楊 靜，李 民

(北京大學第三醫(yī)院 麻醉科，北京 100191)

2型糖尿病(diabetes mellitus type 2，T2DM)是一種代謝失調(diào)性疾病，其慢性高血糖狀態(tài)會影響線粒體功能，引起代謝紊亂，在若干組織造成損害和功能障礙，并導致諸多疾病，包括周圍神經(jīng)病變[1]、心血管疾病[2]、視網(wǎng)膜病變[3]和腎臟疾病[4]，是嚴重影響人類健康的公共衛(wèi)生問題之一。

T2DM形成的機制非常復雜，近些年研究發(fā)現(xiàn)，β細胞功能缺陷、線粒體功能障礙、胰島素抵抗、糖代謝異常、脂代謝異常、氧化應激、自噬異常及遺傳因素等可能是T2DM重要的發(fā)病機制[5]?，F(xiàn)有的治療方法包括胰島素、雙胍類以及格列奈類等，療效有限，且會產(chǎn)生不同的副作用。例如，雙胍類藥物隨著使用時間的延長以及劑量的增加會引起消化道反應、乳酸性酸中毒及皮膚過敏等嚴重的不良反應[6]。因此，急需新的藥物及方法來治療T2DM。本文主要綜述了近年來關于SIRT3介導的線粒體功能和代謝調(diào)控機制在T2DM中作用的研究進展。

1 SIRT3的分類及特征和在糖尿病中的作用

Sirtuins(SIRTs)是III類組蛋白去乙酰酶，可調(diào)節(jié)多種生物功能。在哺乳動物細胞中，有7種SIRT，即SIRT1～7，其中SIRT3、SIRT4和SIRT5主要定位于線粒體內(nèi)，其通過翻譯后修飾參與多種細胞代謝途徑的調(diào)控。SIRT3是一種定位于線粒體的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴的去乙酰化酶，調(diào)控多種線粒體蛋白的功能，維持代謝、ATP 產(chǎn)生等多種生理功能的穩(wěn)定[5]。NAD+是SIRT3活性的直接調(diào)節(jié)因子，SIRT3在體內(nèi)的表達與活性還受到多種因素如運動、高脂飲食、熱量限制的調(diào)控[7]。越來越多的證據(jù)表明，線粒體乙?；瞧毡榇嬖诘?，許多位點的乙?；癄顟B(tài)受NAD+依賴性去乙酰酶SIRT3的酶活性控制[8]。SIRT3在調(diào)節(jié)線粒體氧化還原穩(wěn)態(tài)、代謝性適應、廣泛的酶活性、應激反應、胰島素應答和自噬過程中起重要作用。SIRT3缺乏與代謝障礙性疾病的發(fā)病機制有關，如T2DM[9]。

2 SIRT3介導的線粒體功能調(diào)控機制對2型糖尿病的影響

2.1 線粒體呼吸鏈功能與2型糖尿病

在線粒體上，有很多種與呼吸作用有關的顆粒，即多種呼吸酶。它是細胞進行呼吸作用的場所，通過呼吸作用，將有機物氧化分解，并釋放能量。呼吸酶系統(tǒng)障礙可導致活性氧(reactive oxygen species，ROS)積累、外周組織胰島素信號傳導和葡萄糖攝取受損，也可加劇T2DM的發(fā)生與發(fā)展。在T2DM中，葡萄糖依賴的氧消耗率的急劇下降是由于高乙?；粑敢鸬木€粒體功能障礙[10]。Sirt3可以通過去乙酰化激活呼吸酶從而促進線粒體功能。Sirt3缺乏或表達水平低下可以通過翻譯后修飾導致呼吸酶功能下降。在Sirt3缺失的小鼠模型中，其線粒體顯示出嚴重的選擇性的呼吸酶缺陷，細胞內(nèi)腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)水平明顯降低。表明SIRT3可以介導ATP合酶蛋白去乙?；瑥亩龠M線粒體能量穩(wěn)態(tài)[11]。此外，在Sirt3 敲除小鼠的胰島β細胞中，線粒體活性下降，葡萄糖刺激的胰島素分泌和ATP合成受損。進一步強調(diào)了SIRT3在線粒體呼吸功能中具有重要作用[12]。因此，以SIRT3為靶點來增強線粒體呼吸功能，可能提供一種新的T2DM治療方法。

2.2 線粒體氧化還原穩(wěn)態(tài)與2型糖尿病

SIRT3在氧化還原穩(wěn)態(tài)中具有重要作用，特別是對抗糖尿病組織高糖/脂環(huán)境誘導的氧化應激。在糖尿病大鼠模型中，與非糖尿病的正常大鼠相比，糖尿病大鼠SIRT3活性和線粒體功能降低，同時伴隨著血液和尿液中8-羥基脫氧鳥苷(8-hydroxydeoxyguanosine，8-OHDG)水平升高。SIRT3可以使8-氧代鳥嘌呤DNA糖基化酶(8-oxoguanine DNA glycosylase，OGG1)去乙?；?，修復DNA中的8-OHDG，保護其不降解，促進氧化DNA損傷的修復，尤其是線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)[13]。所以沉默Sirt3會對mtDNA和核DNA造成更嚴重的損傷，并觸發(fā)細胞凋亡以應對氧化應激的挑戰(zhàn)。因此，增強Sirt3介導的抗氧化應激反應可能為治療T2DM提供新的思路。

氧化還原穩(wěn)態(tài)失衡和活性氧過量積累是導致胰島素抵抗、糖尿病等代謝紊亂的主要原因。SIRT3是限制熱量以降低細胞內(nèi)ROS水平的有益作用所必需的[14]。Sirt3缺乏的小鼠表現(xiàn)出乙酰化增加和超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase-2,MnSOD)活性降低。MnSOD作為超氧陰離子清除劑，可以應對線粒體呼吸鏈電子泄漏引起的氧化應激[14]。在糖尿病Sirt3敲除小鼠中，線粒體功能受損，氧化應激增強。糖尿病皮膚傷口愈合速度延遲，血液供應和血管內(nèi)皮生長因子的表達減少，超氧化物生成增多，總抗氧化能力降低，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性降低，從而加劇皮膚超微結(jié)構障礙糖尿病小鼠的傷口[15]。提示SIRT3是一種有前途的治療T2DM及其并發(fā)癥的藥物。

2.3 線粒體自噬作用與2型糖尿病

線粒體作為一種清除細胞內(nèi)衰老蛋白和損傷細胞器的保護性機制，被認為參與T2DM的形成[16]。在鏈脲佐菌素(streptozocin,STZ)誘導的糖尿病大鼠模型中，坐骨神經(jīng)單磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated potein kinase,AMPK)表達降低，線粒體生物發(fā)生和線粒體自噬減少。提示慢性高糖狀態(tài)下細胞線粒體自噬通路受損，可能是導致線粒體功能紊亂引起T2DM的重要原因[17]。此外，SIRT3可以通過激活Foxo3a通路，上調(diào)Parkin表達，增強線粒體自噬作用以應對線粒體損傷，幫助解除細胞氧化應激狀態(tài)并維持線粒體正常的生物合成，同時阻止線粒體毒性物質(zhì)向胞內(nèi)釋放，維持細胞的正常存活，從而抵抗T2DM誘發(fā)的心臟病的發(fā)生發(fā)展[18]。因此調(diào)節(jié)SIRT3的表達促進線粒體自噬可能是潛在的T2DM控制靶點。

3 SIRT3介導的代謝調(diào)控機制對2型糖尿病的影響

3.1 鈣離子代謝與2型糖尿病

Ca2+代謝失調(diào)與肥胖、胰島素抵抗、T2DM等代謝性疾病有關。鈣超載是一些有害因素引起的鈣平衡系統(tǒng)功能失調(diào)導致細胞內(nèi)鈣濃度異常性升高。SIRT3可以保護皮質(zhì)神經(jīng)元免受氧化應激誘導的線粒體Ca2+超載。下調(diào)Sirt3可加重氧化應激誘導的細胞死亡，而過表達Sirt3可減輕氧化應激處理誘導的線粒體內(nèi)Ca2+超載[19]。此外，在高脂飲食處理的小鼠模型中，SIRT3可以通過AMPK依賴途徑降低啟動子區(qū)H3K27ac的水平，抑制線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體(mitochondrial calcium uniporter,MCU)的表達，從而減輕線粒體鈣超載對棕色脂肪細胞的有害影響[20]。因此，SIRT3介導的鈣離子代謝與T2DM的發(fā)生發(fā)展密切相關。

3.2 葡萄糖代謝與2型糖尿病

葡萄糖是生物的主要供能物質(zhì)。SIRT3可以促進骨骼肌攝取葡萄糖有效改善胰島素抵抗，在一定程度上阻礙T2DM的發(fā)生發(fā)展。SIRT3通過去乙?；せ畋崦摎涿?pyruvate dehydrogenase,PDH)，促進丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A(acetyl coenzyme-A,acetyl-CoA)，這將葡萄糖的利用從無氧糖酵解轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒醮x，從而影響葡萄糖的攝取。在Sirt3敲除小鼠中，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的水平以及葡萄糖的攝取顯著降低，表現(xiàn)出葡萄糖轉(zhuǎn)運被破壞，葡萄糖的利用率降低[21]。此外，已經(jīng)證實，在高胰島素血癥條件下，SIRT3被激活，葡萄糖耐量降低，從而引起糖尿病性腎損傷[22]。在Sirt3缺失小鼠模型中，喂養(yǎng)高脂飲食后血糖、胰島素水平顯著升高，表現(xiàn)為胰島素抵抗、葡萄糖耐受不良和葡萄糖輸注速率顯著下降，表明Sirt3缺失會引起外周葡萄糖攝取不敏感，組織對胰島素產(chǎn)生抵抗。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這一表現(xiàn)主要與骨骼肌葡萄糖攝取能力受損有關[23]。因此，調(diào)控SIRT3的表達從而糾正葡萄糖代謝在T2DM的治療中具有重要意義。

3.3 脂肪酸代謝與2型糖尿病

游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)是三酰甘油的水解產(chǎn)物,其可影響葡萄糖的氧化、攝取以及糖異生,影響胰島素分泌,干擾胰島素信號系統(tǒng)的傳導，從而誘導T2DM的發(fā)生。在T2DM小鼠模型中，調(diào)節(jié)脂肪酸成分可以降低β細胞脂毒性，使β細胞增殖增加，凋亡減少，胰島素適應性增加，血糖改善，提示脂肪酸在2型糖尿病中具有重要作用[24]。SIRT3可以調(diào)節(jié)脂質(zhì)利用，消除體內(nèi)過量脂肪酸。質(zhì)譜分析明確了涉及脂肪酸氧化的酶為SIRT3底物，如長鏈酰基輔酶A脫氫酶(long chain 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase deficiency,LCAD)。LCAD是一種關鍵的線粒體脂肪酸氧化酶，在Sirt3敲除小鼠中，LCAD賴氨酸乙酰化程度增加，活性降低，脂肪酸氧化減少。表明了SIRT3分子是脂肪代謝調(diào)控的重要分子，在利用能量方面具有重要調(diào)節(jié)作用，能夠通過對一系列的底物去乙?；揎椃磻獊韰⑴c調(diào)節(jié)脂肪酸氧化等生物學過程，與T2DM的發(fā)病及進展關系密切[25]。因此干預SIRT3介導的脂肪代謝途徑在T2DM的治療中具有臨床應用價值。

4 問題與展望

綜上所述，SIRT3作為線粒體功能完整性的重要調(diào)節(jié)因子，能夠針對T2DM線粒體損傷和代謝紊亂的重要機制進行調(diào)控從而有效減緩或抑制T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。補充SIRT3或?qū)IRT3作用通路關鍵分子進行修飾可能是一種重要治療策略。目前臨床上缺乏治療T2DM的特效藥，SIRT3分子對于治療T2DM顯示出積極作用，但現(xiàn)階段對線粒體損傷調(diào)節(jié)機制及SIRT3作用的認識有限，未來有必要對SIRT3發(fā)揮作用的具體機制、重要分子靶點進行深入研究，以便早日開發(fā)出有效藥物應用于臨床。