SIRT1調(diào)控氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

劉 旺，周琴怡，莫志勇，李 峰

(南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院，湖南省衡陽市 421002)

氧化應(yīng)激被認(rèn)為是損傷細(xì)胞的重要因素，通常是由活性氧(reactive oxygen species，ROS)過度生成所致。在生理情況下，ROS產(chǎn)生水平很低，并可被內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)清除，而當(dāng)人體暴露在氧化應(yīng)激環(huán)境下，體內(nèi)產(chǎn)生ROS超過內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)能力時，隨后導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而表現(xiàn)為各種臨床疾病，包括：認(rèn)知障礙、精神障礙、退行性疾病以及心、腦、肺、肝等臟器疾病。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator of transcription 1，SIRT1)是一種保守的、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的Ⅲ類組蛋白去乙?；?。近年來研究表明，SIRT1在抗氧化應(yīng)激損傷中發(fā)揮重要作用，其機(jī)制可能與其去乙酰化作用于不同靶基因、靶蛋白有關(guān)。本文從SIRT1的生物學(xué)功能、SIRT1調(diào)控不同靶基因、靶蛋白抗氧化應(yīng)激損傷方面進(jìn)行綜述，了解SIRT1在抗氧化應(yīng)激損傷機(jī)制的作用，更好地將SIRT1作為一個靶點服務(wù)于臨床氧化應(yīng)激相關(guān)疾病。

1 SIRT1的生物學(xué)功能

Sirtuin家族于2000年首次在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)，由于其可調(diào)控原核及真核生物的重要代謝途徑，從而參與了細(xì)胞存活、衰老、增殖、凋亡、DNA修復(fù)、細(xì)胞代謝和氧化應(yīng)激等多種生物學(xué)過程[1]。目前公認(rèn)的家族成員包括：SIRT1～7，其中SIRT1最具有代表性，因而研究最多。SIRT1是一種去乙?；?，基因主要定位于染色體10q22.1，全長為33 660 bp，可編碼相對分子質(zhì)量約為120 kDa的蛋白，其結(jié)構(gòu)主要由N-末端、催化核心、別構(gòu)部位、C-末端四部分組成，其中別構(gòu)部位和催化核心構(gòu)成了SIRT1的活性中心，具有去乙酰化作用。目前多項研究表明，SIRT1可通過調(diào)控細(xì)胞核因子(nuclear factor-κB，NF-κB)[2]、叉頭轉(zhuǎn)錄因子1(forkhead box class O1，F(xiàn)OXO1)[3]、P53[4]、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PGC-1α)[5]、核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)[6]、缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)[7]、腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK)[8]、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric synthase，eNOS)[9]、Ku70[10]、P66Shc[11]等多種靶基因、靶蛋白(圖1)，進(jìn)而在氧化應(yīng)激損傷中發(fā)揮重要作用。SIRT1也參與了細(xì)胞凋亡和衰老、基因轉(zhuǎn)錄、新陳代謝等多種生理功能的調(diào)節(jié)。

圖1 SIRT1抗氧化應(yīng)激損傷的作用示意圖SIRT1通過作用于不同靶基因、靶蛋白，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激損傷的作用。

2 SIRT1調(diào)控不同靶基因、靶蛋白抗氧化應(yīng)激損傷

2.1 SIRT1調(diào)控NF-κB

NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，由p50，p52，RelA/p65，cRel和RelB五個亞基組成，與DNA特異序列的結(jié)合來調(diào)節(jié)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄[12]，從而在調(diào)控氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞周期、凋亡中發(fā)揮重要作用?；罨腘F-κB因子可激活炎癥因子，對人體造成損傷，同時又可促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，損傷組織器官且進(jìn)一步促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)。在正常情況下，NF-κB與其抑制性蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB, IκBα)在胞質(zhì)結(jié)合形成無活性復(fù)合物，當(dāng)受到刺激時，IκB激酶使IκBα磷酸化而釋放NF-κB，然后活化的NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，與相應(yīng)的啟動子基因靶點結(jié)合促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。Li等[2]研究表明，SIRT1可去乙?；疪elA/p65，使NF-κB與IκBα結(jié)合，抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，從而減少炎癥因子的表達(dá)。因此，本文認(rèn)為SIRT1可通過去乙?；种芅F-κB的轉(zhuǎn)錄活性，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.2 SIRT1調(diào)控FOXO1

叉頭轉(zhuǎn)錄因子家族(forkhead box class Os,FOXOs)在哺乳動物內(nèi)主要有四種，分別為：FOXO1、FOXO3、FOXO4、FOXO6。其結(jié)構(gòu)由高度保守的叉頭DNA結(jié)合區(qū)、DNA結(jié)合區(qū)下游核定位信號區(qū)、N端的核輸出序列叉頭區(qū)及高度無序區(qū)四個部分組成，其活性受到磷酸化、乙?；⒎核鼗榷喾N方式調(diào)節(jié)。研究表明FOXO1可通過調(diào)控下游靶基因如：錳超氧歧化物酶(Mn-superoxide dismutase，Mn-SOD)、過氧化氫酶等，清除過量的ROS，從而減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[13]。Yao等[3]研究表明，SIRT1可通過去乙酰化激活FOXO1，減輕H2O2所致的細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，抑制成骨細(xì)胞凋亡。因此，本文認(rèn)為SIRT1可通過去乙酰化激活FOXO1而抗氧化應(yīng)激損傷。此外，在Xiong等[14]的研究中表明FOXO1亦可提高SIRT1的表達(dá)水平。可見其自身反饋可能參與了FOXO1依賴的SIRT1轉(zhuǎn)錄和SIRT1介導(dǎo)的FOXO1去乙?；?。

2.3 SIRT1調(diào)控P53

P53是一種應(yīng)激反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子，同時也是一種重要腫瘤抑制因子，在細(xì)胞周期、凋亡、自噬、氧化應(yīng)激、DNA復(fù)制等方面發(fā)揮重要作用。P53可通過調(diào)節(jié)不同靶蛋白如：P53誘導(dǎo)蛋白、還原型煙酰胺腺嘌呤雙核苷酸磷酸(nicotinamide)的胞質(zhì)亞單位NCF2/p67phox、p66Shc、Bax等促進(jìn)氧化應(yīng)激損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[15]。Kim等[16]研究發(fā)現(xiàn)，H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激環(huán)境增加了P53基因的表達(dá)和積累，而SIRT1的激活降低了P53的活性。Lin等[4]的研究證實，SIRT1可通過去乙?；疨53，抑制P53活化，從而保護(hù)腎小管細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，減少細(xì)胞凋亡。因此，SIRT1可通過去乙?；种芇53活性，減少氧化應(yīng)激損傷所致的細(xì)胞凋亡，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.4 SIRT1調(diào)控PGC-1α

PGC-1α是過氧化物酶體增殖活化受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR-γ)的輔助活化因子，其結(jié)構(gòu)主要由N-末端、活性區(qū)域、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、C-末端四部分組成。PGC-1α在抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，其活性受到磷酸化、乙酰化、泛素化等多種方式調(diào)節(jié)[17]。研究表明，PGC-1α可能通過清除過量ROS、誘導(dǎo)抗氧化酶的表達(dá)、以及維持線粒體功能等發(fā)揮抗氧化應(yīng)激損傷[18]。Tang[5]的研究發(fā)現(xiàn)SIRT1可通過去乙?；疨GC-1α而發(fā)揮調(diào)節(jié)代謝紊亂作用，減輕外界刺激所致的細(xì)胞損傷。Liang等[19]研究表明，SIRT1通過去乙酰化激活PGC-1α，清除氧化應(yīng)激導(dǎo)致的ROS，減輕腸道氧化應(yīng)激損傷。因此，SIRT1可通過去乙?；せ頟GC-1α的表達(dá)，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.5 SIRT1調(diào)控Nrf2

Nrf2是一種亮氨酸轉(zhuǎn)錄因子，由Neh 1-6六個結(jié)構(gòu)域組成，在抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)依賴的防御基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著極其重要的作用。在生理情況下，Nrf2在胞質(zhì)與抑制蛋白Keap1結(jié)合并以無活性的Nrf2-Keap1復(fù)合物形式存在，而當(dāng)受到刺激時，Nrf2與Keap1解離進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與ARE相互作用，調(diào)節(jié)抗氧化基因如：谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione stransferase，GST)、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、血紅素氧合酶等的表達(dá)，從而抗氧化應(yīng)激損傷[20]。Tang等[6]研究表明，SIRT1可通過去改變Keap1的結(jié)構(gòu)來激活Nrf2，導(dǎo)致Nrf2核轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)抗氧化基因的表達(dá)。此外，Huang等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇通過增加SIRT1的表達(dá)，可直接促進(jìn)Nrf2的去乙?；碗S后的激活，最終導(dǎo)致Nrf2靶基因的上調(diào)以及更高的抗氧化能力。因此，SIRT1可通過直接或間接作用激活Nrf2，調(diào)節(jié)抗氧化基因表達(dá)，進(jìn)而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.6 SIRT1調(diào)控HIF-1α

缺氧誘導(dǎo)因子家族(hypoxia induceble factor，HIF)包括HIF1、HIF2、HIF3三種，當(dāng)組織缺氧處于氧化應(yīng)激、炎癥狀態(tài)時，HIF表達(dá)增高。HIF可調(diào)節(jié)多種靶基因如：促紅細(xì)胞生成素、血管內(nèi)皮生長因子以及各種糖酵解酶，從而在血管形成、能量代謝、細(xì)胞存活、凋亡、維持細(xì)胞在缺氧條件的穩(wěn)定性上發(fā)揮重要作用[22]。研究表明，HIF-1α的激活與氧化應(yīng)激有關(guān)，可通過直接或間接作用調(diào)節(jié)ROS的形成[23]。目前，SIRT1調(diào)控HIF1在缺血再灌注誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激中研究較多。Shin等[7]在研究中發(fā)現(xiàn)，SIRT1升高后HIF-1α乙酰化水平降低，且當(dāng)敲低SIRT1后，HIF-1α乙?；矫黠@升高，說明SIRT1通過調(diào)控HIF-1α乙?；絹砜垢闻K缺血再灌注損傷。因此，SIRT1可通過調(diào)控HIF-1α，在氧化應(yīng)激中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

2.7 SIRT1調(diào)控AMPK

AMPK即AMP活化蛋白激酶，其活性是代謝動態(tài)平衡的主要調(diào)節(jié)因子，常在缺血、缺氧等氧化應(yīng)激條件下被激活。AMPK可被肝臟激酶B1(liver kinase B1，LKB1)激活，激活后的AMPK可通過促進(jìn)胰島素敏感性、脂肪酸氧化和線粒體生物合成，產(chǎn)生ATP，從而減輕氧化應(yīng)激損傷。研究表明SIRT1的過表達(dá)可導(dǎo)致LKB1的去乙酰化，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，從而激活A(yù)MPK[24]。Wang等[8]的實驗表明SIRT1激動劑SRT1720通過上調(diào)SIRT1可增加AMPK的表達(dá)，提高2型糖尿病大鼠抗氧化能力。由此可見，SIRT1可通過調(diào)控LKB1進(jìn)而激活A(yù)MPK，從而抗氧化應(yīng)激損傷，促進(jìn)細(xì)胞存活。此外，有研究表明，SIRT1與AMPK是可以相互調(diào)節(jié)的，而且兩者可分別通過乙酰化和磷酸化直接影響PGC-1α的活性[25]，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激損傷作用。

2.8 SIRT1調(diào)控eNOS

eNOS主要在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，在心臟、血管氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用，其機(jī)制主要是通過產(chǎn)生一氧化氮(nitric oxide，NO)和抑制ROS的生成。而在氧化應(yīng)激環(huán)境中eNOS功能發(fā)生障礙，導(dǎo)致ROS的生成增多，抑制NO的生物活性且不再產(chǎn)生NO。研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在調(diào)節(jié)eNOS活性中起重要作用，通過上調(diào)SIRT1可以降低eNOS乙?；?失活狀態(tài))，增強(qiáng)eNOS磷酸化(激活狀態(tài))[9]。而且在目前各種缺血再灌注模型中，SIRT1/eNOS通路的激活已被證明能抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而改善缺血再灌注損傷。如：Li等[26]的體內(nèi)外實驗表明，通過激活SIRT1/eNOS通路可減少ROS的產(chǎn)生，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，改善心肌缺血再灌注損傷。此外，在Guo等[27]的研究中發(fā)現(xiàn)激活SIRT1/eNOS通路可抑制H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。因此，SIRT1可通過去乙酰化激活eNOS，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.9 SIRT1調(diào)控Ku70

Ku70是一種DNA修復(fù)蛋白，參與各種刺激所致的DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞凋亡等。各種氧化應(yīng)激損傷都可能導(dǎo)致DNA損傷。Takata等[28]研究表明，在通過輻射直接或間接氧化應(yīng)激導(dǎo)致的DNA損傷后，Ku70蛋白表達(dá)明顯升高，表明Ku70在輻射所致的DNA損傷過程中密切相關(guān)。Jeong等[10]在對輻射誘導(dǎo)的DNA損傷研究中發(fā)現(xiàn)，SIRT1通過去乙?；疜u70，增強(qiáng)了輻射后DNA修復(fù)活性。此外，在生理條件下，促凋亡蛋白Bax與Ku70相結(jié)合，當(dāng)受到氧化刺激時，Ku70發(fā)生乙酰化，兩者發(fā)生解離，然后解離后的Bax定位線粒體膜，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究表明[29]，SIRT1可使Ku70去乙酰化，使其與Bax的相互作用加強(qiáng)，進(jìn)而減少Bax轉(zhuǎn)移到線粒體膜上而減少大鼠生殖細(xì)胞凋亡，從而減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷。因此，SIRT1可通過去乙酰化調(diào)控Ku70，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

2.10 SIRT1調(diào)控p66Shc

p66Shc是哺乳動物原癌基因ShcA蛋白家族一員，由于具有發(fā)揮氧化還原酶作用的膠原增殖學(xué)結(jié)構(gòu)，因而在線粒體ROS的產(chǎn)生和對氧化應(yīng)激信號的凋亡反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)p66Shc可通過激活NADPH氧化酶、下調(diào)抗氧化酶表達(dá)以及促進(jìn)線粒體產(chǎn)生ROS等機(jī)制來增加細(xì)胞ROS水平，從而導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[30]。Chen等[31]發(fā)現(xiàn)當(dāng)SIRT1被抑制或敲除時，在氧化應(yīng)激條件下，p66Shc的mRNA及蛋白表達(dá)升高，而SIRT1過表達(dá)時則抑制了p66Shc的上調(diào)。Zhou等[32]發(fā)現(xiàn)，SIRT1對P66Shc表達(dá)的調(diào)控主要是通過去乙酰化P66Shc啟動子區(qū)域，從而抑制P66Shc的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。此外，Yan等[11]發(fā)現(xiàn)P66Shc的表達(dá)與SIRT1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，且SIRT1介導(dǎo)的P66Shc表達(dá)抑制可以減輕肝臟缺血再灌注損傷。這些實驗結(jié)果表明，P66Shc是SIRT1的靶點，其表達(dá)可以通過SIRT1的上調(diào)而降低。因此，SIRT1可通過去乙?；{(diào)控P66Shc，從而抗氧化應(yīng)激損傷。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，SIRT1可通過調(diào)控多種不同靶基因、靶蛋白，減輕各種氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞、組織損傷，從而參與機(jī)體的多種生理病理過程，在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。但氧化應(yīng)激損傷是一個復(fù)雜的病理過程，其機(jī)制龐大而復(fù)雜，除了受到SIRT1影響之外，還受到其他因素的影響，各種抗氧化應(yīng)激損傷機(jī)制間相互聯(lián)系，相互調(diào)節(jié)，且目前已知的激活SIRT1表達(dá)的化合物較少。因此，未來應(yīng)該更加深入了解SIRT1抗氧化應(yīng)激損傷的具體分子機(jī)制，完全闡明SIRT1的作用，并開發(fā)能夠調(diào)節(jié)其作用的藥物，這對于治療臨床氧化應(yīng)激所致相關(guān)疾病具有重要的意義。