何元曼，杜惠蘭

Sirtuins是酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2（Sir2）的哺乳動物同源蛋白質(zhì)，1999年Kaeberlein等[1]發(fā)現(xiàn)Sir2高表達(dá)可延長酵母菌壽命，此后Sir2在哺乳動物中的同源物Sirtuins逐漸被發(fā)現(xiàn)。Sirtuins是依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）的去乙?；?，具有脫乙酰酶活性，主要通過催化組蛋白底物的乙酰賴氨酸進行去乙?；磻?yīng)，去除蛋白質(zhì)乙?；鶊F，改變其位置及功能。Sirtuins參與糖脂代謝、炎癥信號、氧化應(yīng)激等，并且與衰老和壽命有關(guān)[2-3]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，Sirtuins影響新陳代謝和壽命的能力取決于其脫乙酰酶的活性。

目前發(fā)現(xiàn)Sirtuins家族包括7個成員，分別為沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，Sirt1）～Sirt7，每個成員具有不同的組織特異性、亞細(xì)胞定位、酶的活性和目標(biāo)[4]。Sirt1、Sirt6、Sirt7主要定位在細(xì)胞核，Sirt2定位在細(xì)胞質(zhì)，Sirt3、Sirt4和Sirt5定位于細(xì)胞線粒體。2003年研究發(fā)現(xiàn)敲除Sirt1的雄性和雌性小鼠分別出現(xiàn)生殖表型缺陷[5]，此后Sirtuins在調(diào)節(jié)哺乳動物生殖功能方面的作用逐漸備受關(guān)注，近年來人類對Sirtuins在生殖功能方面的研究呈指數(shù)增長[6]。Sirt1參與DNA修復(fù)、衰老及凋亡等過程；Sirt2、Sirt6參與微管的組裝，參與卵母細(xì)胞分裂進程；Sirt3是研究最多的線粒體蛋白，影響關(guān)鍵的線粒體功能，可調(diào)節(jié)細(xì)胞活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的生成與清除以及三磷酸腺苷（ATP）產(chǎn)生等，起到抗氧化損傷的作用；Sirt4、Sirt5、Sirt7在生殖領(lǐng)域的研究相對較少。

現(xiàn)代女性初孕年齡日漸推遲，因卵泡儲備的周期性丟失及卵泡質(zhì)量的下滑，女性卵巢隨年齡增加逐漸走向衰老，卵巢衰老已成為阻礙高齡女性獲取正常妊娠的關(guān)鍵因素。以往研究表明，先天因素、環(huán)境因素、氧化應(yīng)激損傷的累積均可導(dǎo)致女性卵巢衰老；另外，隨著不孕患者的日益增加，體外受精-胚胎移植（in vitro fertilization-embryo transfer，IVF-ET）技術(shù)日漸普及。在IVF-ET治療過程中，有些患者不能通過一次取卵獲得成功，反復(fù)促排卵及體外培養(yǎng)周期中引發(fā)的卵母細(xì)胞氧化應(yīng)激狀態(tài)對卵母細(xì)胞質(zhì)量的損傷不容忽視；女性高能量飲食及缺乏身體鍛煉的普遍生活方式，給女性生殖系統(tǒng)帶來壓力。卵巢衰老、卵母細(xì)胞氧化應(yīng)激、高熱量飲食等導(dǎo)致的生殖缺陷正在挑戰(zhàn)著現(xiàn)代女性生育力。尋求提高女性生育力的對策成為醫(yī)學(xué)生殖領(lǐng)域有待解決的重要任務(wù)。

Sirtuins廣泛參與調(diào)控生殖系統(tǒng)疾病。近幾年在生殖疾病領(lǐng)域，Sirtuins家族正在成為新的研究熱點。Sirtuins參與卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟、線粒體功能調(diào)節(jié)、氧化應(yīng)激及卡路里限制（caloric restriction，CR），發(fā)揮其抗衰老和抗應(yīng)激作用，對卵母細(xì)胞、顆粒細(xì)胞（granulosa cell，GCs）、植入前胚胎及雄性生殖細(xì)胞具有益影響。

1 Sirtuins參與卵母細(xì)胞減數(shù)分裂

人類從出生至青春期之前，卵母細(xì)胞的發(fā)育停滯在生發(fā)泡期（GV期），直至青春期，在黃體生成激素（LH）的刺激下，卵母細(xì)胞發(fā)育重新啟動，在生發(fā)泡破裂（GVBD期）后，進入第一次減數(shù)分裂（MⅠ期），初級卵母細(xì)胞排出第一極體（PB1），形成次級卵母細(xì)胞，隨后進行第二次減數(shù)分裂，并再次停滯于第二次減數(shù)分裂中期（MⅡ期）等待受精，若成功受精，卵母細(xì)胞繼續(xù)進行第二次減數(shù)分裂，若未受精，卵母細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育至老化。卵母細(xì)胞在兩次減數(shù)分裂過程中，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的微管組裝成特殊的桶狀紡錘體，染色體在紡錘體赤道板規(guī)則排列，正確的紡錘體組裝和染色體排列是產(chǎn)生健康卵母細(xì)胞的重要條件。

在哺乳動物的老化卵母細(xì)胞中，Sirtuins表達(dá)降低導(dǎo)致紡錘體缺陷和染色體錯位的頻率增加，高表達(dá)Sirtuins可改善卵母細(xì)胞減數(shù)分裂。如豬體外培養(yǎng)的老化卵母細(xì)胞中Sirt1表達(dá)顯著降低，紡錘體缺陷和染色體錯位的頻率增加，Sirt1激動劑白藜蘆醇可改善這些變化[7]。Zhang等[8]研究Sirt2對小鼠體外老化卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的影響，得出了與Sirt1相似的結(jié)論，紡錘體維持和染色體運動之間的協(xié)調(diào)在很大程度上依賴于動粒微管動力學(xué)，Sirt2誘導(dǎo)α-微管蛋白和組蛋白H4K16的高乙?；瑩p害微管穩(wěn)定性和動粒功能。2015年，Riepsamen等[9]和Zhang等[10]發(fā)現(xiàn)，抑制Sirtuins活性可影響小鼠卵母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂后期紡錘體的組裝，降低豬卵母細(xì)胞第一極體排出率，進一步證實了Sirtuins對卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的影響。同年研究發(fā)現(xiàn)，Sirtuins家族中Sirt3、Sirt6低表達(dá)均可破壞小鼠卵母細(xì)胞紡錘體形態(tài)和染色體排列[11-12]。總之，Sirtuins家族大部分成員參與卵母細(xì)胞減數(shù)分裂，Sirt1、Sirt2、Sirt3、Sirt6高表達(dá)可改善哺乳動物卵母細(xì)胞減數(shù)分裂，且Sirt1、Sirt2高表達(dá)顯著改善哺乳動物老化卵母細(xì)胞質(zhì)量，因此，Sirtuins激動劑在臨床的應(yīng)用可能具有改善高齡女性卵母細(xì)胞質(zhì)量，延緩女性生殖壽命的潛在治療作用。

2 Sirtuins參與調(diào)節(jié)線粒體功能

卵母細(xì)胞是人體含有線粒體最多的細(xì)胞，線粒體是卵母細(xì)胞內(nèi)最為豐富的細(xì)胞器，線粒體被譽為細(xì)胞的“能量工廠”，三羧酸循環(huán)通過線粒體的電子傳輸鏈（ETC）合成ATP，參與細(xì)胞生長、增殖、凋亡等；線粒體具有產(chǎn)生和清除ROS的能力，當(dāng)線粒體功能發(fā)生障礙時，其清除ROS的能力減弱，細(xì)胞內(nèi)ROS累積使線粒體DNA（mtDNA）氧化損傷，線粒體生物合成減少，影響卵母細(xì)胞及早期胚胎的正常發(fā)育。

近幾年研究證實Sirtuins可翻譯后修飾蛋白質(zhì)以響應(yīng)代謝狀態(tài)的變化，并參與調(diào)節(jié)線粒體功能。在體外培養(yǎng)牛卵母細(xì)胞或豬卵母細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入白藜蘆醇，可上調(diào)Sirt1的表達(dá)，增加線粒體ATP含量、線粒體膜電位及mtDNA數(shù)目，通過促進卵母細(xì)胞線粒體生物合成及調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)，改善線粒體功能，提高卵母細(xì)胞發(fā)育能力，并可通過阻斷多精子受精的機制，改善受精結(jié)局[13-14]。Sirt3作為線粒體蛋白可指導(dǎo)線粒體能量產(chǎn)生或調(diào)節(jié)活性氧清除蛋白[15]。2016年，Zhao等[16]對接受輔助生殖治療患者的卵母細(xì)胞進行研究發(fā)現(xiàn)，Sirt3 mRNA高表達(dá)可增加體外成熟（in vitro maturation，IVM）卵母細(xì)胞mtDNA的拷貝數(shù)，促進線粒體生物合成，提高從卵母細(xì)胞到囊胚的發(fā)育潛能，由于倫理限制，獲取大量人卵母細(xì)胞存在難度，因此對大量小鼠卵母細(xì)胞做進一步研究，證實了Sirt3有改善體外培養(yǎng)MⅡ期卵母細(xì)胞質(zhì)量和卵母細(xì)胞到囊胚的發(fā)育潛能的作用。在未來人類輔助生殖過程中，Sirtuins激動劑的應(yīng)用可能成為臨床改善IVM卵母細(xì)胞質(zhì)量的潛在治療靶點。

3 Sirtuins參與卡路里限制延長女性生殖壽命

有研究表明，卡路里限制是唯一一種非遺傳干預(yù)，可延緩成年大鼠卵巢功能衰竭[17]。2012年Luo等[18]提出卡路里限制抑制原始卵泡到發(fā)育卵泡的過渡，延長了卵泡的整個生長階段，保存了生殖細(xì)胞的儲備，可能與Sirt1和Sirt6有關(guān)。后來有研究證實了Sirtuins與卡路里限制的關(guān)系，卡路里限制通過激活劑Sirt1720激活Sirt1及其下游底物叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3a（FOXO3a）、上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子1（Nrf1）及Sirt6的表達(dá)，或通過激活Sirt1及抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，提高雌性小鼠卵泡儲備，延長飲食性肥胖的卵巢壽命[19-20]。

4 Sirtuins參與卵母細(xì)胞氧化應(yīng)激

ROS的積累引起的氧化應(yīng)激是導(dǎo)致卵母細(xì)胞質(zhì)量下降和衰老的主要原因。線粒體作為產(chǎn)生ROS的場所也是氧化損傷的優(yōu)先靶點，線粒體功能障礙所產(chǎn)生的氧化應(yīng)激會影響卵母細(xì)胞正常發(fā)育。

Sirt1、Sirt3通過增加抗氧化酶活性調(diào)節(jié)氧化還原系統(tǒng)環(huán)境，抵消氧化損傷。Sirt1通過上調(diào)FoxO3a-錳超氧化物歧化酶（MnSod）軸在針對ROS的前線防御中起作用[21]。Sirt3定位于小鼠卵母細(xì)胞線粒體，可脫乙酰化超氧化物歧化酶2（SOD2），增加SOD2活性，對卵母細(xì)胞的氧化應(yīng)激和減數(shù)分裂缺陷起保護作用[22]。

女性排卵后，卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯在MⅡ期等待受精，此過程卵母細(xì)胞易受溫度、ROS等因素影響，發(fā)生老化。Sirt1、Sirt2和Sirt3可控制小鼠排卵后的ROS生成，減少卵母細(xì)胞氧化損傷，被認(rèn)為是排卵后防止卵母細(xì)胞老化的保護劑。陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因、槲皮素和褪黑素可延緩小鼠排卵后卵母細(xì)胞衰老。咖啡因通過延緩卵母細(xì)胞Sirt1，2，3 mRNA水平的下降及增加成熟促進因子（mature promoting factor，MPF）活性阻止排卵后卵母細(xì)胞的老化[23]；Wang等[24]發(fā)現(xiàn)槲皮素與咖啡因具相似功能。近幾年發(fā)現(xiàn)，褪黑素對衰老及肥胖引起的氧化應(yīng)激有保護作用，其機制可能與Sirt3-SOD2依賴途徑有關(guān)[25-26]。隨后又證實，褪黑素通過Sirt1-錳超氧化物歧化酶（MnSod）依賴途徑延緩小鼠排卵后卵母細(xì)胞的衰老[27]。Sirt7主要積聚在GV期的細(xì)胞核中，敲除Sirt7導(dǎo)致小鼠卵母細(xì)胞ATP水平降低，ROS產(chǎn)量增加，影響細(xì)胞減數(shù)分裂，損害卵母細(xì)胞及早期胚胎的發(fā)育潛力[28]?？傊琒irtuins為反復(fù)促排卵引起卵母細(xì)胞氧化應(yīng)激及排卵后老化患者提高卵母細(xì)胞質(zhì)量提供了新的治療思路。

5 Sirtuins與顆粒細(xì)胞

顆粒細(xì)胞是組成卵泡的最大細(xì)胞群，以自分泌和旁分泌的方式調(diào)節(jié)卵泡的生長、發(fā)育和成熟，顆粒細(xì)胞通過復(fù)雜的縫隙連接與卵母細(xì)胞之間形成信息通訊，維持卵母細(xì)胞成熟的微環(huán)境及黃體功能，顆粒細(xì)胞的完整性保護卵母細(xì)胞免受體外氧化損傷，其凋亡使卵母細(xì)胞更易發(fā)生凋亡[29]。Han等[30]發(fā)現(xiàn)Sirt1在人顆粒細(xì)胞中的表達(dá)隨著年齡的增長及卵巢功能的減退逐漸降低，Sirt1通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）途徑和抑制具有抗炎功能的核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB），介導(dǎo)卵巢顆粒細(xì)胞對凋亡的抵抗，激活Sirt1或許可成為開發(fā)新型抗炎療法的新途徑。另一方面，有研究提出Sirt1具有促顆粒細(xì)胞凋亡作用[31-32]。2014年日本東京大學(xué)研究團隊發(fā)現(xiàn)敲除Sirt3可提高人顆粒細(xì)胞中ROS的生成，Sirt3缺失減少孕酮的分泌，因此Sirt3通過調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞ROS水平及孕酮的分泌在卵泡發(fā)生和黃素化進程中發(fā)揮積極作用[33]。2016年李碧俠等[31]對豬顆粒細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，Sirt1基因表達(dá)量的變化可改變豬顆粒細(xì)胞卵泡刺激素（FSH）、雌二醇（E2）、LH的敏感性。Sirt1、Sirt3不僅抑制顆粒細(xì)胞凋亡，二者對顆粒細(xì)胞生殖激素的調(diào)控作用使人猜想，Sirt1、Sirt3的激活可能發(fā)揮似黃體支持的作用。

目前，Sirtuins對雄性生殖系統(tǒng)影響的研究主要集中在Sirt1。Sirt1缺乏導(dǎo)致成年小鼠成熟精子數(shù)量減少、生精細(xì)胞數(shù)量減少，附睪精子DNA損傷率明顯增高[34]。特異性敲除Sirt1基因后，小鼠生殖細(xì)胞在組蛋白到魚精蛋白轉(zhuǎn)變和染色質(zhì)凝聚方面存在缺陷[35]。Sirtuins與雄性生殖功能關(guān)系的研究有待拓展。

6 結(jié)語與展望

綜上所述，Sirtuins通過多方向靶點參與調(diào)控哺乳動物生殖功能。2018年Tatone等[6]提出Sirtuins調(diào)節(jié)劑對于改善女性多囊卵巢綜合征、糖尿病、子宮內(nèi)膜異位癥、外源性應(yīng)激以及與老化相關(guān)的不孕癥具有治療潛力。未來Sirtuins激動劑在臨床的應(yīng)用，或許為延緩高齡女性或卵巢儲備功能低下患者的生殖壽命、減少排卵后卵母細(xì)胞老化、針對黃體功能不全患者補充黃體功能、對抗體外受精周期中卵母細(xì)胞面臨的氧化應(yīng)激壓力等提供了新的治療思路和方法，Sirtuins可能在未來生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很大的治療潛力。