起。最近的研究表明ROS通過p21誘導(dǎo)DNA損傷灶介導(dǎo)細(xì)胞衰老［21］。

人類細(xì)胞有限增殖，部分原因是染色體末端端粒的喪失。端粒長度是細(xì)胞復(fù)制能力的敏感預(yù)測指標(biāo)［22］。端粒消耗與細(xì)胞衰老有關(guān)［23］。DNA聚合酶在端粒是單向的，不能合成新的DNA鏈，此外，大部分細(xì)胞不表達(dá)具有維持端粒序列長度的端粒酶，隨著細(xì)胞有絲分裂，一旦端?？s短至臨界長度，引發(fā)持久的DNA損傷反應(yīng)（DNA damage response，DDR），包括p53的活化，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和復(fù)制性衰老。

2 Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞（typeⅡalveolar epithelial cells，AECⅡ）

肺泡上皮細(xì)胞主要由Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞（typeⅠalveolar epithelial cells，AECⅠ）和AECⅡ組成。AECⅡ約占肺實質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的16%，但僅覆蓋肺泡總面積的5%；AECⅠ數(shù)量僅為AECⅡ的一半，卻覆蓋著肺泡總面積的95%。AECⅡ是AECⅠ的祖細(xì)胞。AECⅡ不僅可通過有絲分裂補充自身數(shù)量，還可分化為AECⅠ、合成和分泌肺泡表面活性物質(zhì)、維持肺泡內(nèi)外液體平衡等［24］。因此，AECⅡ數(shù)量與功能穩(wěn)定對于維持肺泡的正常結(jié)構(gòu)和功能均具有重要意義。Li等［25］研究表明：香煙煙霧誘導(dǎo)的肺氣腫大鼠肺泡腔擴(kuò)大，單位面積平均肺泡數(shù)減少，AECⅡ凋亡水平增加；羊水間充質(zhì)干細(xì)胞（rat amniotic fluid-derived mesenchymal stromalcells，rAF-MSCs）移植至肺氣腫大鼠肺內(nèi)后定向分化為AECⅡ、其表面活性蛋白C（surfactant protein C，SPC）表達(dá)及單位面積平均肺泡數(shù)增加。因此，干細(xì)胞移植，修復(fù)損傷的肺組織、使丟失的AECⅡ再生將來可能成為治療COPD的一種新方法。

3 3SIRT1在COPD發(fā)生發(fā)展中的作用

sirtuins是Ⅲ型組蛋白去乙?；?，其家族成員包括SIRT1-7，其中SIRT1與酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2（silentinformation regulator 2，Sir2）同源性最高［26］。Sir2是一種NAD+依賴性蛋白去乙?；福裳娱L酵母、線蟲及果蠅等多種生物的壽命。SIRT1則被稱為人類長壽基因。SIRT1不僅對H1、H3、H4組蛋白去乙?；?，同時還可對p53、叉頭框蛋白O（forkhead box protein O，F(xiàn)OXO）等多種非組蛋白進(jìn)行去乙?；?，在基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞衰老及能量代謝中起著重要作用［27］。有研究表明：COPD患者及吸煙者外周肺組織細(xì)胞核內(nèi)SIRT1水平顯著降低［28］；SIRT1水平下降促進(jìn)COPD患者內(nèi)皮祖細(xì)胞衰老及功能異常［5］。且COPD患者肺組織SIRT1水平的下降使吸煙誘導(dǎo)的組織金屬蛋白酶抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）-1乙?；饔迷鰪?qiáng)，導(dǎo)致TIMP-1/MMP-9平衡失調(diào)，促進(jìn)肺組織損傷［29］。因此SIRT1參與COPD進(jìn)展過程，但其在COPD中調(diào)控細(xì)胞衰老的作用仍需進(jìn)一步研究。

4 lncRNA介導(dǎo)的SIRT1信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控細(xì)胞衰老的研究現(xiàn)狀

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是真核生物中一類長度>200個核苷酸、無長閱讀框架、但多具有mRNA結(jié)構(gòu)特征的RNA［30］。近年來發(fā)現(xiàn)lncRNA在多個水平調(diào)控基因表達(dá)，在胚胎發(fā)育、細(xì)胞衰老等過程中起著重要調(diào)控作用［31-32］。迄今為止，直接參與調(diào)控SIRT1表達(dá)的lncRNA的神秘面紗仍未揭曉。2013年Abdelmohsen等首次報道：在增殖期人胚肺二倍體成纖維細(xì)胞（WI-38HDFs）中，SAL-RNA2（Sescence-associated lncRNA2，XLOC-025931）和SAL-RNA3（XLOC-025918）呈低表達(dá)，SAL-RNA1（XLOC-023166）呈高表達(dá)；在衰老的WI-38HDFs中SALRNA1呈低表達(dá)，SAL-RNA2和SAL-RNA3呈高表達(dá)，同時SIRT1表達(dá)水平顯著下降，p21和p53蛋白表達(dá)升高。且降低SAL-RNA1水平可增加WI-38HDFs衰老性狀，而SAβgal的活性及p53的表達(dá)水平顯著增加［33］。然而SAL-RNA1是否在SIRT1信號網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)的細(xì)胞衰老中起到關(guān)鍵性調(diào)控作用仍不清楚，SAL-RNA1在AECⅡ衰老中的作用亦需進(jìn)一步研究。

5 討論

COPD居全球死亡原因的第4位。小氣道阻塞、肺彈性組織降解、肺泡結(jié)構(gòu)破壞和丟失及氣腔擴(kuò)大是COPD患者的特征性病理表現(xiàn)，同時也是肺功能進(jìn)行性下降的關(guān)鍵因素。目前仍無一種藥物能改善COPD患者肺功能長期下降的趨勢。而細(xì)胞衰老在COPD患者中加速，并促進(jìn)COPD進(jìn)展。過早細(xì)胞衰老會顯著影響肺部祖細(xì)胞功能，使其失去組織修復(fù)功能，導(dǎo)致干細(xì)胞耗竭、肺組織損傷。SIRT1調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，慢性炎癥，是細(xì)胞衰老、早衰［34］、COPD［35-36］發(fā)生和發(fā)展的重要反應(yīng)。因此，深入研究SIRT1調(diào)控AECⅡ衰老在COPD中的作用，可揭示促進(jìn)COPD發(fā)展的機(jī)制，為COPD治療提供新的藥物靶點。

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國家自然科學(xué)基金資助項目（81470241）

310053 浙江中醫(yī)藥大學(xué)（劉元順 應(yīng)希旺）

310014浙江省人民醫(yī)院（李亞清 周宏斌）

314000浙江省嘉興市第一醫(yī)院（顧超）

*通信作者