劉 波，謝 珍，徐 彭

(江西中醫(yī)學院藥學院藥理學科組，江西南昌 330004)

Sirt1是哺乳動物沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator 2，Sir2)同源蛋白(Sirt1～7)中與酵母菌Sir2同源性最高的［1］，也是第1個被發(fā)現(xiàn)的Sirtuin蛋白家族成員。據(jù)報道［2-3］，Sir2相關(guān)酶類是基因高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的第Ⅲ類組蛋白去乙?；?，參與組蛋白和非組蛋白賴氨酸殘基的脫乙?；?，通過對p53、FOXO(class O subfamily of forkhead box)、NF-κB 等轉(zhuǎn)錄因子去乙?；揎?，調(diào)控細胞增殖、分化、新陳代謝等，對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、細胞代謝及腫瘤發(fā)病等過程發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Sirt1在骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病、防治中同樣發(fā)揮重要作用。

1 Sirt1的分子生物學特征

Sirt1是1999年首先在人體發(fā)現(xiàn)［4］，基因定位于染色體10q21.3，基因全長33 kb，包含9個外顯子和8個內(nèi)含子。Sirt1蛋白包括500個氨基酸殘基，從結(jié)構(gòu)上來看，包含一個保守性較高，由Rossmann折疊構(gòu)成的大結(jié)構(gòu)域和一個由鋅帶結(jié)構(gòu)和螺旋構(gòu)件組成的保守性相對低的小結(jié)構(gòu)域，通過大、小結(jié)構(gòu)域形成的裂隙是底物與Sirt1結(jié)合并發(fā)生催化反應的場所。研究表明，Sirt1在胚胎早期和生殖細胞等成熟組織中均有表達，參與包括DNA轉(zhuǎn)錄和損傷修復、代謝調(diào)控等一系列的細胞活動［5］。

蛋白乙?；揎検强赡娴牡鞍坠矁r修飾形式，由組蛋白乙?；负腿ヒ阴；腹餐{(diào)控，使蛋白功能處于動態(tài)平衡，是蛋白功能變化的主要表現(xiàn)方式，參與機體大多生理、病理過程。僅采用蛋白質(zhì)組學的方法，在133個小鼠線粒體蛋白就發(fā)現(xiàn)存在277個乙?；稽c［6］，在1750個蛋白同樣發(fā)現(xiàn)3600個乙?；稽c，表明蛋白的乙?；?去乙?；{(diào)控過程影響細胞的分子信號傳導途徑［7］。Sirt1將蛋白底物中賴氨酸的乙?；D(zhuǎn)移到煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的ADP核糖上，產(chǎn)生去乙酰化的蛋白，煙酰胺(NAM)和2'-O-乙酰基-ADP 核糖［8］。這一過程可使 PGC1s、FOXO1、NF-κB、LXRs等蛋白去乙?；?，參與炎癥、腫瘤、代謝等眾多病理過程，表明Sirt1在機體中起著復雜的調(diào)控作用。

2 Sirt1與骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis)是一種常見的慢性進行性疾病，以骨量減少，骨微結(jié)構(gòu)破壞，骨強度降低等為特征。近年來，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率不斷提升，據(jù)估計2020年美國骨量減少或骨質(zhì)疏松癥患者將達6 100萬，而2006年我國50歲以上的骨質(zhì)疏松癥患者就達6 944萬。從目前研究來看，骨質(zhì)疏松癥的本質(zhì)主要是骨組織吸收和形成失衡，骨礦物質(zhì)及其基質(zhì)等比減少，表現(xiàn)為骨量減少、骨骼微細結(jié)構(gòu)破壞，以及骨脆性增高，骨載荷、彎曲應力等生物力學強度下降等，易發(fā)生微細骨折或完全骨折。

Sirt1與骨代謝、骨量關(guān)系密切，組蛋白的去乙酰化修飾可抑制骨形成，降低成骨細胞中骨鈣素和堿性磷酸酶的表達，減少成骨細胞的增殖、分化［9］。Cohen-Kfir等［10］采用Sirt1缺陷的小鼠(Sirt1胚系突變的129/Sv小鼠)考察骨骼表性特征，發(fā)現(xiàn)與野生型(Sirt+/+)小鼠相比，Sirt1單倍體(Sirt1+/-)小鼠骨量、骨小梁數(shù)目、股骨體積分數(shù)、第4腰椎骨礦物質(zhì)含量顯著減少，雌性小鼠表現(xiàn)尤為突出，但小鼠骨小梁厚度并沒有明顯變化。此外，應用動態(tài)骨組織形態(tài)學分析對小鼠的股骨遠端干骺端進行骨形成和骨吸收評價，顯示Sirt1+/-比Sirt1+/+骨形成明顯減少，礦化沉積率和骨形成率降低［10］。在去卵巢小鼠的骨髓中，還發(fā)現(xiàn)Sirt1蛋白水平的降低伴隨著骨髓脂肪細胞的增加［11］。就個體而言，骨質(zhì)疏松癥與肥胖沒有明顯關(guān)聯(lián)，而瘦素可直接或者間接的調(diào)節(jié)骨細胞，骨量和脂肪的維持需要脂肪細胞和成骨細胞數(shù)量間保持動態(tài)平衡。

2.1 Sirt1與成骨細胞/骨形成 成骨細胞(osteoblast)是骨發(fā)生、骨形成的功能細胞，成骨細胞數(shù)量的增加、功能增強能促進骨形成，防止骨質(zhì)疏松癥的產(chǎn)生主要策略［12］。目前的防治骨質(zhì)疏松癥藥物，特別是中藥大多是促進成骨細胞增殖和分化［13］。Sirt1在成骨細胞的大量表達與提高老齡鼠骨密度有重要意義，研究發(fā)現(xiàn)Sirt1的激活劑白藜蘆醇促進成骨細胞的分化，減少骨髓脂肪細胞的形成和破骨細胞的數(shù)量［14-16］。白藜蘆醇在骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)向成骨細胞分化中能促進Sirt1與PPAR-γ(主要的成脂轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合，抑制PPAR-γ的活性，阻礙MSCs向脂肪細胞分化，促進骨形成［17］。PPAR-γ還可抑制Runx2 mRNA的轉(zhuǎn)錄活性及成骨信號通路，包括Wnt和轉(zhuǎn)化生長因子β/BMP等［18-］。Tseng等［19］發(fā)現(xiàn)Sirt1可與FOXO3A的C-末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并使Sirt1/FOXO3A復合物增加，增強FOXO3A的轉(zhuǎn)錄活性。FOXO3A控制成骨細胞的凋亡信號通路［20］，并在Wnt3a誘導的成骨細胞分化中調(diào)控對氧化應激的拮抗作用［21-23］。Sirt1雖然能增加FOXO3A蛋白質(zhì)的表達及Sirt1與FOXO3A復合物的形成，但Sirt1特異性抑制劑sirtinol并不能扭轉(zhuǎn)這種現(xiàn)象，說明Sirt1與FOXO3A間的調(diào)節(jié)存在復雜關(guān)系，特別是氧化應激誘導的骨質(zhì)疏松癥，F(xiàn)OXO家族起著抗骨質(zhì)疏松癥的功能［24］。Runx2是啟動成骨轉(zhuǎn)錄程序的早期主要的轉(zhuǎn)錄因子，可誘導成骨細胞特異性基因的表達，如骨橋蛋白、骨鈣素和堿性磷酸酶等。Sirt1/FOXO3A的過表達或沉默都影響著Runx2啟動子的活性，沉默F(xiàn)OXO1也可降低Runx2的表達［25］，并損害骨形成。研究表明，MC3T3-E1細胞轉(zhuǎn)染Sirt1過表達后，可抑制TNF-α誘導的細胞凋亡，提高ALP活性，增加Runx2和骨鈣素mRNA的表達，此外還能明顯抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)誘導的 NF-κB激活，減少iNOS，NO的表達可被Sirt1的抑制劑EX-527所逆轉(zhuǎn)［26］。由此可見，Sirt1蛋白參與骨形成過程，PPAR-γ、FOXO3A、FOXO1等蛋白發(fā)揮了重要作用，而Runx2蛋白是最終的調(diào)節(jié)目標，由此可見Sirt1/Runx2信號通路可能是未來研究防治骨質(zhì)疏松癥產(chǎn)生的重要研究方向。

另外，Sirt1與成骨轉(zhuǎn)錄因子Cbfa1激活還可形成Sirt1-Cbfa1復合物，促進骨形成。Sost編碼的sclerostin是骨形態(tài)發(fā)生蛋白的抑制物，通過與骨形成蛋白(BMP)競爭性結(jié)合，下調(diào)BMP活性而抑制骨形成［27］。Sirt1通過Sost啟動子的組蛋白3的第9個賴氨酸乙?；苤苯右种芐ost基因的表達，或通過siRNA和sclerostin中和抗體使Sost下調(diào)，可恢復骨鈣素、骨涎蛋白基因的表達及礦化結(jié)節(jié)的形成?？傊?，Sirt1在成骨細胞增殖、分化及功能調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

2.2 Sirt1與破骨細胞/骨吸收 破骨細胞(osteoclast)源于造血干細胞，是由分化的單核-巨噬細胞融合形成的多核細胞，是骨吸收的功能細胞，主要標志物有抗酒石酸酸性磷酸酶和組織蛋白酶K。包括NF-κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)、TNF-α、白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、巨噬細胞集落刺激因子在內(nèi)的眾多因素都可引起破骨細胞活化。其中RANKL是TNF超家族的一員，由成骨細胞和骨髓間充質(zhì)細胞產(chǎn)生，其受體RANK表達在前破骨細胞的表面，二者結(jié)合后參與破骨細胞的分化。骨保護素是RANKL的另一種受體，與RANK競爭性結(jié)合RANKL，能特異性阻斷破骨細胞的分化、活化及成熟［28］。

Shakibaei等［15］發(fā)現(xiàn)RANKL可誘導抗酒石酸酸性磷酸酶陽性多核細胞的形成，而未經(jīng)處理的骨源性細胞產(chǎn)生良好的骨樣結(jié)構(gòu)和骨特異性基質(zhì)。RANKL可激活NF-κB，并上調(diào)P300的表達從而促進NF-κB的乙?；５?jīng)白藜蘆醇預處理后可完全抑制NF-κB的激活，并抑制IκBα酶的激活及其磷酸化、降解，阻斷RANKL誘導的乙?；鸵詴r間、濃度依賴性方式進行的 NF-κB 的核易位［17］。當然，Sirt1與P300在骨源性前破骨細胞結(jié)合，同樣可導致NF-κB的去乙?；?，抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，抑制破骨細胞的形成。NF-κB 對破骨細胞的形成是極其重要的［29］，在 NF-κB p50-/-和p52-/-雙敲除的小鼠中，因不能形成破骨細胞而引起嚴重的骨硬化癥［30］，說明 NF-κB p50和 p52的表達是前破骨細胞或破骨細胞前體分化成抗酒石酸酸性磷酸酶陽性破骨細胞所必須的。

總之，在破骨細胞中，Sirt1 與 RANKL、NF-κB、TNF-α、IL1-β等破骨細胞相關(guān)的細胞因子密切相聯(lián)，能調(diào)節(jié)骨吸收，對維持骨量平衡發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語與展望

成骨細胞(骨形成)和破骨細胞(骨吸收)的共同作用，是維持人體骨骼終生不停地進行“換舊更新”的保證。綜合上述發(fā)現(xiàn)，Sirt1在調(diào)節(jié)成骨細胞與破骨細胞活性的平衡上，起著舉足輕重的作用，但還有一些問題沒有得到闡明:首先Sirt1調(diào)節(jié)成骨細胞和破骨細胞增殖、活化及功能的相關(guān)因子，但各因子間的信號傳遞過程并不清楚;其次白藜蘆醇雖是Sirt1的激活劑，但其分子作用機制也不明確;另外，Sirt1誘導的骨生成分子機制在動物模型上還沒有進一步證實等。總之，研究Sirt1與骨質(zhì)疏松癥的相關(guān)性，進一步明確Sirt1在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病、防治過程中的分子作用機制，可為臨床上開發(fā)抗骨質(zhì)疏松癥新藥提供新的研究靶點，也將為今后進一步探究骨質(zhì)疏松癥治療方法提供新的思路。

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