河泰麟，龐濤

(中國藥科大學(xué)藥物科學(xué)研究院，江蘇 南京 210009)

Kaeberlein 等[1]于1999年首次發(fā)現(xiàn)沉默信息調(diào)控因子2(Sir2)可調(diào)節(jié)釀酒酵母的壽命，Sir2突變型菌株的壽命顯著縮短，而Sir2過表達菌株的壽命則顯著延長，掀起了人們對沉默調(diào)節(jié)蛋白(sirtuins，SIRT)的研究熱潮。在哺乳動物中，SIRT家族由7個成員(SIRT1～SIRT7)組成，具有275個氨基酸的保守催化結(jié)構(gòu)域[2]。SIRT最初被分類到第三類組蛋白去乙酰化酶中，但目前許多研究發(fā)現(xiàn)其也可作用于非組蛋白上的蛋白質(zhì)，從賴氨酸殘基上發(fā)揮去乙?；鶊F的作用[3]。在四類組蛋白去乙酰化酶中，SIRT是唯一一類需要煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)作為共同底物來水解乙?；被釟埢娜ヒ阴；竅4]。SIRT將氨基酸殘基的去乙?；饔门cNAD+的消耗結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生兩種副產(chǎn)物，煙酰胺和O-乙?；鵄DP核糖[5]。從目標蛋白的賴氨酸殘基上去除乙?；鶗绊慡IRT的功能、定位和穩(wěn)定性。

并非所有的SIRT成員都是以去賴氨酸乙?；δ転橹鳎琒IRT1、SIRT2和SIRT3是較強的去乙?；竅6]。然而，賴氨酸殘基的側(cè)鏈可以被其他酰基修飾，如甲酰基、丙?；?、丁?；?、巴豆?；顽牾；萚7]。SIRT除了具有多種酶促功能外，還具有獨特的亞細胞定位。總之，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)SIRT通過其獨特的酶功能、細胞定位及亞細胞定位作用于多種底物并調(diào)節(jié)各種細胞過程，參與缺血性腦卒中的發(fā)病及預(yù)后。

1 SIRT1

SIRT1是SIRT家族中最保守，研究最廣泛的一個[8]。SIRT1通過去乙?；M蛋白殘基(如H3K9、H3K56、H3K14及H3K16)抑制轉(zhuǎn)錄[9]。此外，SIRT1還可以去乙?；墙M蛋白，調(diào)節(jié)DNA修復(fù)、糖酵解、線粒體功能、炎癥、氧化應(yīng)激以及細胞凋亡等過程[8-9]。大量文獻表明SIRT1介導(dǎo)各種缺血和神經(jīng)退行性疾病。

在大腦中，SIRT1主要定位于神經(jīng)元細胞核中，在神經(jīng)干細胞、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中也有表達。SIRT1調(diào)控大腦中許多重要的生理過程，如基因組穩(wěn)定性、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)突向外生長、突出可塑性和認知功能[10]。

在腦缺血發(fā)生后，SIRT1具有維持線粒體功能穩(wěn)態(tài)、介導(dǎo)NAD+的神經(jīng)保護作用、減少氧化應(yīng)激、維持血容量以及減少炎癥反應(yīng)的作用。腦缺血及再灌注后SIRT1表達持續(xù)降低，SIRT1-/-小鼠的梗死體積要顯著大于野生型小鼠，而SIRT1過表達小鼠則可以延緩腦缺血損傷。雙側(cè)頸總動脈閉塞引起小鼠腦血流量減少至20%～25%，但在過表達SIRT1小鼠中僅減少至45%～50%，在閉塞數(shù)天后腦血流量恢復(fù)到了接近基線的水平，表明SIRT1具有維持腦血流、降低腦缺血程度的作用。這是由于SIRT1具有調(diào)控腦內(nèi)皮細胞遷移的作用，使缺氧誘導(dǎo)因子2α(hypoxia inducible factor-2α，HIF-2α)去乙?；?，增加其轉(zhuǎn)錄，最終促進紅細胞對低氧的適應(yīng)性，促進紅細胞生成素的分泌[11]。

SIRT1還可以調(diào)控炎癥反應(yīng)，從而起到神經(jīng)保護作用。許多研究都發(fā)現(xiàn)了白藜蘆醇(SIRT1激動劑)在小鼠腦缺血后數(shù)小時甚至數(shù)天后給藥都具有抗腦缺血的作用。NF-κB在腦缺血再灌注中介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，白藜蘆醇通過激動SIRT1可以使NF-κB去乙?；?，從而降低其活性。然而，除了激動SIRT1外，白藜蘆醇還可以激動SIRT3和SIRT5以及非沉默調(diào)節(jié)蛋白，因此其神經(jīng)保護作用可能并不完全依賴于SIRT1[12]。此外，白藜蘆醇已經(jīng)在包括缺血性腦卒中在內(nèi)的多種疾病中開展了臨床試驗。

盡管大多數(shù)研究都支持SIRT1的神經(jīng)保護作用，但一些證據(jù)表明SIRT1不能抵抗腦缺血，甚至可能加重腦缺血損傷。一項研究發(fā)現(xiàn)，過表達SIRT1可防止小鉀顆粒神經(jīng)元中低鉀誘導(dǎo)的細胞死亡。然而，SIRT抑制劑煙酰胺或Sirtinol并沒有抵消這種保護作用，這表明SIRT1可能參與其他神經(jīng)保護機制[13]。此外，SIRT1可能導(dǎo)致局部缺血后NAD+的快速下降,煙酰胺通過保持NAD+水平來防止興奮性毒性細胞死亡[13]?？傊?，SIRT1在腦缺血中的神經(jīng)保護作用需要更多的研究來闡明并完善。

2 SIRT2

SIRT2主要位于細胞質(zhì)中，但也可入核。SIRT2的功能包括對α-微管蛋白的去乙酰化和H3K4、H3K16的去乙酰化，從而調(diào)控染色體的濃縮。SIRT2在大腦中高度表達，并主要定位于少突膠質(zhì)細胞，在小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和神經(jīng)干細胞中表達極低。在大腦中，SIRT2具有抑制少突膠質(zhì)細胞分化、調(diào)控小膠質(zhì)細胞的促炎和抗炎、誘導(dǎo)神經(jīng)元細胞死亡以及抑制神經(jīng)突生長等眾多功能。

SIRT2在缺血性腦卒中中表現(xiàn)出有害的作用。SIRT2抑制劑或其基因敲除可促進缺血性腦卒中的良好預(yù)后。Xie等[14]研究表明，下調(diào)腦內(nèi)SIRT2對腦缺血性損傷具有神經(jīng)保護作用，SIRT2抑制劑AGK2顯著降低小鼠短暫性大腦中動脈阻塞(transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO)后梗塞體積并改善其神經(jīng)功能缺損。與野生型小鼠相比，SIRT2-/-小鼠tMCAO后H4K16乙酰化增加，但尚未確定這種修飾的基因組靶標。作者認為其潛在核靶標是FOXO轉(zhuǎn)錄因子。在細胞應(yīng)激下，SIRT2使FOXO1和FOXO3a去乙?；?，從而誘導(dǎo)自噬和線粒體超氧化物歧化酶(MnSOD)表達增加。Krey等[15]研究發(fā)現(xiàn)，敲除SIRT2能夠減輕tMCAO模型后雄性小鼠的神經(jīng)功能缺損。另外，Nie等[16]研究表明，氧化應(yīng)激后，SIRT2在PC12細胞系中上調(diào)并促進細胞凋亡。SIRT2抑制劑和SIRT2敲低均可以通過減少ROS的產(chǎn)生來減少H2O2誘導(dǎo)的細胞死亡。

目前為止，絕大部分文章都認為SIRT2在缺血性腦卒中后具有加重腦損傷的作用，這一現(xiàn)象在靶向沉默調(diào)節(jié)蛋白治療缺血性腦卒中領(lǐng)域上值得進一步探究。

3 SIRT3

SIRT3是一種主要在線粒體內(nèi)表達的賴氨酸去乙?；?，作為應(yīng)激反應(yīng)蛋白在維持線粒體穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。在養(yǎng)分缺失或氧化應(yīng)激后，SIRT3能調(diào)節(jié)線粒體能量代謝和ROS水平。SIRT3的去乙?；€參與三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化、脂肪酸氧化、氨基酸代謝、尿素循環(huán)和ROS解毒等過程。

眾多研究闡明了SIRT3在缺血性腦卒中后的潛在功能。SIRT3在H2O2誘導(dǎo)的原代神經(jīng)元細胞和神經(jīng)元細胞系氧化應(yīng)激中具有神經(jīng)保護作用。Wang等[17]發(fā)現(xiàn)，H2O2處理運動神經(jīng)元樣細胞NSC34后，SIRT3水平有所降低，用丙戊酸或鋰預(yù)處理可減輕這種毒性，這種保護作用與SIRT3水平升高有關(guān)。Dai等[18]研究顯示，用H2O2處理小鼠海馬細胞HT22后，SIRT3水平呈時間和濃度依賴性升高，SIRT3的敲低會使損傷加重，而SIRT3的過表達則通過降低ROS和脂質(zhì)過氧化起到神經(jīng)保護作用。

SIRT3在缺血性腦卒中中的作用也有廣泛研究。Yin等[19]研究表明，小鼠tMCAO后，酮類物質(zhì)可減少腦梗塞體積并改善神經(jīng)功能缺損。這種保護作用與NAD+/NADH、SIRT3水平、SIRT3下游抗氧化基因FOXO3a和SOD2的增加相關(guān)。在原代神經(jīng)元中過表達SIRT3增強了它們對魚藤酮(線粒體復(fù)合體I的抑制劑)的抵抗力，而SIRT3敲除則抵消了保護作用并降低了FOXO3a和SOD2的水平。因此，該研究通過激活抗氧化基因來支持酮類的依賴SIRT3的神經(jīng)保護作用。

相反，一些研究揭示了SIRT3的有害作用。Novgorodov等[20]研究表明，SIRT3通過增加神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生來促進腦缺血損傷。研究表明，缺血/再灌注損傷會激活SIRT3，從而使線粒體神經(jīng)酰胺合酶去乙酰化，從而導(dǎo)致其酶促活性和神經(jīng)酰胺豐度增加。此外，Pfister等[21]的研究表明，在CGNs和HT22細胞中，SIRT3的過度表達能誘導(dǎo)細胞凋亡。盡管多項研究支持SIRT3在腦缺血性損傷中具有神經(jīng)保護作用，但仍需要進行進一步研究以更好地了解SIRT3的作用。

4 SIRT4

SIRT4的去乙?；钚暂^低，主要發(fā)揮ADP核糖轉(zhuǎn)移酶活性。SIRT4通過丙二酰輔酶A脫羧酶的作用，能夠抑制骨骼肌中的脂肪酸氧化并促進脂肪生成。而在缺血性腦卒中領(lǐng)域中，SIRT4的功能還有待進一步探究，僅有一項研究解釋了SIRT4對興奮性毒性損傷的作用。在海藻酸預(yù)處理后，小鼠海馬中SIRT4水平升高，SIRT4基因敲除鼠注射海藻酸后，會加重細胞凋亡和癲癇樣癥狀。SIRT4主要在星形膠質(zhì)細胞中表達，SIRT4基因敲除鼠對谷氨酸轉(zhuǎn)運體-1依賴的谷氨酸攝取率顯著降低，這表明SIRT4在保護興奮性毒性損傷中可能起到重要作用，具有神經(jīng)保護作用[22]。SIRT4在大腦中的整體功能仍未得到充分探索。

5 SIRT5

SIRT5具有去丙二?；?、去戊二酰化、去琥珀酰化和去乙?；钚訹23]。SIRT5參與調(diào)節(jié)糖酵解、呼吸作用、脂肪酸氧化和細胞凋亡[24]。重組人蛋白激酶Cε型(recombinant human PKC epsilon，PKCE)通過激動SIRT5對缺血性腦損傷發(fā)揮神經(jīng)保護作用。在神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)中，PKCE增加了線粒體SIRT5的活性和表達，與線粒體琥珀?；嘘P(guān)。SIRT5基因敲除小鼠的線粒體呼吸復(fù)合物的耗氧率降低，導(dǎo)致皮質(zhì)中線粒體賴氨酸琥珀酰化水平升高，PKCE預(yù)處理可增強野生型小鼠的線粒體呼吸作用，但對SIRT5基因敲除鼠沒有顯著的腦缺血損傷的神經(jīng)保護作用。因此，這項研究支持SIRT5可能通過調(diào)節(jié)線粒體呼吸對缺血性腦卒中有保護作用。SIRT5基因的遺傳變異與頸動脈斑塊的形成相關(guān)。頸動脈斑塊的積聚增加了動脈粥樣硬化的風(fēng)險，而動脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的一大病因，因此本研究表明SIRT5在缺血性腦卒中發(fā)病中具有潛在作用。因此，盡管一些報道支持SIRT5在腦缺血性損傷中具有神經(jīng)保護作用，但其功能有待進一步研究。

6 SIRT6

SIRT6具有組蛋白去乙?；竅25]、ADP核糖基化酶[26]和去淀粉化酶[27]活性。它作用于乙?；馁嚢彼釟埢鏗3K9ac和H3K56ac，以抑制基因表達并促進基因組穩(wěn)定性[27]，維持端粒穩(wěn)定性[28]。SIRT6還通過ADP核糖基化激活聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-1，在DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用[26]。此外，據(jù)報道，SIRT6具有抗感染、維持代謝穩(wěn)態(tài)、防止和延緩衰老等功能[29-30]。SIRT6基因敲除小鼠的壽命縮短，表現(xiàn)出類似衰老的退化過程，由于葡萄糖攝取和糖酵解增加而表現(xiàn)出嚴重的低血糖表型[31]。然而，過表達SIRT6的小鼠對高脂飲食引起的代謝損傷具有抵抗力，并能延長雄性小鼠的壽命，但對雌性小鼠沒有影響[32]。

用Na2S(H2S的外源供體)預(yù)處理腦內(nèi)皮細胞系bEnd.3保護細胞免受氧糖剝奪(oxygen glucose deprivation，OGD)誘導(dǎo)的細胞死亡[33]。這與ROS的產(chǎn)生減少和抗氧化劑基因SOD和過氧化氫酶(CAT)的活性增加有關(guān)。Na2S處理也增加了SIRT6的表達和活性，而OGD降低了它的表達和活性。抑制SIRT6降低了SOD和CAT的活性，并削弱了Na2S介導(dǎo)的針對內(nèi)皮細胞中OGD的保護作用。Lee等[34]也發(fā)現(xiàn)SIRT6具有腦保護作用，文中稱SIRT6主要存在于神經(jīng)元細胞中，在體內(nèi)外腦缺血模型下，SIRT6減少表達降低，高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1，HMGB1)從細胞核到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運及其細胞外釋放，這一過程可以促進腦炎癥。在SH-SY5Y細胞中敲除SIRT6不會影響OGD誘導(dǎo)的細胞死亡，但會增加HMGB1向細胞外分泌。這項研究認為SIRT6能阻止HMGB1釋放，可能會減輕腦部炎癥。

然而有少量文章提出了SIRT6的有害作用。在缺血再灌注損傷后，H2O2的水平升高，導(dǎo)致氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷。Shao等[35]發(fā)現(xiàn)，SH-SY5Y神經(jīng)元細胞在H2O2刺激后SIRT6表達減少。SIRT6的過表達進一步加劇了細胞壞死和ROS的產(chǎn)生。SIRT6通過抑制AKT信號傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自噬，而SIRT6抑制劑和自噬抑制則能夠減輕細胞死亡。

7 SIRT7

SIRT7主要存在于核仁中，通過RNA聚合酶I亞基的去乙酰作用在核糖體RNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中發(fā)揮積極作用[17]。SIRT7還可以通過間接激活RNA聚合酶III來調(diào)節(jié)核糖體RNA轉(zhuǎn)錄[36]。這兩個事件都是蛋白質(zhì)翻譯所必需的。此外，SIRT7還有組蛋白去琥珀酸酶活性，使H3K122去琥珀?；⒋龠M染色質(zhì)凝聚和DNA損傷修復(fù)。

尚未有人研究SIRT7在缺血性腦卒中中的作用，目前認為SIRT7僅是與腦卒中相關(guān)的基因之一，有待深入研究。

8 總結(jié)與展望

總之，許多研究支持靶向SIRT家族在腦缺血性損傷前后的重要性，為臨床上治療缺血性腦卒中提供了新思路。然而，對于SIRT家族的功能了解還不夠深入，特別是在大腦中高度表達，并表現(xiàn)出明顯的區(qū)域和細胞定位的SIRT成員。另外，針對某一SIRT成員的特異性藥理激動劑或抑制劑有待研發(fā)，因為不同SIRT成員對缺血性腦卒中的作用可能是相反的。