程玲莉，楊定平

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院腎內(nèi)科，武漢 430060)

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是一種常見的臨床危重疾病，發(fā)病率高，早期診斷困難，預(yù)后較差，病死率高。AKI對患者的影響和由此產(chǎn)生的社會負(fù)擔(dān)以及慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)和終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的發(fā)展正引起越來越多的關(guān)注[1]。近年來，CKD的患病率在世界范圍內(nèi)呈逐年遞增趨勢，已經(jīng)成為繼心腦血管疾病、糖尿病、惡性腫瘤后危害人類健康的慢性病之一。隨著我國人民生活水平的提高和飲食習(xí)慣的改變，高血壓性腎損害和糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)的患病率顯著升高，其中AKI發(fā)展為CKD也占相當(dāng)大的比例[2]。腎臟是體內(nèi)消耗ATP最多的器官，需大量的線粒體提供能量，以維持正常的生理功能。沉默信息調(diào)節(jié)因子(silence information regulator，SIRT)屬于一個(gè)進(jìn)化保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性脫乙?；讣易澹哂信c增殖、DNA修復(fù)、線粒體能量穩(wěn)態(tài)和抗氧化活性相關(guān)的多種細(xì)胞功能[3]。SIRT3表達(dá)于線粒體，是研究最徹底的線粒體SIRT，它對一系列代謝靶點(diǎn)具有強(qiáng)大的脫乙?；富钚?包括電子傳遞鏈的亞單位以及參與脂肪酸氧化、氨基酸代謝、氧化還原平衡及三羧酸循環(huán)的酶)[4]。既往研究表明，線粒體氧化代謝的核心酶被賴氨酸乙酰化修飾，當(dāng)缺少SIRT3時(shí)，這些蛋白質(zhì)被高度乙?；痆5]。SIRT3在蛋白質(zhì)脫乙?；械淖饔靡约皡⑴c多種生理功能和疾病，表明 SIRT3具有潛在的治療作用[6]?，F(xiàn)就線粒體SIRT3在腎臟疾病中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 SIRT3的作用機(jī)制

1.1調(diào)節(jié)線粒體功能 線粒體是一種復(fù)雜的細(xì)胞器，含有兩種不同的細(xì)胞膜，可以進(jìn)行特殊的新陳代謝區(qū)域化。外膜作為細(xì)胞溶膠的通透性屏障，其成分與質(zhì)膜相似，含有孔蛋白，線粒體對分子量小于3 000的代謝物和小肽完全通透，而較大的蛋白質(zhì)需要特定的外膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(外膜/內(nèi)膜的轉(zhuǎn)位酶)；相反，內(nèi)膜通過固定在負(fù)責(zé)ATP合成的典型內(nèi)陷(嵴)上的電子傳遞鏈蛋白充當(dāng)電絕緣體[7]。能量的產(chǎn)生是細(xì)胞存活的核心功能要素，而ATP的耗竭是一個(gè)強(qiáng)烈的凋亡信號。SIRT3與線粒體電子傳遞鏈內(nèi)的復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ具有物理相互作用并能起到調(diào)控作用[7-9]。此外，SIRT3被證實(shí)為線粒體核糖體蛋白10的調(diào)節(jié)因子，從而揭示SIRT3在呼吸復(fù)合物轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用；當(dāng)細(xì)胞存活所需的主要能源丙酮酸供應(yīng)不足時(shí)，線粒體通過將糖酵解轉(zhuǎn)化為脂肪酸、氨基酸和乙酸分解代謝來維持ATP的生成，作為細(xì)胞生存的替代能源，這種代謝轉(zhuǎn)換也稱為沃伯格效應(yīng)，由不同水平的SIRT3調(diào)節(jié)[10]。以上證據(jù)表明，SIRT3是ATP穩(wěn)態(tài)的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子。線粒體作為氧化磷酸化的場所，是活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的主要來源，細(xì)胞代謝功能損害通常伴隨ROS的大量積累，而氧化損傷與多種疾病(包括神經(jīng)退行性疾病、糖尿病、癌癥和早衰)有關(guān)[11]。ROS產(chǎn)生增加和抗氧化防御下降使線粒體極易受到損傷，因此ROS水平受到多種抗氧化酶(包括細(xì)胞器內(nèi)的超氧化物歧化酶2、過氧化物酶和谷胱甘肽過氧化物酶)的嚴(yán)格調(diào)控；SIRT3在抗氧化途徑調(diào)節(jié)中的作用是多方面的，其不僅可激活超氧化物歧化酶2，有利于清除超氧物；還可與三羧酸循環(huán)酶異檸檬酸脫氫酶2相互作用，減少ROS的產(chǎn)生，保護(hù)細(xì)胞免受ROS的損害[12]。

1.2保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)完整 線粒體通過以下三個(gè)過程相互作用來滿足細(xì)胞的代謝需求：①線粒體質(zhì)量控制，即通過分裂/融合改變其形狀和大小；②通過線粒體自噬隔離受損的線粒體，并將其遞送至溶酶體進(jìn)行降解；③通過生物合成產(chǎn)生新的線粒體以補(bǔ)充線粒體池；此外，線粒體在細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)中起至關(guān)重要的作用，并與細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，內(nèi)源性凋亡大多是原發(fā)性的，依賴于線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，導(dǎo)致線粒體膜電位耗散、細(xì)胞色素C釋放以及促凋亡途徑激活[13]。而SIRT3可以通過心肌細(xì)胞中親環(huán)素D的去乙?；柚咕€粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，從而防止ROS的產(chǎn)生、鈣穩(wěn)態(tài)的干擾和細(xì)胞凋亡[14]。有研究證明，線粒體不是靜止的細(xì)胞器，它們的大小、數(shù)量和位置可能因細(xì)胞的特異性需求而存在很大差異；線粒體通過裂變和融合存在于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，而裂變和融合是維持線粒體網(wǎng)絡(luò)功能完整性的重要質(zhì)量控制機(jī)制，當(dāng)細(xì)胞器受損時(shí)，需要裂變將線粒體從網(wǎng)絡(luò)中移除，融合則通過混合部分受損線粒體的內(nèi)容物來幫助緩解生理應(yīng)激水平，從而稀釋累積的氧化蛋白和ROS；分裂由胞質(zhì)動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1，DRP1)介導(dǎo)，DRP1激活后被招募到線粒體外膜上，并與其受體線粒體分裂蛋白和分裂因子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，隨后DRP1收縮并最終切斷細(xì)胞器[15]。線粒體融合蛋白1和線粒體融合蛋白2通過形成同型或異型二聚體使相鄰的線粒體完成外膜融合，并激活視神經(jīng)萎縮蛋白1介導(dǎo)線粒體內(nèi)膜融合[16]。線粒體動力學(xué)與線粒體自噬的質(zhì)量控制途徑密切相關(guān)，將受損的線粒體從健康的網(wǎng)絡(luò)中分離出來，線粒體自噬主要受人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因誘導(dǎo)激酶1(phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene induced putative kinase 1，PINK1)調(diào)控，PINK1在生理?xiàng)l件下被導(dǎo)入線粒體，在線粒體中穩(wěn)定地裂解和降解，當(dāng)線粒體膜電位丟失時(shí)，PINK1積聚在線粒體外膜上，并招募Parkin(一種細(xì)胞質(zhì)E3泛素連接酶)，靶向降解受損的細(xì)胞器[17]。SIRT3在調(diào)節(jié)線粒體動力學(xué)和線粒體自噬方面的作用尚未得到充分研究，有研究表明，SIRT3去乙?；暽窠?jīng)萎縮蛋白1有利于心肌細(xì)胞的線粒體融合和細(xì)胞存活[18]；Huang等[19]在順鉑誘導(dǎo)的AKI動物模型中發(fā)現(xiàn)，重組腎素酶恢復(fù)SIRT3表達(dá)，可減少線粒體分裂和ROS生成。Tang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)外缺血性AKI模型中，PINK1和Parkin缺乏減弱了線粒體自噬作用，增強(qiáng)了線粒體損傷、ROS生成和炎癥反應(yīng)。

2 SIRT3在腎臟疾病中的作用

2.1AKI AKI是膿毒癥、缺血再灌注損傷、腎毒性藥物等各種病因?qū)е碌囊阅I小球?yàn)V過率急劇下降伴少尿或無尿、嚴(yán)重水電解質(zhì)和酸堿失衡等為主要臨床表現(xiàn)的嚴(yán)重綜合征。在需要早期腎臟替代治療的患者中，AKI的年病死率超過50%，高于乳腺癌、前列腺癌、心力衰竭和糖尿病[17]。近年來研究證明，SIRT3與AKI及AKI后修復(fù)相關(guān)，重癥監(jiān)護(hù)室AKI的發(fā)病率高達(dá)60%，其中膿毒癥是AKI最常見的原因，占40%以上，膿毒癥相關(guān)AKI發(fā)作后存活患者以后生活中出現(xiàn)ESRD的風(fēng)險(xiǎn)增加[21-22]。Zhao等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸結(jié)扎穿刺致小鼠膿毒癥模型中，SIRT3敲除加重了結(jié)腸結(jié)扎穿刺誘導(dǎo)的腎功能不全、腎小管細(xì)胞損傷和凋亡、線粒體改變以及ROS的產(chǎn)生，促使核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3基因和凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致氧化應(yīng)激激活、促凋亡細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-18增加以及細(xì)胞凋亡增強(qiáng)，這些作用可被抗氧化劑N-乙酰-L-半胱氨酸逆轉(zhuǎn)，提示SIRT3對腎臟線粒體損傷具有保護(hù)作用。目前針對SIRT3在缺血再灌注致AKI中作用機(jī)制的研究較少，Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)外腎缺血再灌注AKI模型中SIRT3的表達(dá)均受到抑制，SIRT3過表達(dá)可改善腎功能，調(diào)節(jié)氧化損傷，抑制炎癥損傷，減少腎小管上皮細(xì)胞凋亡，故通過改變胞外信號調(diào)節(jié)激酶-視神經(jīng)萎縮蛋白1級聯(lián)反應(yīng)恢復(fù)SIRT3和(或)激活線粒體裂變可能是治療腎缺血再灌注損傷的新方法。順鉑類藥物化療常用于實(shí)體瘤的治療，但由于具有腎毒性、耳毒性和神經(jīng)毒性，其臨床治療存在局限性。順鉑致AKI的發(fā)病機(jī)制多種多樣，主要與線粒體功能損害、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等有關(guān)。Morigi等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在順鉑誘導(dǎo)的AKI動物模型中，SIRT3通過保護(hù)線粒體的完整性來保護(hù)腎小管損傷，提示通過增加腎臟SIRT3表達(dá)改善線粒體動力學(xué)是改善AKI預(yù)后的潛在策略。水飛薊賓是一種SIRT3藥理學(xué)激活劑，能增加順鉑體內(nèi)和體外給藥后SIRT3的表達(dá)。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)，水飛薊賓可通過改善線粒體功能對順鉑誘導(dǎo)的腎小管細(xì)胞凋亡和AKI起保護(hù)作用，但不能改善SIRT3缺陷細(xì)胞和小鼠的線粒體功能及生物能量學(xué)，因此水飛薊賓在順鉑化療中可以作為一種潛在的臨床腎臟保護(hù)性輔助治療。Huang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在順鉑誘導(dǎo)的AKI動物模型中，重組腎素酶通過上調(diào)SIRT3的表達(dá)，減少線粒體分裂和ROS生成，抑制氧化應(yīng)激，保護(hù)順鉑誘導(dǎo)的AKI。隨著造影劑在介入治療和診斷中應(yīng)用的增多，對比劑誘導(dǎo)的AKI(contrast-induced acute kidney injury，CI-AKI)已成為醫(yī)院獲得性急性腎衰竭的第三大病因，占所有急性腎衰竭病例的10%～25%[26]。CI-AKI的機(jī)制尚未完全闡明，可能與腎缺血、ROS形成、一氧化氮生成減少、腎小管上皮和血管內(nèi)皮損傷等因素有關(guān)[27]。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在CI-AKI小鼠模型中，敲除SIRT3會加重小鼠腎損傷、氧化應(yīng)激、ROS生成以及凋亡，而煙酰胺核糖可減輕野生型小鼠的CI-AKI，但對SIRT3敲除小鼠無改善作用。關(guān)于SIRT3在CI-AKI中的作用尚待進(jìn)一步研究。

2.2CKD 由于糖尿病和肥胖癥的發(fā)病率急劇上升，CKD正在成為一種全球性疾病。因此迫切需要尋找治療CKD的新靶點(diǎn)和方法。目前，關(guān)于SIRT3在CKD中的研究較少。DN是糖尿病患者發(fā)病和死亡的主要原因，也是世界范圍內(nèi)ESRD的主要原因[28]。DN的發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚，可能與氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡有關(guān)。SIRT3是線粒體基質(zhì)中促進(jìn)有氧代謝的主要脫乙酰酶，是ROS的工具性調(diào)節(jié)因子，ROS的產(chǎn)生會導(dǎo)致DN的發(fā)生，SIRT3的缺乏可加重ROS引起的組織損傷[29-30]。Liu等[31]研究發(fā)現(xiàn)，重組人斯鈣素-1可使DN動物模型和高糖處理的BUMPT細(xì)胞中AMP活化蛋白激酶和SIRT3的表達(dá)上調(diào)，以拮抗高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。Wang等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在高糖刺激的體外模型中，SIRT3在DN進(jìn)展中表達(dá)減少，SIRT過表達(dá)可維持腎功能，延緩DN的發(fā)展，這與增加SIRT3激活A(yù)MP活化蛋白激酶途徑、增強(qiáng)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α相關(guān)線粒體保護(hù)系統(tǒng)、維持氧化還原平衡、封閉胱天蛋白酶9相關(guān)凋亡途徑在DN中的作用有關(guān)。Wang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在DN動物模型和高糖處理的小鼠以及人足細(xì)胞與近段小管上皮細(xì)胞中，G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5通過激活SIRT3誘導(dǎo)線粒體生物合成并防止腎氧化應(yīng)激和脂質(zhì)蓄積。這些結(jié)果均提示，SIRT3表達(dá)增加可對DN起保護(hù)作用。我國成人高血壓患病人數(shù)已達(dá)3億，患病率高達(dá)27.8%，高血壓腎臟損害所致ESRD發(fā)病率亦逐年上升[34]。腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化和蛋白尿是高血壓性腎損傷的主要病理特征，減輕腎臟纖維化可以有效緩解腎臟損傷。Lin等[35]研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ灌注的高血壓腎病小鼠模型的SIRT3表達(dá)顯著減少，同時(shí)伴有內(nèi)皮細(xì)胞的誘導(dǎo)、ROS的增加以及腎臟纖維化，SIRT3敲除加重了這些損傷，而SIRT3過表達(dá)通過促進(jìn)叉頭框蛋白O3a去乙?；捌浜艘莆?，導(dǎo)致激活的叉頭框蛋白O3a依賴性過氧化氫酶表達(dá)增加，減少ROS產(chǎn)生，抑制內(nèi)皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而緩解高血壓腎損害。Li等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在血管緊張素Ⅱ灌注的高血壓腎病小鼠模型中，SIRT3基因敲除加重了高血壓引起的腎功能不全和腎臟纖維化，而SIRT3過表達(dá)減輕了上述損傷；同時(shí)該研究表明，SIRT3與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成負(fù)調(diào)節(jié)劑krüppel樣因子15存在共定位關(guān)系，SIRT3可使krüppel樣因子15去乙酰化，從而減輕腎臟纖維化。

2.3腎臟衰老 腎臟作為人體必需的高能量器官，是機(jī)體衰老的重要靶器官之一，腎臟衰老會促進(jìn)老年CKD的發(fā)生。有研究表明，老齡是AKI患者死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，線粒體的完整性有助于防止衰老和各種慢性疾病相關(guān)的損害，SIRT3通過調(diào)節(jié)細(xì)胞器的不同過程在維持線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用[37]。生物能量學(xué)的衰退是老年人普遍虛弱的基礎(chǔ)，也是代謝性疾病和退行性疾病廣泛分布的基礎(chǔ)。與年輕人相比，老年人腎臟的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了漸進(jìn)性改變，更容易患糖尿病和CKD。在嚙齒動物和非靈長類動物中，熱量限制是延緩衰老和降低年齡相關(guān)疾病發(fā)病率最有效的營養(yǎng)干預(yù)措施。由于SIRT3對線粒體蛋白乙?；闹鼐幊逃兄钸h(yuǎn)的影響，SIRT3首先被認(rèn)為是一種適應(yīng)熱量限制的中樞因子，能夠延長壽命和延緩與年齡相關(guān)的疾病[5]。Wang等[38]研究表明，外源性環(huán)腺苷酸通過直接與SIRT3結(jié)合提高了SIRT3的活性，改善了衰老相關(guān)表型，從而防止代謝紊亂。SIRT3位于人類染色體11p15.5上的一大簇與長壽相關(guān)的基因中，在SIRT3基因中發(fā)現(xiàn)的通過增加SIRT3的表達(dá)而導(dǎo)致長壽的單核苷酸多態(tài)性，為SIRT3依賴性調(diào)節(jié)人類衰老提供了證據(jù)[39]。

3 小 結(jié)

AKI具有極高的發(fā)病率和病死率，成為威脅患者生命安全的主要疾病之一。AKI進(jìn)展為慢性腎衰竭后，會嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，且占據(jù)大部分醫(yī)療資源。SIRT3主要通過調(diào)節(jié)ATP合成、減少ROS產(chǎn)生、抗氧化應(yīng)激、維持線粒體結(jié)構(gòu)完整、延緩衰老等對腎臟損害起保護(hù)作用，但其上下游通路以及調(diào)控機(jī)制尚不完全清楚。目前已發(fā)現(xiàn)的SIRT3特異性激活劑的種類較少，特異性亦相對較低，同時(shí)缺乏深入的體內(nèi)研究及臨床應(yīng)用，因此深入研究SIRT3在腎臟疾病中參與的信號通路以及分子靶點(diǎn)有助于發(fā)現(xiàn)更多的靶向藥物，從而為疾病的治療提供新方法。