王 悅，劉率男，申竹芳

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥物研究所 天然藥物活性物質(zhì)與功能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100050)

線粒體是參與細(xì)胞內(nèi)能量代謝、信號(hào)通路傳遞及凋亡等過(guò)程的重要細(xì)胞器。其主要生理作用是維持氧化磷酸化過(guò)程、保持氧自由基正常水平以及維持其自身穩(wěn)態(tài)[1]，線粒體功能與維持正常細(xì)胞狀態(tài)密切相關(guān)。蛋白翻譯后修飾是蛋白功能調(diào)控的重要手段之一，其中賴(lài)氨酸殘基是一系列翻譯后修飾過(guò)程的主要作用位點(diǎn)，較為常見(jiàn)的翻譯后修飾形式為?；?，包括乙酰化、琥珀?；捅；萚2]，以上幾種?；揎椥问骄艿絊irtuin蛋白家族直接調(diào)控[3]。

Sirtuin(或Sir2，Silent information regulator 2 family)為高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴(lài)的去乙酰化酶及單個(gè)ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶[4]。哺乳動(dòng)物中共存在7種Sirtuin蛋白(Sirt1-7)，其亞細(xì)胞分布有所差異。線粒體中主要有SIRT3、SIRT 4 及SIRT5 三種亞型[5-6]，SIRT5 恰好位于線粒體內(nèi)能量代謝的交叉點(diǎn)，可同時(shí)感知細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)以及代謝需求。另外，SIRT5的乙酰基供體分子，包括乙酰輔酶A、丙二酰輔酶A 以及琥珀酰輔酶A 等，均是能量代謝過(guò)程中的重要組分[7]。除賴(lài)氨酸乙?；?，SIRT5 催化的蛋白去琥珀?；采婕暗蕉喾N代謝過(guò)程中關(guān)鍵酶的翻譯后修飾(如氨基酸降解、三羧酸循環(huán)及脂肪酸代謝)[8-9]。

隨著對(duì)SIRT5 可能參與的代謝環(huán)節(jié)及生理功能的深入挖掘，其調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)的潛在作用逐漸為人們所關(guān)注。本文將對(duì)已報(bào)道的SIRT5在線粒體能量、物質(zhì)代謝中及細(xì)胞氧化應(yīng)激、凋亡過(guò)程中的調(diào)控作用作一綜述。

1 SIRT5在能量代謝中的作用

SIRT5 具有去琥珀酰化作用，對(duì)呼吸鏈復(fù)合物V(respiratory chain complex V)中寡霉素敏感相關(guān)蛋白(oligomycin sensitivity conferring protein，OSCP)亞基上存在的多個(gè)琥珀?；稽c(diǎn)具有調(diào)控作用[10]。此外，SIRT5 還可通過(guò)調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(pyruvate dehydrogenase complex，PDHC)和琥珀酸脫氫酶復(fù)合物(succinate dehydrogenase complex subunit A，SDHA)的生物活性，調(diào)控細(xì)胞的呼吸作用[9]。

針對(duì)小鼠模型進(jìn)行的蛋白組學(xué)研究證明，賴(lài)氨酸乙?；扮牾；痊F(xiàn)象存在于細(xì)胞及核蛋白中[11]，并且可能對(duì)于線粒體外胞內(nèi)蛋白翻譯后修飾具有一定調(diào)控作用。SIRT5 敲除小鼠肝臟中的PDHC 以及小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(mouse embryo fibroblast，MEF)中的SDHA 均發(fā)生過(guò)琥珀?；S后在體外實(shí)驗(yàn)中證明SIRT5 可抑制PDHC 活性;與此同時(shí)，人類(lèi)胚胎腎細(xì)胞中也得到證明，SIRT5 對(duì)于PDHC 以及SDHA 酶活性具有負(fù)調(diào)控作用。上述研究均表明，SIRT5 可通過(guò)去琥珀酰化作用調(diào)控能量代謝相關(guān)酶。

2 SIRT5在物質(zhì)代謝中的作用

目前，已知的SIRT5 去乙?；械鞍锥嗌婕爸舅岽x、酮體生成、TCA 循環(huán)以及ATP 合成等代謝相關(guān)通路。SIRT5 敲除小鼠會(huì)發(fā)生脂肪酸氧化過(guò)程障礙，肝臟和骨骼肌中脂肪酸氧化代謝中間產(chǎn)物蓄積;另外，在禁食條件下，SIRT5 敲除會(huì)導(dǎo)致肝臟酮體生成減少，并出現(xiàn)羥甲基戊二酰輔酶A 合成酶2(hydroxymethylglutaryl CoA synthase 2，HMGCS2)的高琥珀?；?。目前研究認(rèn)為，SIRT5 參與調(diào)控多種代謝相關(guān)分子，其間相互影響，相互作用，對(duì)于機(jī)體維持能量和物質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)具有重要作用。

2.1 SIRT5 與尿素循環(huán)

除具有較弱的去乙?；钚砸酝?，SIRT5 針對(duì)氨甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase 1，CPS1)還存在去琥珀?；叭ケ；倪x擇性作用。CPS1 在相同賴(lài)氨酸殘基(K44、K287 和K1291)上，既存在乙?；?，又有琥珀?；瘍煞N翻譯后修飾方式，SIRT5 敲除后僅導(dǎo)致K1291位琥珀?；缴险{(diào)，但并不影響K44 及K287的琥珀酰化以及3個(gè)位點(diǎn)的乙酰化水平，提示SIRT5 對(duì)蛋白的修飾作用可能具有一定選擇性。

除上述作用外，SIRT5 還具有一種全新蛋白翻譯后修飾方式，即賴(lài)氨酸去戊二?；，F(xiàn)已知CPS1 也是SIRT5 賴(lài)氨酸去戊二?；揎椀陌械鞍字籟12]，至此，究竟CPS1的激活來(lái)源于SIRT5的哪一種修飾方式?是翻譯后修飾還是涉及到其他乙?；?lài)氨酸作用位點(diǎn)，其調(diào)節(jié)作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

2.2 SIRT5 與脂肪酸代謝

SIRT5在某些特定的線粒體蛋白賴(lài)氨酸殘基去丙二?；^(guò)程中起到重要作用，并且可通過(guò)去丙二酰化作用抑制丙二酰輔酶A的活性[13]。丙二酰輔酶A 參與脂肪酸生物合成以及酮體生成，而胞內(nèi)丙二酰輔酶A 含量與可逆羧化反應(yīng)密切相關(guān)。丙二酰輔酶A 由胞漿內(nèi)乙酰輔酶A 羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)或人源細(xì)胞線粒體內(nèi)丙酰輔酶A去羧化酶催化乙酰輔酶A(malonyl-CoA decarboxylase，MCD)產(chǎn)生[14]。MCD 可通過(guò)脫羧作用將胞漿和線粒體內(nèi)的丙二酰輔酶A 轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A[15]。除了充當(dāng)脂肪酸生物合成的前體物質(zhì)以外，丙二酰輔酶A 還可通過(guò)抑制線粒體內(nèi)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶活性(carnitine palmitoyl transferase 1，CPT1)，下調(diào)脂肪酸氧化[16]。因此，SIRT5 通過(guò)去丙二?；饔每山獬］o酶A 對(duì)于脂肪酸氧化分解代謝的抑制作用，從而促進(jìn)脂肪酸氧化。

3 SIRT5在細(xì)胞氧化應(yīng)激及凋亡中的作用

3.1 SIRT5 與細(xì)胞氧化應(yīng)激

SIRT5 可調(diào)節(jié)Cu/Zn 超氧化物歧化酶1(SOD1)的活性。SOD1是一種重要抗氧化酶，SOD1 缺乏與多種人類(lèi)疾病相關(guān)。SOD1 經(jīng)過(guò)琥珀酰化修飾后活性降低，而SIRT5 與其結(jié)合則可使SOD1 去琥珀?；M(jìn)而激活SOD1。當(dāng)SOD1 與SIRT5 共表達(dá)時(shí)，可明顯增強(qiáng)SOD1 調(diào)控的ROS 消除效應(yīng)。另外，SOD1 琥珀酰化位點(diǎn)突變可以抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)[17]，該研究提示，SIRT5 對(duì)于氧化應(yīng)激條件下的細(xì)胞可能具有一定的保護(hù)作用，屬于一種細(xì)胞保護(hù)因子。

3.2 SIRT5 與細(xì)胞凋亡

氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的大鼠心肌細(xì)胞凋亡模型中，SIRT5表達(dá)水平顯著降低[18]，過(guò)表達(dá)SIRT5 對(duì)于H2O2誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡具有保護(hù)作用，并且這種抗凋亡作用與SIRT5 和Bcl-XL 之間的相互作用密切相關(guān)。SIRT5在胞內(nèi)與細(xì)胞色素C 共定位，并且具有細(xì)胞色素C 去乙?；饔茫赡芘c其抗凋亡功能相關(guān)[19]，但SIRT5 對(duì)于細(xì)胞色素C的去乙?；饔檬欠駮?huì)對(duì)線粒體呼吸鏈產(chǎn)生影響?尚待進(jìn)一步研究。

人類(lèi)SIRT5 具有酶活性相關(guān)的多態(tài)性[20-21]，SIRT5 啟動(dòng)子區(qū)域的基因多態(tài)性可導(dǎo)致基因表達(dá)水平下降。由于SIRT5 突變基因與頸動(dòng)脈斑塊(動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)志物)相關(guān)，SIRT5 基因突變可能提高動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)[22]。

圖1 SIRT5 上游及下游調(diào)節(jié)蛋白Fig1 Downstream and upstream signal proteins of SIRT5

4 線粒體蛋白對(duì)于SIRT5的調(diào)控作用

除上述SIRT5 對(duì)代謝相關(guān)因子活性的調(diào)節(jié)外，SIRT5 自身的表達(dá)水平或活性也受到線粒體中其他因子的調(diào)節(jié)。在小鼠原代肝細(xì)胞內(nèi)，過(guò)表達(dá)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔助活化因子1(peroxysome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PPARγ coactivator 1α，PGC-1)可通過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxysome proliferator-activated receptor α，PPARα)及雌激素相關(guān)受體α(ERRα)上調(diào)SIRT5的mRNA 及蛋白表達(dá)水平;同時(shí)，過(guò)表達(dá)AMPK 則可下調(diào)SIRT5的mRNA表達(dá)水平。過(guò)表達(dá)SIRT5 可使HepG2細(xì)胞ATP 合成以及氧消耗量增加，但不影響線粒體生物合成過(guò)程。

5 展望

目前已報(bào)道SIRT5 參與多個(gè)代謝通路，即線粒體中氧化還原反應(yīng)、酮體合成、尿素循環(huán)以及細(xì)胞凋亡及增殖過(guò)程。各通路涉及到的SIRT5 靶蛋白如圖1所示。

SIRT5 可對(duì)特定線粒體蛋白中不同賴(lài)氨酸殘基進(jìn)行多種翻譯后修飾，是能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的潛在作用因子之一。除去乙?；?，其對(duì)賴(lài)氨酸殘基的去丙二酰化、去琥珀酰化以及去戊二?；矠榫€粒體功能和代謝穩(wěn)定性調(diào)控提供了全新視角。線粒體內(nèi)SIRT5 對(duì)于多種代謝酶的調(diào)控可能引發(fā)細(xì)胞內(nèi)多種翻譯后修飾發(fā)生相互作用，從而使線粒體內(nèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)具備精確調(diào)控多種關(guān)鍵酶的能力。

現(xiàn)已明確，線粒體蛋白翻譯后修飾的動(dòng)態(tài)變化將影響能量代謝過(guò)程，而線粒體內(nèi)Sirtuin 活性與線粒體內(nèi)代謝及氧化還原過(guò)程密切相關(guān)。但迄今為止大多數(shù)研究都依賴(lài)于基因敲除小鼠模型，即只體現(xiàn)某一特定條件下的代謝表型，具有一定的孤立性;另外，從蛋白質(zhì)組研究中獲得并已鑒定的SIRT5的大量靶蛋白，也需要在分子層面進(jìn)一步得到驗(yàn)證及鑒定，如其調(diào)節(jié)?；揎椆δ軐?duì)于目的蛋白活性的影響，及其對(duì)代謝底物的后續(xù)效應(yīng)等。

綜上所述，線粒體SIRT5 蛋白可對(duì)機(jī)體代謝過(guò)程或線粒體能量利用過(guò)程產(chǎn)生有益調(diào)節(jié)，或可成為細(xì)胞物質(zhì)、能量代謝的重要調(diào)節(jié)因子，這無(wú)疑將為治療代謝性疾病(如肥胖和2型糖尿病)提供新的靶點(diǎn)和研究思路。

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