張 藝，邱 珍，夏中元

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院麻醉科，武漢 430060)

沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silence information regu-lator 1，SIRT1)是哺乳動物沉默信息調(diào)節(jié)因子sir2(silent information regulator 2)超蛋白家族的成員之一，是依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的組蛋白去乙酰酶[1]。隨著世界人口老齡化的加重，神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率逐年升高。中國神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率較高，其中最高的阿爾茨海默病預(yù)計到2020年、2030年、2040年及2050年患病人數(shù)將分別達(dá)到1450萬、2075萬、2687 萬、3003萬[2]。神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，目前仍缺乏有效的治療手段。闡明神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制是預(yù)防和治療此類疾病的基礎(chǔ)，對降低人口老齡化導(dǎo)致的醫(yī)療成本、提高老年人的生活質(zhì)量具有重要意義。SIRT1因具有限制能量代謝及延長壽命的作用而被研究人員所重視。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1在神經(jīng)元的發(fā)生、發(fā)展，正常神經(jīng)功能維持以及神經(jīng)元的保護(hù)中發(fā)揮重要作用[3]。有研究表明，SIRT1通過調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞凋亡減輕神經(jīng)退行性疾病造成的損傷[4]，神經(jīng)細(xì)胞凋亡可能是研究神經(jīng)退行性疾病的新方向?，F(xiàn)就SIRT1對神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響及作用機(jī)制予以綜述。

1 SIRT1概述

1986年，Ivy等[5]從酵母菌中發(fā)現(xiàn)了一種與細(xì)胞壽命相關(guān)的基因，并將其命名為Sir2。哺乳動物有7個sirtuins旁系同源物，分別是SIRT1～7，其中SIRT1與酵母Sir2同源性最高，是研究最多的sirtuin，并且在大腦中的表達(dá)水平較其他器官高[6-7]。

人類SIRT1編碼基因定位于染色體10q22.1，基因長度為33 kb，包含9個外顯子和8個內(nèi)含子，在5′端和3′端分別有1個53 bp和1 793 bp的非翻譯區(qū)，編碼一種含有500個氨基酸殘基的蛋白，翻譯后的蛋白產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量約為62 000[8]。SIRT1定位于細(xì)胞核內(nèi)，其脫乙?；钚缘陌l(fā)揮需要煙酰胺腺嘌呤二核苷酸作為必要的輔助因子。

研究表明，SIRT1通過去乙?；浒械鞍兹鏿53、胰島素受體底物2(insulin receptor substrate 2,IRS-2)、叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子O(forkhead box transcription factor O，F(xiàn)OXO)、核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)等參與多種生物學(xué)過程，如氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、葡萄糖和脂質(zhì)代謝、細(xì)胞自噬、細(xì)胞有絲分裂、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞增殖、細(xì)胞衰老以及細(xì)胞凋亡代謝等[9-11]，并參與多種疾病如神經(jīng)退行性變、代謝性疾病、心血管疾病等的發(fā)生發(fā)展[12-14]。

2 神經(jīng)細(xì)胞凋亡概述

細(xì)胞凋亡,又稱為程序性細(xì)胞死亡，是宿主抵抗病原體入侵的必不可少的防御機(jī)制[15]。細(xì)胞凋亡受嚴(yán)格調(diào)控，可由多種刺激引發(fā)，如正常發(fā)育、病原體感染以及導(dǎo)致細(xì)胞功能破壞的若干因素[16]。凋亡細(xì)胞表現(xiàn)出特征性的形態(tài)學(xué)異常，包括染色質(zhì)濃縮、核碎裂、膜起泡以及凋亡小體形成。細(xì)胞凋亡通常通過內(nèi)在途徑或線粒體途徑，外在途徑或死亡受體途徑以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑發(fā)生[17]。

線粒體途徑由多種細(xì)胞內(nèi)信號誘導(dǎo)發(fā)生，如缺氧、營養(yǎng)缺失以及氧化應(yīng)激，這些因素導(dǎo)致線粒體外膜透化。隨后，細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor，AIF)、細(xì)胞色素C以及第二個線粒體來源的胱氨酸酶激活劑從線粒體膜釋放到細(xì)胞質(zhì)中[18]。細(xì)胞色素C可募集起始細(xì)胞凋亡蛋白酶-9和凋亡蛋白酶激活因子-1形成凋亡體，隨后激活下游的細(xì)胞凋亡蛋白酶胱天蛋白酶，觸發(fā)相關(guān)蛋白酶的級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

線粒體途徑主要受B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma 2，Bcl-2)家族蛋白的調(diào)節(jié)，主要分為三種：第一種是抗凋亡亞家族，包括Bcl-xL和Bcl-2；第二種是Bcl-2同源拮抗劑殺傷因子(Bcl-2 homologousantagonist killer，Bak)和Bcl-2相關(guān)x蛋白(Bcl-2 associated x protein，Bax)，Bak和Bax活化后破壞線粒體的通透性，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡；第三種是凋亡前BH3-only蛋白，如BH3相互作用結(jié)構(gòu)域死亡激動劑(BH3 interacting-domain death agonist，Bid)和Bcl-2相關(guān)死亡啟動子(Bcl-2 associated death promoter，Bad)，這些蛋白質(zhì)是抗凋亡亞家族蛋白的拮抗劑，通過激活Bax/Bak樣促凋亡因子的活性或抑制Bcl-2 抗凋亡因子的活性調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。

死亡受體途徑通過特異性配體與相應(yīng)死亡受體結(jié)合而被激活，最終導(dǎo)致細(xì)胞DNA裂解[19]。目前研究最多的死亡因子受體(Fas)/死亡因子Fas配體(FasL)通路，當(dāng)Fas與配體FasL結(jié)合后發(fā)生三聚化而激活，并募集Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，從而組成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物，最終激活胱天蛋白酶-8和胱天蛋白酶-3，引發(fā)級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路是近些年才發(fā)現(xiàn)的一種新的凋亡途徑。當(dāng)細(xì)胞處于氧化應(yīng)激、缺血缺氧等病理狀態(tài)時會引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)，ERS調(diào)節(jié)Ca2+水平并啟動蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白肌醇酶-1，激活轉(zhuǎn)錄因子6通路，這些通路與細(xì)胞凋亡的線粒體途徑相關(guān)。適度的ERS可通過促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處理錯誤折疊蛋白或未折疊蛋白等降低損傷，持續(xù)的ERS則可引起細(xì)胞凋亡。

神經(jīng)元也叫“神經(jīng)細(xì)胞”，是神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能最基本的單位，由胞體、軸突和樹突組成，能夠感受刺激并傳導(dǎo)興奮。神經(jīng)元凋亡影響大腦發(fā)育，損害機(jī)體的學(xué)習(xí)記憶功能，甚至參與神經(jīng)退行性相關(guān)疾病如阿爾茨海默病、帕金森病等的發(fā)生、發(fā)展及演進(jìn)。神經(jīng)細(xì)胞一般不會再生，所以神經(jīng)細(xì)胞凋亡造成的影響可能是不可逆轉(zhuǎn)的[20]。

3 SIRT1調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞凋亡的機(jī)制

SIRT1通過脫乙酰化作用調(diào)控多種重要基因，如p53、FOXO、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α)、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)等，這些下游基因又通過調(diào)控凋亡因子、神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、線粒體發(fā)生等實現(xiàn)對神經(jīng)細(xì)胞凋亡的調(diào)控。

3.1SIRT1/p53通路 p53是一種腫瘤抑制蛋白，與p63和p73屬于同一個家族。 p53是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分。p53的調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)基因表達(dá)和穩(wěn)定性以及各種可逆的翻譯后修飾。細(xì)胞發(fā)生DNA損傷、癌基因表達(dá)、缺氧、活性氧類增多以及營養(yǎng)缺乏等時，p53被誘導(dǎo)或快速經(jīng)歷逆轉(zhuǎn)翻譯后修飾，從而使其穩(wěn)定和活化。在細(xì)胞核中，p53轉(zhuǎn)錄激活參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、自噬以及代謝[21]。另一方面，細(xì)胞質(zhì)p53通過直接結(jié)合細(xì)胞質(zhì)蛋白如凋亡和自噬效應(yīng)物，以不依賴于轉(zhuǎn)錄的方式起作用[22]。

在細(xì)胞凋亡過程中，p53主要與Bcl-2家族相互作用，包括與抗凋亡蛋白Bcl相互作用，誘導(dǎo)Bak寡聚化，使線粒體膜透化，并迅速誘導(dǎo)細(xì)胞色素C釋放、激活細(xì)胞凋亡蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)控凋亡。

p53的多個賴氨酸殘基可在人體內(nèi)乙?；?，包括K320、K373和K382，不同殘基的乙?；T導(dǎo)p53介導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)的不同方面。K382殘基上的乙酰化有利于p53的激活，從而觸發(fā)凋亡相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄[23]。SIRT1通過脫乙?；头核鼗种苝53，從而減輕凋亡。SIRT1對p53 K382位的賴氨酸殘基發(fā)揮去乙酰化作用，降低了p53的轉(zhuǎn)錄活性，減輕細(xì)胞凋亡[24]。p53泛素化的主要部位是C端，在細(xì)胞應(yīng)激期間，SIRT1去乙酰化這些殘基有助于阻斷蛋白質(zhì)降解，穩(wěn)定p53[25]。

對蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)和SAH誘導(dǎo)的早期腦損傷(early brain injury，EBI)的研究發(fā)現(xiàn)，SAH早期SIRT1蛋白的水平顯著升高，SAH后24 h達(dá)高峰；在神經(jīng)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中可以觀察到SIRT1的表達(dá)，增加的SIRT1主要位于SAH后的神經(jīng)元中，通過去乙?；鸵种苝53、NF-κB等誘導(dǎo)的氧化反應(yīng)，有效減輕神經(jīng)炎癥和氧化損傷，改善SAH后神經(jīng)細(xì)胞凋亡，減輕腦水腫和神經(jīng)功能惡化[26]。

3.2SIRT1/FOXO通路 FOXO以黑腹果蠅叉頭基因命名，哺乳動物細(xì)胞表達(dá)4種FOXO同種型(FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6)，不同種型在疾病中發(fā)揮的作用和功能不同。FOXO1和FOXO3是研究最廣泛的兩種同種型，對多種疾病都有影響，包括心血管疾病[27]、糖尿病[28]、癌癥[29]，另外對干細(xì)胞活性也有影響[30]。此外，F(xiàn)OXO1/3有調(diào)節(jié)衰老和壽命的作用,受幾種上游分子的調(diào)控，并調(diào)節(jié)許多下游蛋白質(zhì)[31-34]。此外，F(xiàn)OXO1/3還具有上調(diào)一系列細(xì)胞周期抑制劑和促凋亡靶點的能力，在心臟、血管、骨骼肌、肝臟、腦中發(fā)揮重要作用，包括細(xì)胞增殖、分化和凋亡[35]。

FOXO的轉(zhuǎn)錄激活可通過乙?；腿ヒ阴；⒘姿峄腿チ姿峄{(diào)節(jié)。FOXO蛋白結(jié)構(gòu)中DNA結(jié)合區(qū)域的賴氨酸殘基可被具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的細(xì)胞核蛋白乙?；瑢?dǎo)致FOXO的轉(zhuǎn)錄激活能力降低。FOXO家族蛋白是SIRT1的常見靶蛋白，對細(xì)胞凋亡的介導(dǎo)至關(guān)重要。SIRT1對FOXO3a的功能具有雙重影響，通過SIRT1的去乙酰化作用，增強(qiáng)FOXO3a促進(jìn)細(xì)胞周期停滯和抗氧化應(yīng)激能力的同時也抑制FOXO3a誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的能力[36]。

研究表明，在錳誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性細(xì)胞凋亡中，通過活化c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)增加SIRT1蛋白的降解，降低SIRT1信使RNA的水平，最終導(dǎo)致SIRT1表達(dá)下降，進(jìn)而使FOXO3a的表達(dá)及乙?；黾?，引發(fā)細(xì)胞死亡調(diào)解子(Bcl-2 interacting mediator of cell death，Bim)和p53上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)劑的表達(dá)[37-38]。Bim和p53上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)劑一旦被激活可作為Bax的有效激活劑觸發(fā)細(xì)胞凋亡。用SIRT1激動劑白藜蘆醇處理細(xì)胞后，細(xì)胞密度增加,此外白藜蘆醇還能增加細(xì)胞活力，并在錳暴露下上調(diào)Bcl-2蛋白的水平，減輕細(xì)胞凋亡[38]。

3.3SIRT1/PGC- 1α PGC-1α是核受體和其他轉(zhuǎn)錄因子的核轉(zhuǎn)錄共激活因子，在心臟、腎臟、大腦、骨骼肌以及棕色脂肪組織中強(qiáng)烈表達(dá)。

線粒體是機(jī)體能量代謝最關(guān)鍵的細(xì)胞器，而PGC-1α是線粒體生物發(fā)生的中心調(diào)節(jié)劑，可促進(jìn)線粒體的生物合成，包括調(diào)節(jié)線粒體蛋白質(zhì)的合成與線粒體基因的復(fù)制等。激活PGC-1α可以改善阿爾茨海默病中線粒體的生物發(fā)生[39]?；钚匝躅愂菣C(jī)體代謝產(chǎn)生的有機(jī)產(chǎn)物，有很強(qiáng)的氧化能力?；钚匝躅惓掷m(xù)升高會引起DNA和蛋白質(zhì)損傷，導(dǎo)致線粒體功能失調(diào)，進(jìn)而產(chǎn)生更多的活性氧類，導(dǎo)致惡性循環(huán)，最終造成線粒體呼吸鏈電子傳遞和氧化磷酸化缺陷，導(dǎo)致線粒體通透性改變，胞質(zhì)內(nèi)大量鈉離子進(jìn)入線粒體，線粒體內(nèi)的滲透壓升高，線粒體水腫，AIF、細(xì)胞色素C、第二個線粒體來源的胱氨酸酶激活劑等促凋亡因子釋放，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[40]。

PGC-1α參與氧化代謝的正調(diào)節(jié)，并參與山梨醇脫氫酶和超氧化物歧化酶等抗氧化蛋白的誘導(dǎo)，對抗活性氧類以增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力[41]。組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶復(fù)合體能直接乙?；疨GC-1α的多個賴氨酸殘基，降低PGC-1α水平并抑制其轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制PGC-1α的功能，而SIRT1能使PGC-1α去乙?；栽鰪?qiáng)其活性，促進(jìn)線粒體生物合成，并維持線粒體功能，減少細(xì)胞凋亡[42]。

3.4SIRT1/Akt通路 研究表明，SIRT1的表達(dá)可增加Akt的活性，并減輕細(xì)胞凋亡[43-44]，SIRT1/Akt通路的激活通過促進(jìn)血管生成和神經(jīng)發(fā)生，對缺血性腦卒中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[45-46]。

Akt是一種絲氨酸-蘇氨酸激酶，可由磷酸化的磷脂酰激酶-3-激酶產(chǎn)物所激活。Akt有3種同種型，即AKT 1、2和3，每種同種型有3個高度保守的結(jié)構(gòu)域，疏水基序、催化結(jié)構(gòu)域。pleckstrin同源(pleckstrin homology，PH)結(jié)構(gòu)域含有脂質(zhì)結(jié)合模塊，可促進(jìn)Akt定位于質(zhì)膜，這是Akt活化的重要步驟[47]。Akt從細(xì)胞質(zhì)向質(zhì)膜的運動誘導(dǎo)激活激酶，并調(diào)節(jié)Akt底物(如結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物2、分子量為40 000的Akt底物蛋白和糖原合成酶激酶3β)的磷酸化，最終調(diào)節(jié)各種生理病理過程。SIRT1與Akt的活化之間存在相互作用。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶在Lys-14和Lys-20上將Akt乙?；阴；腁kt導(dǎo)致磷酸化降低和活性抑制。SIRT1可使 Lys-14和Lys-20上的Akt去乙?；?，促進(jìn)Akt的活化[43]。活化的Akt通過磷酸化其底物如Bad、FOXO、糖原合成酶激酶3β阻斷細(xì)胞凋亡。在沒有活化的Akt的情況下，非磷酸化的Bad轉(zhuǎn)移到線粒體中，并觸發(fā)細(xì)胞色素C釋放、胱天蛋白酶-3活化以及細(xì)胞凋亡。非磷酸化的叉頭框蛋白易位到細(xì)胞核中，并作為轉(zhuǎn)錄因子上調(diào)Bim和Fas配體的蛋白質(zhì)水平。與Bad相似，Bim觸發(fā)細(xì)胞色素C釋放，而Fas配體觸發(fā)外在凋亡途徑。Li等[44]在研究磷酸二酯酶-4在SAH后EBI中的保護(hù)作用時證實，磷酸二酯酶-4在SAH后EBI的病理生理過程中發(fā)揮重要作用，并通過SIRT1/Akt途徑抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，但SIRT1與Akt活化之間相互作用的確切機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

3.5其他通路 過氧化物酶體增殖物激活受體γ在細(xì)胞凋亡和炎癥調(diào)節(jié)中起重要作用，通過預(yù)防梗死周圍區(qū)域的神經(jīng)元損傷和神經(jīng)元延遲退化而對腦缺血起保護(hù)作用[48]。過氧化物體增殖物激活受體γ可與SIRT1的啟動子區(qū)域結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄，由此過氧化物體增殖物激活受體γ-SIRT1的負(fù)反饋回路被提出，該反饋環(huán)可調(diào)節(jié)活性氧類的代謝、凋亡和細(xì)胞周期[49]。NF-κB通過增強(qiáng)腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-1β等促炎性因子基因的表達(dá)促進(jìn)炎癥反應(yīng)，SIRT1的去乙酰化作用于NF-κB可減輕SAH的EBI[50]。SIRT1/NF-κB信號通路還能介導(dǎo)17β-雌二醇對腦出血的保護(hù)作用[9]。

Ku70是一種廣泛存在于人體的重要的DNA修復(fù)蛋白，乙?；罂舍尫懦雠c其結(jié)合的Bax，進(jìn)而啟動細(xì)胞的線粒體凋亡途徑。SIRT1去乙?；疜u70增強(qiáng)了DNA修復(fù)活性，在細(xì)胞質(zhì)中螯合Bax蛋白，以防止細(xì)胞凋亡的發(fā)生，延長細(xì)胞壽命。SIRT1/Ku70通路在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用還需進(jìn)一步研究。

4 展 望

去乙酰化在蛋白質(zhì)翻譯后調(diào)節(jié)中具有舉足輕重的作用，神經(jīng)保護(hù)性基因SIRT1作為一種依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的組蛋白去乙?；割?，可通過去乙?；饔茫{(diào)節(jié)能量代謝、炎癥反應(yīng)、衰老等。現(xiàn)研究表明SIRT1通過作用于下游蛋白p53、FOXO、PGC-1α、Akt等，調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞凋亡，緩解神經(jīng)退行性疾病的演進(jìn)過程，有望成為治療及預(yù)防神經(jīng)退行性疾病新的靶點。