王曉鳳，杜國(guó)強(qiáng)，張 媛，王 鸞，徐 璨，趙 正，趙 敏※

(1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院急診科，沈陽(yáng) 110004； 2.青島市市立醫(yī)院耳鼻喉科，山東 青島 266000)

急性腎損傷是以腎小球?yàn)V過(guò)率突然下降為主要特征的疾病，可由腎臟缺血、腎毒性藥物、膿毒血癥及泌尿系梗阻等多種病因造成，臨床表現(xiàn)為血清肌酐濃度增加以及少尿[1]，治療措施主要包括針對(duì)病因進(jìn)行的對(duì)癥支持治療，如保護(hù)腎臟功能、預(yù)防和處理并發(fā)癥等。急性腎損傷以及其并發(fā)癥無(wú)法單獨(dú)使用藥物控制時(shí)應(yīng)及時(shí)使用腎臟替代療法。然而，即便經(jīng)過(guò)精心治療，國(guó)外研究表明危重癥患者的急性腎損傷的發(fā)病率為50.1%[2]、死亡率為41.8%[2](最終納入401例患者),另一項(xiàng)國(guó)內(nèi)研究表明急性腎損傷的發(fā)生率為54.7%[3](最終納入3 687例患者)，且90 d死亡率隨著急性腎損傷的嚴(yán)重程度的加重而增加(急性腎損傷1、2和3期的死亡率分別為16.7%、27.5%和48.3%)，部分存活患者脫離透析后有可能會(huì)進(jìn)展為終末期腎病。研究發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)粒體損傷是急性腎損傷最重要的病理生理學(xué)表現(xiàn)之一，而沉默信息調(diào)節(jié)因子(silent information regulator，SIRT)3參與線(xiàn)粒體蛋白穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，在線(xiàn)粒體生成、分裂、融合及自噬中發(fā)揮重要作用[4]。SIRTs是DNA編碼的Ⅲ型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴(lài)性蛋白，屬于組蛋白脫乙酰基酶類(lèi)[4]，可以通過(guò)乙?；絹?lái)調(diào)節(jié)蛋白的活性[5]。SIRTs由大約270個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，具有兩個(gè)不一樣的結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域之間存在一個(gè)裂縫，含有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合煙酰胺腺嘌呤二核苷酸后發(fā)生催化反應(yīng)。在哺乳動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)該家族具有七個(gè)亞型，N端和C端結(jié)構(gòu)的不同決定了各亞型在各亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的定位和功能各不相同[6]：SIRT1、SIRT6和SIRT7主要存在于細(xì)胞核中，SIRT2在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)，而SIRT3、SIRT4和SIRT5主要存在于線(xiàn)粒體中。SIRT3、SIRT4、SIRT5負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)乙?；恼{(diào)節(jié)。因此SIRT3在急性腎損傷的發(fā)生發(fā)展機(jī)制中可能具有潛在的研究?jī)r(jià)值?，F(xiàn)就SIRT3在急性腎損傷中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 SIRT3與線(xiàn)粒體相關(guān)的生物學(xué)作用

SIRT3是一種高度保守的依賴(lài)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙?；?。SIRT3以長(zhǎng)鏈形式存在，并有一個(gè)線(xiàn)粒體相關(guān)的靶向序列位于N端，當(dāng)發(fā)生氧化應(yīng)激等刺激時(shí)，細(xì)胞中的長(zhǎng)鏈SIRT3經(jīng)基質(zhì)加工肽酶水解脫去其N(xiāo)端線(xiàn)粒體序列成為短鏈SIRT3，并進(jìn)入線(xiàn)粒體發(fā)揮功能。據(jù)報(bào)道，超過(guò)65%的線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化修飾需通過(guò)乙?；瓿蒣7]。在敲除SIRT3基因小鼠的肝臟組織、棕色脂肪組織及梗死后心肌組織中，線(xiàn)粒體蛋白高度乙?；?，這種變化與SIRT3表達(dá)下調(diào)同時(shí)發(fā)生[8]，說(shuō)明SIRT3是主要的線(xiàn)粒體去乙?；?，可以調(diào)控線(xiàn)粒體蛋白乙?；?，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體代謝[4]。

1.1SIRT3調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體的生物發(fā)生 線(xiàn)粒體的生物發(fā)生是線(xiàn)粒體代謝的一種機(jī)制，主要由過(guò)氧化物酶增殖體激活受體γ輔激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α)調(diào)控。PGC-1α屬于核受體超家族，介導(dǎo)線(xiàn)粒體蛋白DNA序列的轉(zhuǎn)錄翻譯[9]。研究表明PGC-1α可以通過(guò)雄激素相關(guān)受體α調(diào)控SIRT3的表達(dá)，雌激素相關(guān)受體α是SIRT3的啟動(dòng)子區(qū)，介導(dǎo)PGC-1α引起的SIRT3的轉(zhuǎn)錄[4]，敲減SIRT3的表達(dá)能明顯減弱PGC-1α對(duì)線(xiàn)粒體的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的研究表明，SIRT3介導(dǎo)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3 亞型的去乙酰化，誘導(dǎo)其易位至細(xì)胞核內(nèi)，為線(xiàn)粒體生物的合成提供了關(guān)鍵蛋白，如PGC-1α、動(dòng)力相關(guān)蛋白1、線(xiàn)粒體融合蛋白2和線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)錄因子A。這些發(fā)現(xiàn)證明SIRT3在調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體生物合成，保護(hù)線(xiàn)粒體代謝中的核心作用。

1.2SIRT3調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體裂變與融合 細(xì)胞對(duì)能量的需求依靠線(xiàn)粒體裂變和融合之間的動(dòng)態(tài)平衡。裂變由細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的動(dòng)力相關(guān)蛋白1和線(xiàn)粒體外膜上的分裂蛋白共同介導(dǎo)。線(xiàn)粒體通過(guò)裂變適應(yīng)細(xì)胞不斷生長(zhǎng)需求。同時(shí)，視神經(jīng)萎縮蛋白1和線(xiàn)粒體融合蛋白共同介導(dǎo)了線(xiàn)粒體的融合，融合的過(guò)程實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)粒體應(yīng)對(duì)細(xì)胞應(yīng)激時(shí)對(duì)能量需求的增加。裂變導(dǎo)致線(xiàn)粒體分裂，而融合則意味著線(xiàn)粒體內(nèi)代謝產(chǎn)物和線(xiàn)粒體DNA在線(xiàn)粒體之間的交換。這種正常的裂變與融合的平衡受多種內(nèi)、外部因素影響。據(jù)報(bào)道，SIRT3通過(guò)去乙酰化，激活視神經(jīng)萎縮蛋白1來(lái)維持甚至增強(qiáng)線(xiàn)粒體呼吸鏈膜蛋白復(fù)合體的活性，同時(shí)也提出，SIRT3對(duì)視神經(jīng)萎縮蛋白1的去乙?；{(diào)節(jié)可能是阻斷線(xiàn)粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一[10-11]。Morigi等[12]發(fā)現(xiàn)在腎小管上皮細(xì)胞中，SIRT3過(guò)表達(dá)可降低動(dòng)力相關(guān)蛋白1在線(xiàn)粒體中的聚集，并證實(shí)SIRT3可通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)力相關(guān)蛋白1和線(xiàn)粒體外膜上的分裂蛋白的表達(dá)，限制線(xiàn)粒體分裂。有研究表明，SIRT3在鈣離子動(dòng)態(tài)中起重要作用，并與細(xì)胞的凋亡調(diào)控相關(guān)[6]。細(xì)胞凋亡依賴(lài)于線(xiàn)粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔，線(xiàn)粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔的持續(xù)開(kāi)放將會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)粒體膜電位流失、細(xì)胞色素C的釋放，激活前凋亡通路。SIRT3可以通過(guò)細(xì)胞色素D的去乙?；柚咕€(xiàn)粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔的持續(xù)開(kāi)放，進(jìn)而阻止活性氧類(lèi)的產(chǎn)生，使鈣離子動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，穩(wěn)定線(xiàn)粒體動(dòng)力學(xué)，減少細(xì)胞的凋亡。因此，SIRT3是調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體動(dòng)力學(xué)的重要蛋白。

1.3SIRT3調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體生物能量的合成 能量的生成是細(xì)胞生存的核心元素，ATP產(chǎn)生降低是細(xì)胞凋亡的強(qiáng)烈信號(hào)。SIRT3調(diào)節(jié)呼吸鏈中酶復(fù)合物Ⅰ、酶復(fù)合物Ⅱ和酶復(fù)合物Ⅴ的活性以及線(xiàn)粒體核糖體蛋白10的活性，因而SIRT3幾乎可以調(diào)節(jié)整個(gè)呼吸鏈的轉(zhuǎn)錄[6]。

當(dāng)細(xì)胞中主要供能物質(zhì)丙酮酸供給不足時(shí)，細(xì)胞中的線(xiàn)粒體可以通過(guò)轉(zhuǎn)換供能途徑為脂肪酸、氨基酸以及乙酸分解代謝，從而為細(xì)胞提供能量，這種叫華寶效應(yīng)(Warburg effect)的代謝轉(zhuǎn)換也受SIRT3表達(dá)水平的調(diào)節(jié)。在SIRT3敲低小鼠的肝臟中有43%的蛋白質(zhì)乙?；黾樱瑓⑴c三羧酸循環(huán)，說(shuō)明乙?；赡茉谡{(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)中的能量代謝方面發(fā)揮重要作用。研究證實(shí)，在線(xiàn)粒體能量生產(chǎn)中，SIRT3介導(dǎo)了脫乙?；突罨倪^(guò)程，包括異檸檬酸脫氫酶2、乙酰輔酶A合成酶2、谷氨酸脫氫酶以及電子傳遞鏈相關(guān)蛋白[13]。Hirschey等[14]發(fā)現(xiàn)心臟組織中廣泛存在長(zhǎng)鏈脂肪酸輔酶A脫氫酶的乙?；?，而SIRT3缺陷型動(dòng)物顯示心臟中長(zhǎng)鏈脂肪酸輔酶A脫氫酶乙酰化增加，脂肪酸氧化水平減少33%。最近的研究表明，SIRT3通過(guò)線(xiàn)粒體蛋白的去乙酰化參與心臟ATP的調(diào)節(jié)，在SIRT3缺陷小鼠的心臟中ATP水平明顯降低[15]。這些均說(shuō)明SIRT3對(duì)蛋白乙?；恼{(diào)節(jié)，可能是線(xiàn)粒體能量合成的關(guān)鍵。

1.4SIRT3對(duì)抗氧化防御系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 谷胱甘肽、超氧化物歧化酶參與人體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，是重要的還原劑，可以清除體內(nèi)過(guò)氧化后產(chǎn)生的有害代謝物質(zhì)，可以阻止脂質(zhì)的過(guò)氧化?；钚匝躅?lèi)是判斷氧自由基產(chǎn)生和組織損傷的重要生物標(biāo)志物。線(xiàn)粒體是產(chǎn)生活性氧類(lèi)的主要場(chǎng)所。生理情況下，活性氧類(lèi)可以調(diào)節(jié)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞分裂與分化等多種生理活動(dòng)，而在特殊環(huán)境下，因長(zhǎng)期的缺血、缺氧或藥物的毒性作用，呼吸鏈無(wú)法正常獲得電子，呼吸鏈被中斷，大量的電子堆積，與再灌注后攝入的游離氧結(jié)合，繼而產(chǎn)生活性氧類(lèi)。過(guò)多的活性氧類(lèi)直接影響線(xiàn)粒體氧化和抗氧化系統(tǒng)的平衡，使活性氧類(lèi)的清除作用受抑制，導(dǎo)致活性氧類(lèi)大量聚集，最終造成線(xiàn)粒體膜脂質(zhì)、蛋白質(zhì)的過(guò)氧化，從而影響線(xiàn)粒體膜的通透性，同時(shí)破壞線(xiàn)粒體嵴的結(jié)構(gòu)，引發(fā)線(xiàn)粒體損傷，影響線(xiàn)粒體產(chǎn)能，無(wú)法提供足夠能量。SIRT3的過(guò)度表達(dá)抑制核因子κB的轉(zhuǎn)錄活性，并下調(diào)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2和p38的磷酸化，降低活性氧類(lèi)水平，故在近端腎小管上皮細(xì)胞中可能存在SIRT3介導(dǎo)的抗氧化機(jī)制[16]。有研究表明，SIRT3可以通過(guò)錳超氧化物歧化酶減少細(xì)胞內(nèi)活性氧類(lèi)水平，作為去乙?；福琒IRT3非特異性地使組蛋白和非組蛋白去乙?；?，可通過(guò)使超氧化物歧化酶兩個(gè)關(guān)鍵的賴(lài)氨酸殘基去乙?；瘉?lái)增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化活性。另外，SIRT3可增加錳超氧化物歧化酶及異檸檬酸脫氫酶2的活性，將線(xiàn)粒體中咽酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸向還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸轉(zhuǎn)換，有助于維持谷胱甘肽處于還原狀態(tài)，同時(shí)，與硫氧還蛋白-2相互作用參與過(guò)氧化氫的清除，提高機(jī)體抗氧化防御能力[17]。細(xì)胞核中的SIRT3可以通過(guò)去乙?；黾硬骖^框轉(zhuǎn)錄因子O3亞型的表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)錳超氧化物歧化酶和異檸檬酸脫氫酶2表達(dá)，減輕氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷[7]；SIRT3還可以減少p38促分裂原活化的蛋白激酶、胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2的磷酸化作用，抑制核因子κB活化，提高錳超氧化物歧化酶的表達(dá)水平來(lái)抑制活性氧類(lèi)的生成，進(jìn)而減少活性氧類(lèi)導(dǎo)致的小管間質(zhì)性腎炎的惡化[18]。研究表明缺乏SIRT3的細(xì)胞和組織顯示出高的氧化應(yīng)激指數(shù)，但Parodi-Rullán等[19]觀察到在缺血后恢復(fù)期間，SIRT3缺乏會(huì)加劇心臟功能障礙，并增加活性氧類(lèi)生成，而不會(huì)對(duì)線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)和DNA造成氧化破壞。在氧化應(yīng)激方面，SIRT3隨著活性氧類(lèi)的增加而上調(diào)，這種上調(diào)機(jī)制可能受缺氧誘導(dǎo)因子-1α調(diào)控。另一種可能存在的通路是E2相關(guān)調(diào)節(jié)因子抗氧化應(yīng)激通路，一旦發(fā)生氧化應(yīng)激，E2相關(guān)調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，使具有抗氧化反應(yīng)原件結(jié)合位點(diǎn)的基因激活并表達(dá)[20]，而SIRT3和E2相關(guān)調(diào)節(jié)因子的功能主要在于調(diào)控能量代謝和線(xiàn)粒體生成[8]。

2 SIRT3在急性腎損傷中的作用機(jī)制

急性腎損傷主要指急性腎小管壞死，管狀細(xì)胞富含線(xiàn)粒體，對(duì)能量需求更高，近端小管更加依賴(lài)有氧代謝過(guò)程，較遠(yuǎn)端小管更容易處于氧化應(yīng)激狀態(tài)[21]，有文獻(xiàn)提出近端小管的線(xiàn)粒體改變是腎臟疾病發(fā)生和發(fā)展的重要標(biāo)志[22]，而SIRT3作為線(xiàn)粒體酶參與線(xiàn)粒體的多種生物調(diào)節(jié)，推測(cè)SIRT3在急性腎損傷中發(fā)揮重要作用，也確有文獻(xiàn)證明SIRT3在急性腎損傷中重要的保護(hù)作用[11,23]。

2.1SIRT3與膿毒癥導(dǎo)致的急性腎損傷 膿毒癥是急性腎損傷最常見(jiàn)的致病因素。在成人和兒童的數(shù)據(jù)中，膿毒癥占發(fā)達(dá)國(guó)家所有急性腎損傷的26%～50%，而在原發(fā)性腎臟疾病相關(guān)的急性腎損傷中膿毒癥占7%～10%[22]?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)表明，在小鼠膿毒癥導(dǎo)致的急性腎損傷模型中，SIRT3可以減輕急性腎損害以及腎臟的病理?yè)p傷，甚至延長(zhǎng)生存期[11]。Zhao等[24]在盲腸結(jié)扎與穿刺所致小鼠膿毒癥模型中發(fā)現(xiàn)SIRT3基因敲除小鼠腎臟組織中的活性氧類(lèi)生成增加，SIRT3可以通過(guò)NOD樣受體家族3炎性小體/白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-12的炎癥反應(yīng)信號(hào)通路減少腎小管上皮細(xì)胞損傷及細(xì)胞凋亡，從而改善腎功能。同時(shí)該課題組還發(fā)現(xiàn)，SIRT3通過(guò)調(diào)節(jié)AMP活化的蛋白激酶/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白通路，對(duì)膿毒癥所導(dǎo)致的急性腎損傷具有保護(hù)作用。

2.2SIRT3與缺血再灌注所導(dǎo)致的急性腎損傷 缺血再灌注所是急性腎損傷的第二大原因，通常由泌尿系手術(shù)、腎臟移植、結(jié)石梗阻解除等相關(guān)操作導(dǎo)致，此原因誘發(fā)的急性腎損傷機(jī)制可能是缺血、缺氧導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能障礙，導(dǎo)致細(xì)胞壞死，或者再灌注的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，如炎癥反應(yīng)、氧自由基增多、鈣離子超載等。關(guān)于缺血再灌注導(dǎo)致急性腎損傷的研究較少，Pan等[25]利用斯鈣素1轉(zhuǎn)基因小鼠和Hek細(xì)胞通過(guò)體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，斯鈣素1對(duì)激活腎臟中的AMP活化的蛋白激酶有重要作用，AMP活化的蛋白激酶介導(dǎo)了斯鈣素1上調(diào)解偶聯(lián)蛋白2和SIRT3蛋白的過(guò)程，并對(duì)缺血再灌注導(dǎo)致的急性腎損傷具有保護(hù)作用。

2.3SIRT3與藥物導(dǎo)致的急性腎損傷 我國(guó)一項(xiàng)多中心研究表明，約40%的急性腎損傷病例可能與藥物有關(guān)[26]，抗癌藥物毒性仍然是急性腎損傷的一個(gè)重要原因[27]。

順鉑是一種高效的化療藥物，用于治療睪丸、卵巢癌、非小細(xì)胞肺癌和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌[28]，但其臨床作用受到其腎毒性的極大限制。在順鉑所致急性腎損傷的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，氧化?yīng)激和線(xiàn)粒體損傷的增加與SIRT3表達(dá)的減少有顯著相關(guān)性[12]。Kim等[29]的研究表明，SIRT3基因敲除小鼠的腎損傷更嚴(yán)重，腎臟炎癥和腎小管凋亡也更明顯，SIRT3可能在順鉑引起的腎毒性中起重要作用。Morigi等[12]研究表明，在順鉑導(dǎo)致的急性腎損傷模型中，SIRT3基因敲除鼠的腎損傷程度更重，死亡率更高，同時(shí)在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證，順鉑處理人腎小管細(xì)胞后SIRT3的蛋白表達(dá)量降低，線(xiàn)粒體功能降低，而經(jīng)過(guò)SIRT3的激活劑處理后線(xiàn)粒體功能障礙得以改善，表明SIRT3對(duì)急性腎損傷有保護(hù)作用。

2.4SIRT3與其他原因?qū)е碌募毙阅I損傷 造影劑性腎病是醫(yī)院獲得性急性腎損傷的病因之一。Huang等[30]利用人腎近端小管上皮細(xì)胞系(HK-2細(xì)胞)進(jìn)行了體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇處理可減少細(xì)胞DNA斷裂，增加抗凋亡蛋白Bcl-2和存活蛋白的表達(dá)，激活胱天蛋白酶3，防止細(xì)胞自噬性死亡，抑制活性氧類(lèi)生成，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)SIRT3在這些效應(yīng)中發(fā)揮作用，所以SIRT3在造影劑腎病中的作用值得商榷。

3 展 望

臨床工作中，急性腎損傷缺乏有效的早期標(biāo)志性診斷指標(biāo)和有效的防治措施，但線(xiàn)粒體損傷在腎損傷中發(fā)生較早，針對(duì)線(xiàn)粒體的保護(hù)對(duì)于保護(hù)腎功能作用重大，因而SIRT3作為線(xiàn)粒體蛋白理論上有望成為早期診治急性腎損傷的有效指標(biāo)及治療靶點(diǎn)。近年來(lái)，針對(duì)SIRT3的治療相對(duì)局限，有證據(jù)表明通過(guò)補(bǔ)充煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和注射5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸可以提高SIRT3的表達(dá)[31]。此外，從玉蘭樹(shù)的樹(shù)皮中提取的和厚樸酚[32]，也具有抗氧化和抗炎活性的作用，可以增加SIRT3的表達(dá)量，減少相關(guān)器官的損害，但尚處于研究階段。目前的基礎(chǔ)研究中有關(guān)SIRT3的上、下游通路以及SIRT3的調(diào)控機(jī)制并不十分清楚。因此，具體應(yīng)用到臨床還需要更多證據(jù)的積累。