汪瀟瀟 蔣維

(1.重慶大學附屬腫瘤醫(yī)院/重慶市腫瘤研究所/重慶市腫瘤醫(yī)院，腫瘤轉(zhuǎn)移與個體化診治轉(zhuǎn)化研究重慶市重點實驗室，重慶 400030； 2.四川大學生物治療國家重點實驗室，四川 成都 610041)

1 Sirtuin(Silent information regulator two proteins)家族成員的結(jié)構(gòu)學特征及其實現(xiàn)蛋白質(zhì)去乙?；钚缘慕Y(jié)構(gòu)學基礎(chǔ)

Sirtuins的序列分析表明Sirtuin家族成員具有高度保守的催化活性中心和不同長度和序列的N-和C-末端片段。通過對Sirtuin家族成員進行X-射線晶體結(jié)構(gòu)分析，Sirtuin家族成員的活性中心區(qū)域的結(jié)構(gòu)相似，包含一大一小兩個結(jié)構(gòu)域。大結(jié)構(gòu)域為Rossmann折疊區(qū)域，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的結(jié)合區(qū)域，在不同的種屬間具有高度保守性[1]。小結(jié)構(gòu)域為不同的、多變的鋅指結(jié)構(gòu)，以及具有三到四個螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋形模塊。大、小結(jié)構(gòu)域通過四個連接環(huán)相連，且四個連接環(huán)間形成一個裂隙，其中的大部分氨基酸殘基是高度保守的[2]。乙酰化的賴氨酸和NAD從反方向插入裂隙中的疏水通道，是發(fā)揮去乙?；呋饔玫膱鏊?。由于鋅離子離活性位點太遠，不能直接參與去乙?；?，但它對催化活性中心區(qū)域結(jié)構(gòu)的完整性的維持具有重要作用[3]。四個半胱氨酸殘基在四面體幾何結(jié)構(gòu)中整合鋅離子，鋅離子則使三個β鏈聚集在一起，從而維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Sirtuins通過NAD和乙酰化賴氨酸底物的結(jié)合、糖苷鍵的剪切、乙?；鶊F的轉(zhuǎn)換、煙酰胺和去乙酰化賴氨酸的形成發(fā)揮其催化作用[4]?？傊琒irtuin的結(jié)構(gòu)、各種底物和中間體/過渡態(tài)模板以及產(chǎn)物等，為NAD和乙?；嚢彼岬孜锏慕Y(jié)合和催化反應(yīng)以及Sirtuin如何促進去乙?；^程提供了重要的信息。

2 Sirtuin家族成員與心血管疾病

2.1 Sirtuin家族成員與心臟缺血/再灌注損傷

心臟缺血再灌注損傷包含了復(fù)雜的損傷因素，包括缺血時能量的缺失以及復(fù)灌時氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，從而導致一系列細胞壞死通路的激活，最終導致心臟損傷。Sirtuin家族蛋白被證實參與此損傷過程中心肌細胞功能的調(diào)節(jié)，抵抗氧化應(yīng)激，調(diào)控代謝通路等。心臟在缺血狀態(tài)下，能量代謝紊亂，腺苷酸活化蛋白激酶(Adenosine monophosphate protein kinase，AMPK)活化，使得腺苷三磷酸(Adenosine triphosphate，ATP)存儲增加，消耗減少[5]。Sirtuins蛋白的活性與細胞能量代謝狀態(tài)密切相關(guān)，即受到 NAD+水平的調(diào)節(jié)。Suchankova等發(fā)現(xiàn)AMPK活性的改變也與 NAD+水平及SIRT1的活性相關(guān)，表明在心臟缺血時，SIRT1和AMPK有密切的聯(lián)系，且已有研究證實在缺血再灌時若SIRT1缺失，AMPK的活化也降低[6]。此外，在缺血再灌時小鼠心臟組織SIRT1的表達下降，SIRT1缺失的小鼠發(fā)生更嚴重的心梗損傷，而心臟特異性過表達SIRT1的小鼠心梗面積明顯減小，并且SIRT1通過促進叉頭轉(zhuǎn)錄因子1(Forkhead box protein O1，F(xiàn)OXO1)的轉(zhuǎn)錄活性，促進其細胞核定位，使得心肌細胞凋亡降低，抗氧化蛋白表達增加，氧化應(yīng)激降低[7]。在心臟功能障礙時，SIRT6表達水平下降，使得細胞凋亡和衰老加重。SIRT6對低氧誘導因子-1(Hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的去乙?；赡苡绊懫咸烟谴x[8]。線粒體作為心臟能量的來源，心臟的生理功能與線粒體功能的完整性密切相關(guān)。位于線粒體的SIRT3已被證實可通過提高錳超氧化物歧化酶(Manganese superoxide dismutase，MnSOD)的活性，降低氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生[9]，進而改善缺血再灌過程中的氧化應(yīng)激，達到保護心臟的作用。并且SIRT3可通過去乙?；€粒體膜通道孔(Mitochondrial permeability transition pore，mPTP)的親環(huán)素D，使得促凋亡蛋白的釋放減少。除了抗氧化和抗凋亡的作用，SIRT3還可調(diào)節(jié)線粒體ATP的合成[10]。總之，Sirtuins，特別是SIRT1、3、6和7在心肌受到氧化應(yīng)激，基因組DNA損傷等時，它們可改善心肌損傷。

2.2 Sirtuin家族成員與心臟肥大

心臟重塑包含了多方面的誘導因素，其表現(xiàn)通常為心肌細胞的肥大、凋亡和纖維化組織的增加等。諸多證據(jù)表明表觀遺傳的修飾對于促進或抑制疾病過程有重要作用。Sirtuins家族可發(fā)揮其去乙酰化酶的作用對轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等進行修飾。過表達SIRT1或應(yīng)用白藜蘆醇活化SIRT1后，SIRT1通過與過氧化物酶體增殖物激活受體α(Recombinant peroxisome proliferator activated receptor alpha，PPARa)發(fā)生相互作用，增加PPARa與核因子κB(Nuclear factor kappa-B，NF-κB)的 Protein65(P65)亞基的結(jié)合，導致P65的去乙?；?，同時也去乙酰化PPARa的協(xié)調(diào)因子過氧化物酶體增殖物激活受體C輔激活因子 1A (Peroxisomeproliferator-activated receptor-C coactivator-1A，PGC-1A)，從而抑制苯腎上腺素導致的心肌肥大[11]。此外，體內(nèi)體外SIRT1的過表達也可改善血管緊張素II誘導的心肌肥大和損傷。SIRT3和SIRT7基因敲除的小鼠都表現(xiàn)出心臟肥大。其中SIRT3缺失的小鼠主要表現(xiàn)為心臟間質(zhì)的纖維化，而SIRT7缺失的小鼠主要為炎癥介導的心肌病變[12]。SIRT3是內(nèi)源性的心臟肥大的調(diào)節(jié)因子，通過活化叉頭轉(zhuǎn)錄因子3(Forkhead box protein O3，F(xiàn)oXO3a)、抗氧化蛋白MnSOD和過氧化氫酶(Catalase)，降低ROS，使得腎素-血管緊張素系統(tǒng)(Renin-angiotensin system， RAS)以及下游絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)/胞外信號調(diào)節(jié)激酶(Extracellular signal-regulated kinase，ERK)和Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase/Protein kinase B (PI3K/Akt)信號通路的活化降低，進而抑制心臟肥大。SIRT6通過抑制 Insulin-like growth factor(IGF-Akt)信號通路，去乙酰化組蛋白3的賴氨酸殘基9位(Histone 3 Lysine 9，H3K9)，從而改善心臟肥大和心衰[10]。

2.3 Sirtuin家族成員與高血壓

高血壓為血壓長期增高的慢性疾病，血管發(fā)生重塑，胞外基質(zhì)改變。在高血壓血管病變的過程中，細胞的增值，肥大，炎癥，纖維化均為導致血管重塑的因素[1,3]。血管緊張素II在誘導高血壓的過程中，導致血管重塑，血管平滑肌增值，膠原堆積等。SIRT1可降低血管緊張素II誘導的NF-κB與轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β1，TGF-β1)啟動子的結(jié)合，從而降低炎癥，緩解血管重塑，降低血壓[14]。動脈血管內(nèi)皮功能受到一氧化氮(Nitric oxide，NO)極大的影響，NO的產(chǎn)生減少和內(nèi)皮型一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide synthase，eNOS)活性的降低與SIRT1功能的降低密切相關(guān)[15]。SIRT1功能的降低與NADPH活性的提高相關(guān)，進而提高超氧化合物陰離子的濃度，促進NO的降解，使得內(nèi)皮功能障礙進一步加重。并且SIRT1的缺失下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-14(Matrix metalloproteinase-14，MMP-14)，提高內(nèi)皮因子和谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的表達，從而促進纖維化。SIRT2在高血壓誘導的血管重塑中影響內(nèi)皮細胞的遷移[16]。

2.4 Sirtuin家族成員與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化為伴有脂代謝紊亂的慢性免疫炎癥反應(yīng)疾病。動脈粥樣硬化形成的重要步驟是大動脈皮下間隙單核細胞的滲透和巨噬細胞對脂肪的吞噬作用，巨噬細胞繼而分化為泡沫細胞，促使大量炎癥細胞因子的釋放，從而又促進單核細胞的聚集，形成惡性循環(huán)。因此脂代謝紊亂和炎癥反應(yīng)為動脈粥樣硬化形成的主要因素[17]。SIRT1在內(nèi)皮功能障礙的相關(guān)疾病中發(fā)揮著重要的保護作用。在胰島素抵抗、動脈粥樣硬化及相關(guān)冠狀動脈疾病中，SIRT1基因和蛋白水平的表達均為低水平，被證實為動脈粥樣硬化的重要保護因子[18]。同樣，血管平滑肌的異常增殖也是動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的重要致病機理，SIRT1被證實也可抑制動脈粥樣硬化時血管平滑肌的異常增殖，且這一過程可能受到了FoXO3a的介導。SIRT6在衰老進程中發(fā)揮著重要的保護作用，可抑制基因組DNA的損傷和端粒功能的紊亂，對于維持內(nèi)皮細胞和新生血管的生成很重要。有研究者發(fā)現(xiàn)，SIRT6+/-APOE-/-小鼠在高脂飲食后Natural-killer group 2 member D(NKG2D)配體上調(diào)，促進血管炎癥，動脈粥樣硬化更為嚴重[19]。

3 總結(jié)及展望

Sirtuins家族蛋白通過發(fā)揮其酶活性對一系統(tǒng)靶蛋白進行去乙?；?或腺苷二磷酸-核糖修飾，影響多種信號通路。隨著年齡的增長，細胞受到環(huán)境等因素的損害增加，Sirtuins不僅參與細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，也參與代謝的調(diào)節(jié)，在細胞發(fā)生氧化應(yīng)激、基因毒性及代謝紊亂時發(fā)揮重要作用[2]，對于危險因素的作用進行負調(diào)節(jié)，使機體受到保護。在心血管疾病中，Sirtuins的表達水平通常受到了動脈和心臟內(nèi)穩(wěn)態(tài)改變的影響，如在發(fā)生動脈粥樣硬化和心肌病變時，Sirtuins表達量的改變。在位于細胞核的Sirtuins成員中，SIRT1和SIRT6對于抑制和延緩心血管疾病有重要作用。特異性位于線粒體的SIRT3維持細胞器的穩(wěn)定性，保護提供心臟能量的線粒體。因此，針對Sirtuins開發(fā)的小分子化合物可能成為治療衰老相關(guān)的心血管疾病的新工具和新的治療方法。到目前為止，動物模型試驗證實白藜蘆醇，作為Sirtuins的非特異性激動劑，在內(nèi)皮和心肌細胞發(fā)生應(yīng)激狀態(tài)下發(fā)揮有效的保護作用。但是更有效和更特異的小分子化合物還有待進一步研究和開發(fā)。