梁文琦 柳柯 龔樹生

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（北京 100050）

沉默信息調(diào)節(jié)因子2（silencing information regulator 2,Sir2）作為一類煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依賴性去乙?；?，最早是在酵母菌中被發(fā)現(xiàn)的[1]。迄今為止發(fā)現(xiàn)的哺乳動物Sir2同源蛋白質(zhì)有7個，分別為SIRT1～7，稱為Sir2-相關(guān)酶類（Sir2-related enzymes,Sirtuins）[2]。Sirtuins家族的特征是高度保守的NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域，并含有催化核心外的N-末端和C-末端延伸，不保守的延伸末端使其能與多種底物結(jié)合從而完成不同的生物學(xué)功能[3]。人類Sirtuins家族的各個成員的染色體信息、翻譯后蛋白信息和功能見表1[4-10]。Sirtuins家族參與染色質(zhì)重塑、DNA修復(fù)、衰老、新陳代謝和氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)等多種生理過程，而這些生理過程大多參與了感音神經(jīng)性聾的發(fā)生與發(fā)展，因此，近年來人們發(fā)現(xiàn)Sirtuins家族在多種類型的感音神經(jīng)性聾的發(fā)病機(jī)制中扮演著重要的角色。

表1 Sirtuins家族各成員的染色體信息、翻譯后蛋白信息和功能Table 1 Chromosome information,post-translational protein information and function of Sirtuins family

1 Sirtuins家族在內(nèi)耳中的表達(dá)

在Sirtuins家族中，SIRT1與SIRT2同源性最高，也是研究最多的一員[11]。其基因結(jié)構(gòu)高度保守，蛋白廣泛表達(dá)于機(jī)體的各種組織細(xì)胞中[12]。SIRT1在C57BL/6小鼠內(nèi)耳中大量表達(dá)，包括毛細(xì)胞、螺旋韌帶的纖維細(xì)胞、中間細(xì)胞、血管紋邊緣細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞[13]。SIRT1蛋白表達(dá)定位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，通過對底物蛋白賴氨酸殘基的去乙?；饔茫{(diào)節(jié)底物蛋白生物活性，廣泛參與基因轉(zhuǎn)錄、能量代謝和細(xì)胞衰老等多個過程[14]。人類SIRT2主要在大腦中表達(dá)。有報(bào)道認(rèn)為SIRT2的功能與SIRT1相互拮抗，SIRT2在神經(jīng)退行性疾病中起到的是破壞的作用[15]。SIRT3、SIRT4和SIRT5定位于線粒體，但SIRT3被認(rèn)為是主要的線粒體去乙?；福?yàn)榕cSIRT4和SIRT5缺陷小鼠相比，SIRT3缺陷小鼠肝臟和棕色脂肪組織中的線粒體蛋白表現(xiàn)出高度乙?；痆16]。SIRT3基因編碼的蛋白定位于細(xì)胞線粒體中膜[17]。在內(nèi)耳中，SIRT3分布于負(fù)責(zé)將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成神經(jīng)信號的耳蝸毛細(xì)胞，將神經(jīng)信號從耳蝸上皮傳遞到大腦的螺旋神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)細(xì)胞，以及負(fù)責(zé)供應(yīng)營養(yǎng)、組成血管的血管內(nèi)皮細(xì)胞[18]。

2 Sirtuins家族與感音神經(jīng)性聾的發(fā)病機(jī)制

2.1 Sirtuins家族與內(nèi)耳細(xì)胞凋亡

Sirtuins家族通過多種途徑參與了內(nèi)耳細(xì)胞損傷：（1）SIRT1的表達(dá)量隨著聽力喪失和毛細(xì)胞丟失而減少，表明SIRT1可能具有保護(hù)聽覺功能的作用[13]；（2）SIRT1可以通過miR-34a/SIRT1/p53信號通路調(diào)控老年性耳蝸毛細(xì)胞凋亡。當(dāng)過表達(dá)miR-34a時，抑制SIRT1的表達(dá)，其對p53蛋白的去乙?；芰ο陆?，從而導(dǎo)致p53活性上升，最終促進(jìn)了內(nèi)耳細(xì)胞的凋亡。而反過來，使用白藜蘆醇激活SIRT1，能夠有效地緩解因miR-34a過表達(dá)而引起的毛細(xì)胞凋亡[19]；（3）miR-34a過表達(dá)能抑制SIRT1的表達(dá)，從而促進(jìn)毛細(xì)胞凋亡。miR-34a通過負(fù)性調(diào)節(jié)SIRT1/HIF-1α信號通路而發(fā)揮有害作用，為糖尿病聽力障礙的治療提供了新的靶點(diǎn)[20]；（4）微小RNA-29b （microRNA-29b，miR-29b）過表達(dá)能抑制SIRT1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子 1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1,PGC-1α）的表達(dá)，導(dǎo)致線粒體功能障礙、毛細(xì)胞凋亡增加。抑制miR-29b基因可增加SIRT1和PGC-1α的表達(dá)，從而減少毛細(xì)胞凋亡[21]。另外，心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本（myocardial infraction association transcript,MIAT）可下調(diào)miR-29b含量，從而上調(diào)SIRT1/PGC-1α的表達(dá)。SIRT1/PGC-1α含量降低能通過促進(jìn)耳蝸毛細(xì)胞凋亡從而促進(jìn)年齡相關(guān)性聽力損失的發(fā)生[22]；（5）SIRT1的沉默通過抑制自噬促進(jìn)了毛細(xì)胞凋亡，而SIRT1激活能恢復(fù)自噬，減少毛細(xì)胞凋亡，從而延緩年齡相關(guān)的聽力損失[23]；（6）SIRT2抑制劑AK-7可減少耳蝸細(xì)胞凋亡，減輕噪聲所致的聽力損失，表明SIRT2對耳蝸細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用參與了噪聲性聾的發(fā)病機(jī)制[24]；（7）Someya等[25]發(fā)現(xiàn)衰老會導(dǎo)致野生型和SIRT3缺陷小鼠的聽力損失。然而，雖然卡路里限制減少了野生型小鼠與年齡相關(guān)的神經(jīng)元和毛細(xì)胞的丟失，延緩了聽力損失的進(jìn)展，但這種影響在SIRT3缺陷的動物中完全消失。該研究表明SIRT3是調(diào)節(jié)年齡相關(guān)性聽力損失對卡路里限制反應(yīng)的關(guān)鍵分子。其后他們發(fā)現(xiàn)，SIRT3表達(dá)量增多能保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，并抑制了年齡相關(guān)螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和毛細(xì)胞的凋亡[26]。

2.2 Sirtuins家族與氧化損傷

Sirtuins家族在氧化損傷中也扮演著多種重要的角色。（1）在順鉑處理的耳蝸組織中，p53上調(diào)miR-34a表達(dá)量，聚（ADP-核糖）聚合酶1（poly（ADP-ribose）polymerase 1,PARP-1）激活引起 NAD+減少，從而導(dǎo)致SIRT1的蛋白水平和活性水平均下降，加劇了順鉑的耳毒性[27]；（2）miR-34a過表達(dá)能抑制SIRT1的表達(dá)，增加了高糖誘導(dǎo)的缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1alpha,HIF-1α）的表達(dá)，通過氧化損傷促進(jìn)糖尿病聽力障礙的發(fā)生發(fā)展[20]；（3）在小鼠噪聲性聾模型中，SIRT2在耳蝸中的表達(dá)量增多。并且用一種SIRT2抑制劑AK-7抑制SIRT2的表達(dá)，可減少DNA氧化損傷，從而減輕噪聲所致的聽力損失[24]；（4）SIRT3 表達(dá)減少使SOD2乙?；黾印⒒钚韵陆?，引起氧化產(chǎn)物累積，從而導(dǎo)致聽皮層氧化損傷[28]；（5）熱量限制促進(jìn)了SIRT3的表達(dá)，導(dǎo)致線粒體異檸檬酸脫氫酶2（iso‐citrate dehydrogenase 2，IDH2）去乙?；⒓せ?，導(dǎo)致線粒體中NADPH水平的升高和還原型谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽比率的增加，從而提高了年齡相關(guān)螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和毛細(xì)胞對氧化應(yīng)激的抵抗力[26]；（6）SIRT3過表達(dá)減少了噪聲暴露引起的軸突變性，從而使小鼠對噪聲性聾具有抵抗力，而SIRT3的缺失降低了煙酰胺核苷的保護(hù)作用和NAD+生物合成酶的表達(dá)[29]；（7）丙烯醛顯著降低SIRT3的表達(dá)，誘導(dǎo)耳蝸核神經(jīng)元線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激，而慢病毒轉(zhuǎn)染過表達(dá)SIRT3可部分阻止丙烯醛誘導(dǎo)的耳蝸核神經(jīng)元損傷。這些結(jié)果表明SIRT3在丙烯醛耳毒性中起保護(hù)作用[30]。

2.3 Sirtuins家族與內(nèi)耳自噬

目前關(guān)于Sirtuins家族通過自噬途徑參與感音神經(jīng)性聾發(fā)病機(jī)制的研究較少。有研究發(fā)現(xiàn)，在早期階段，順鉑能夠通過誘導(dǎo)HEI-OC1細(xì)胞中SIRT1的增加從而調(diào)節(jié)自噬，提示SIRT1通過自噬激活參與了順鉑所致感音神經(jīng)性聾的發(fā)病機(jī)制[31]。SIRT1通過去乙?；诵淖允傻鞍譇TG9A參與了年齡相關(guān)的聽力損失的發(fā)病機(jī)制。ATG9A不僅參與自噬體膜的形成，而且是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬的感受器[23]。

2.4 Sirtuins家族其他成員與感音神經(jīng)性聾

目前關(guān)于SIRT4、SIRT5和SIRT6和感音神經(jīng)性聾之間的因果聯(lián)系仍不確定。SIRT4和SIRT5在線粒體中有著特異的底物，關(guān)于它們在感音神經(jīng)性聾中的作用機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。SIRT7的主要生物學(xué)活性尚不清楚。據(jù)報(bào)道，SIRT7是選擇性組氨酸H3K18脫乙酰酶[32]和RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄激活劑[33]。SIRT7介導(dǎo)的GABPβ1的脫乙?；龠M(jìn)了GABPα與GABPα的復(fù)合物形成和GABPβ/GABPβ異四聚體的轉(zhuǎn)錄激活，從而影響了線粒體動態(tài)平衡，故SIRT7基因敲除小鼠出現(xiàn)多系統(tǒng)線粒體功能障礙,其中包括年齡相關(guān)性聽力損失[34]。

3 Sirtuins家族的激動劑和抑制劑

目前，在感音神經(jīng)性聾領(lǐng)域中，對Sirtuins家族中SIRT1和SIRT3的激動劑和抑制劑研究較多。SIRT1的功能激動劑主要包括白藜蘆醇、SRT1720、銀杏葉提取物EGb761和云芝等。（1）SIRT1的天然激動劑白藜蘆醇，能改變12月齡C57BL/6小鼠的自噬損害，延遲年齡相關(guān)的聽力損失[23]；（2）特異性SIRT1激活劑SRT1720能有效地減少順鉑誘導(dǎo)的HEI-OC1細(xì)胞聽覺細(xì)胞系、斑馬魚側(cè)線和C57BL/6小鼠耳蝸毛細(xì)胞丟失，提示SIRT1可作為治療順鉑所致感音神經(jīng)性聾的潛在治療策略[31]；（3）銀杏葉提取物EGb761對3-硝基丙酸所致急性耳毒性動物模型有明顯的聽力保護(hù)作用，其機(jī)制可能是3-硝基丙酸降低了SIRT1的表達(dá)，而EGb761能維持SIRT1在耳蝸中的表達(dá)，從而保護(hù)螺旋韌帶和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的纖維細(xì)胞[35]；（4）梅尼埃病患者的SIRT1水平以及血漿中還原谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值顯著升高，梅尼埃病患者處于全身氧化應(yīng)激狀態(tài)，而在梅尼埃病加云芝治療組中，SIRT1含量和血漿中還原谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值均下降，表明云芝能通過SIRT1誘導(dǎo)對細(xì)胞內(nèi)促氧化狀態(tài)的反應(yīng)[36]。

SIRT3活性在NAD+含量升高或NADH含量降低時被激活，反之當(dāng)NAD+含量降低或NADH含量升高時被抑制[37]。NAD+耗盡時產(chǎn)生的大量活性氧（ROS），從 而 介 導(dǎo) 了 線 粒 體 SIRT3 含 量 升 高[38]。Adjudin是SIRT3的激活劑，它可以上調(diào)SIRT3，抑制ROS產(chǎn)生和細(xì)胞凋亡[39]。目前在實(shí)驗(yàn)過程中激活SIRT3蛋白的方法有熱量限制[40]，白藜蘆醇對SIRT3也有一定的激活作用[41]。研究人員也會通過直接過表達(dá)SIRT3的方法對其作用進(jìn)行研究。另外，SIRT1在多種轉(zhuǎn)錄激活和翻譯后修飾活動中參與調(diào)控SIRT3信號通路[42]。

4 結(jié)論

Sirtuins家族作為具有多種生物學(xué)功能的重要因子，在能量代謝、生長發(fā)育、修復(fù)損傷及凋亡等多種生理活動中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，但關(guān)于Sirtuins家族和感音神經(jīng)性聾的研究數(shù)量并不多。目前研究中涉及到的Sirtuins家族成員有SIRT1、SIRT2和SIRT3。在圖1中，我們闡明了這三位成員在感音神經(jīng)性聾發(fā)病機(jī)制中的重要作用。但是，現(xiàn)有的研究對Sirtuins家族生物學(xué)功能的理解并不全面，需要進(jìn)一步對其上下游分子進(jìn)行探討?？傊?，Sirtuins家族是感音神經(jīng)性聾發(fā)生發(fā)展機(jī)制研究中一個非常具有前景和科學(xué)價值的著眼點(diǎn)和切入點(diǎn)。

圖1 SIRT1、SIRT2和SIRT3通過多種上下游分子，調(diào)節(jié)毛細(xì)胞凋亡和聽皮層損傷。Fig.1 SIRT1,SIRT2 and SIRT3 regulate hair cell apoptosis and auditory cortex damage through a variety of upstream and downstream molecules.