丁曉青 馬春偉 高炳宏

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院（上海200438）

2 上海體育學(xué)院體育教育訓(xùn)練學(xué)院（上海200438）

SIRT3是哺乳動(dòng)物Sirtuin家族的成員之一，是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）的線粒體蛋白去乙酰化酶[1]。SIRT3 在心臟、大腦、骨骼肌等高能量代謝組織中高表達(dá)[2]。研究表明SIRT3 在心肌線粒體生物發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用，SIRT3表達(dá)水平的變化顯著影響著心肌線粒體生物發(fā)生相關(guān)因子的蛋白表達(dá)[3]。運(yùn)動(dòng)不僅能促進(jìn)心肌線粒體生物發(fā)生，還能夠激活心肌中SIRT3表達(dá)，促進(jìn)能量代謝[4]，然而其中的具體機(jī)制尚不清楚。本文通過(guò)檢索Pubmed、WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)及中文CNKI期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間由數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)至2022 年1月，檢索關(guān)鍵詞包括myocardial，mitochondrial biogenesis，SIRT3，exercise 及心肌、線粒體生物發(fā)生、運(yùn)動(dòng)等，共納入了79 篇英文文獻(xiàn)、3 篇中文文獻(xiàn)。本文結(jié)合這些文獻(xiàn)綜述運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生及SIRT3 的調(diào)控作用及SIRT3 與心肌線粒體生物發(fā)生的關(guān)系機(jī)制，從而為運(yùn)動(dòng)促進(jìn)心肌線粒體生物發(fā)生相關(guān)研究提供參考。

1 運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生的影響

1.1 線粒體生物發(fā)生

線粒體生物發(fā)生是為滿足能量供應(yīng)而刺激新的線粒體產(chǎn)生，增加細(xì)胞線粒體質(zhì)量和數(shù)量的過(guò)程[5]。線粒體生物發(fā)生包括線粒體基因組和核基因組的轉(zhuǎn)錄、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成以及功能性呼吸鏈的組裝，任何步驟的損傷都可能阻礙該鏈的形成，影響ATP 的產(chǎn)生[6]。線粒體生物發(fā)生的過(guò)程受到多種關(guān)鍵因子調(diào)控，目前公認(rèn)的是過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α）通過(guò)整合誘導(dǎo)核和線粒體編碼的基因轉(zhuǎn)錄來(lái)協(xié)調(diào)線粒體生物發(fā)生[7]。Puigserver 等[8]最早發(fā)現(xiàn)PGC-1α在白色脂肪細(xì)胞中的異位表達(dá)激活了解偶聯(lián)蛋白-1（uncoupling protein-1，UCP-1）和呼吸鏈關(guān)鍵線粒體酶的表達(dá)，在脂肪細(xì)胞中增加了線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）含量。上游腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）通過(guò)直接磷酸化兩個(gè)關(guān)鍵殘基蘇氨酸-177 和絲氨酸-538，結(jié)合并激活肌肉中的PGC-1α[9]。p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK）直接磷酸化氨基酸殘基262、265 和298，抑制PGC-1α 蛋白降解，增加PGC-1α 半衰期[10]。此外，PGC-1α 是環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding，CREB）的直接靶點(diǎn)[11]，而鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅳ（calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅳ，CaMKⅣ）能夠通過(guò)激活CREB進(jìn)而間接激活PGC-1α[12，13]。PGC-1α進(jìn)而與下游核呼吸因子1（nuclear respiratory factor 1，NRF-1）的氨基酸180-403 位點(diǎn)結(jié)合，并強(qiáng)烈誘導(dǎo)NRF-1/2 的基因表達(dá)[14]。NRF-1和NRF-2分別通過(guò)TFAM-76/58、TFAM-34/13 的結(jié)合位點(diǎn)直接刺激線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）啟動(dòng)子，參與TFAM 啟動(dòng)子的激活[15]。TFAM 進(jìn)而啟動(dòng)mtDNA 的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生水平[16]。除TFAM 外，PGC-1α-NRF-1/2 通路還上調(diào)線粒體轉(zhuǎn)錄因子B1 和B2（mitochondrial transcription factors B1/B2，TFB1M/TFB2M），顯著增強(qiáng)mtDNA 的轉(zhuǎn)錄[17，18]。這些結(jié)果支持PGC-1α-NRF-1/2 通路參與線粒體基因轉(zhuǎn)錄。因此，PGC-1α通過(guò)與其上下游因子相互作用，促進(jìn)mtDNA復(fù)制，增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生。

1.2 運(yùn)動(dòng)促進(jìn)心肌線粒體生物發(fā)生

近些年來(lái)的研究主要關(guān)注不同的運(yùn)動(dòng)形式和強(qiáng)度對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生關(guān)鍵因子PGC-1α及其上下游機(jī)制的影響，見(jiàn)表1。年輕和年老的骨骼肌進(jìn)行急性和慢性的肌肉收縮后PGC-1α啟動(dòng)子活性均增加[19]；參加高強(qiáng)度自行車運(yùn)動(dòng)的老年男性骨骼肌PGC-1α的蛋白含量甚至比年輕男性更高，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)促進(jìn)線粒體生物發(fā)生可以維持到晚年[20]。急性高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)可激活骨骼肌p38 MAPK 和AMPK，并在運(yùn)動(dòng)后3 h 觀察到核PGC-1α蛋白升高，運(yùn)動(dòng)24 h 后線粒體蛋白質(zhì)含量和酶活性增加，PGC-1α的不斷累積促使TFAM 與mtDNA結(jié)合，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生[21]。6 周的漸進(jìn)負(fù)荷跑臺(tái)訓(xùn)練也可以增加糖尿病大鼠心肌的PGC-1α表達(dá)[22]。以上提示短期和長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)均激活了線粒體生物發(fā)生的信號(hào)通路。

表1 運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生的影響

中等強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)可以使骨骼肌和心肌PGC-1α蛋白表達(dá)和mtDNA 含量增加，線粒體網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)增強(qiáng)，線粒體生物發(fā)生的信號(hào)激活[23-25]。持續(xù)的中等強(qiáng)度較高等強(qiáng)度間歇訓(xùn)練更能提高心肌梗死大鼠p38 MAPK和p-AMPK 蛋白表達(dá)[26]。中等強(qiáng)度較高強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)更能上調(diào)力竭大鼠心肌PGC-1α/NRFs/TFAM 信號(hào)通路，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生，從而增加新生線粒體數(shù)量，提高線粒體呼吸速率；并且該研究在比較不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度后得出，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)對(duì)小鼠心臟造成損傷的風(fēng)險(xiǎn)最小，保護(hù)效應(yīng)最佳，低強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)對(duì)小鼠心肌保護(hù)效應(yīng)最差[27]。經(jīng)過(guò)15周中等強(qiáng)度的跑步鍛煉后，糖尿病小鼠在晚期階段心肌細(xì)胞凋亡和纖維化好轉(zhuǎn)，誘導(dǎo)PGC-1α-NRF-1-TFB2M/TFAM 信號(hào)軸蛋白表達(dá)增強(qiáng)[28]。但一年低強(qiáng)度的跑步運(yùn)動(dòng)卻未能觀察到心肌PGC-1α/TFAM 的變化[29]。一項(xiàng)研究表明長(zhǎng)時(shí)間中低強(qiáng)度跑步運(yùn)動(dòng)雖然激活了骨骼肌AMPK和PGC-1α表達(dá)，線粒體原代轉(zhuǎn)錄物mRNA 和mtDNA含量增加，促進(jìn)了線粒體的生物發(fā)生，但是在左心室除了AMPK 激活，并未觀察到其他線粒體生物發(fā)生信號(hào)的變化[30]。以上研究提示不同的運(yùn)動(dòng)周期或運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，線粒體生物發(fā)生水平不一致，而且不同組織的線粒體生物發(fā)生對(duì)同一運(yùn)動(dòng)方式的應(yīng)答效果也不一致。未能在心臟中觀察到運(yùn)動(dòng)激活PGC-1α的一致變化，可能與運(yùn)動(dòng)改變PGC-1α表觀遺傳調(diào)節(jié)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程有關(guān)，但確切原因有待進(jìn)一步明確[31]。從不同運(yùn)動(dòng)形式的研究發(fā)現(xiàn)，間歇運(yùn)動(dòng)和持續(xù)耐力運(yùn)動(dòng)后AMPK、p38 MAPK 增加，可引起PGC-1α信號(hào)通路的更大活化，但間歇運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)更顯著[32，33]。

由上可知，在運(yùn)動(dòng)中PGC-1α是敏感的心肌線粒體生物發(fā)生感受器，不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和形式均可活化PGC-1α以及上下游機(jī)制，促進(jìn)心肌線粒體生物發(fā)生因子的轉(zhuǎn)錄。但關(guān)于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、周期、形式仍需要進(jìn)行橫向比較研究。心肌方面的研究結(jié)果與骨骼肌是否表現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)有待進(jìn)一步確定。

2 運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌SIRT3的影響

2.1 SIRT3簡(jiǎn)介

沉默信息調(diào)節(jié)因子2（silent information regulator 2，SIR2）是一種依賴于NAD+的去乙酰酶，調(diào)節(jié)復(fù)制性衰老，被認(rèn)為是長(zhǎng)壽和DNA 修復(fù)的關(guān)鍵中介[34]。目前已經(jīng)鑒定出7 個(gè)哺乳動(dòng)物SIR2 同源基因，即SIRT1-7[35]。這些Sirtuins 具有不同的亞細(xì)胞位置，如SIRT1/6/7位于核內(nèi)，SIRT2 位于細(xì)胞質(zhì)，SIRT3/4/5 主要位于線粒體，而不同的亞細(xì)胞位置有特定的生物學(xué)功能，包括對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、衰老、耐受性和代謝的不同影響[36，37]。其中，SIRT3 主要作用于線粒體，Onyango 等[38]研究發(fā)現(xiàn)SIRT3編碼的蛋白可以靶向線粒體嵴，并且在N端的獨(dú)特結(jié)構(gòu)域包含線粒體定位信號(hào)，而當(dāng)SIRT3 中這一結(jié)構(gòu)域缺失時(shí)可消除蛋白質(zhì)產(chǎn)物對(duì)線粒體的靶向作用。Lombard 等[39]通過(guò)進(jìn)一步的敲除SIRT3 基因，發(fā)現(xiàn)線粒體蛋白表現(xiàn)高度的乙酰化。以上表明，SIRT3是一種定位于線粒體的蛋白去乙酰酶。SIRT3 在人體中以兩種不同的形式存在，一種是全長(zhǎng)蛋白，位于N 端的獨(dú)特結(jié)構(gòu)域包含線粒體定位信號(hào)；另一種是N端缺乏142個(gè)氨基酸的加工多肽[40]。新合成的SIRT3位于細(xì)胞核中，當(dāng)細(xì)胞應(yīng)激時(shí)，全長(zhǎng)SIRT3 從核易位到線粒體，在體內(nèi)和體外均能使組蛋白H3-K9ac和H4-K16ac去乙酰化；但在線粒體中也觀察到了N 端缺乏氨基酸的SIRT3[40]。這與Schwer 和Shi 等認(rèn)為SIRT3 需要N 端才能定位到線粒體相反，這可能是因?yàn)槿梭w的SIRT3 需要在進(jìn)入細(xì)胞核時(shí)被切割，加工后的蛋白進(jìn)入線粒體，而小鼠的SIRT3 直接由細(xì)胞核定位到線粒體[41，42]。 SIRT3 在富含線粒體的組織大腦、心臟組織中表達(dá)尤其高[43]。這些組織中高表達(dá)的SIRT3 進(jìn)而與相應(yīng)的靶蛋白或底物結(jié)合以發(fā)揮作用。哺乳動(dòng)物的乙酰輔酶A 合成酶2（acetyl coenzyme A synthetase 2，AceCS2）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的SIRT3 底物蛋白，SIRT3 可以去乙?；疉ceCS 2 的活性位點(diǎn)Lys-642，激活A(yù)ceCS2，供給三羧酸循環(huán)，滿足機(jī)體能量需求[44，45]；另外，SIRT3 與電子傳遞鏈復(fù)合體Ⅰ中的至少一個(gè)已知亞基NADH：泛醌氧化還原酶亞基A9（NADH: ubiquinone oxidoreductase subunit A9，NDUFA9）發(fā)生物理作用，促進(jìn)線粒體呼吸，提高線粒體能量代謝水平[46]。不斷發(fā)現(xiàn)的新底物推動(dòng)著SIRT3對(duì)線粒體功能影響的相關(guān)研究。

2.2 運(yùn)動(dòng)促進(jìn)心肌SIRT3表達(dá)

人體實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)機(jī)體在一定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和形式下，SIRT3 的表達(dá)水平出現(xiàn)上升的趨勢(shì)（見(jiàn)表2）。在久坐的成年人骨骼肌中SIRT3 蛋白表達(dá)隨著年齡的增長(zhǎng)而降低，而在中等強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)受試者中SIRT3 蛋白表達(dá)顯著高于久坐的受試者[47]。心肌梗死48 小時(shí)后，中等強(qiáng)度耐力訓(xùn)練誘導(dǎo)小鼠心臟SIRT3的激活，從而促進(jìn)p53 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3a（forkhead- box transcription factor O3a，F(xiàn)oxo3a）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，預(yù)防心肌損傷[48]。中等強(qiáng)度的耐力訓(xùn)練還通過(guò)增加SIRT3和超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）蛋白表達(dá)，減少心肌線粒體的損傷和活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成，從而保護(hù)自發(fā)性高血壓大鼠心臟功能免受氧化應(yīng)激損害[49]。以上說(shuō)明運(yùn)動(dòng)可以激活SIRT3，并減少氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡的危害。跑臺(tái)耐力訓(xùn)練能夠逆轉(zhuǎn)阿霉素（doxorubicin，DOX）誘導(dǎo)的小鼠心肌線粒體SIRT3 和TFAM 水平下降，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生[50]。不同運(yùn)動(dòng)形式的研究發(fā)現(xiàn)，游泳、抗阻運(yùn)動(dòng)、間歇有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練都可改善肥胖小鼠缺血后心臟功能恢復(fù)，提高心肌線粒體SIRT3 蛋白表達(dá)或活性[51-54]。而不同時(shí)間的干預(yù)積累對(duì)于SIRT3及相關(guān)因子的激活至關(guān)重要，經(jīng)過(guò)2天、7天、14天、28天的自主跑輪訓(xùn)練，僅有訓(xùn)練28天的小鼠心臟SIRT3、PGC-1α基因表達(dá)有顯著的提高[4]。此外，關(guān)于SIRT3 蛋白和基因表達(dá)的一致性問(wèn)題，尚存在爭(zhēng)議。大鼠中SIRT3基因表達(dá)在單次急性運(yùn)動(dòng)后2、4和8小時(shí)沒(méi)有改變，重復(fù)的耐力運(yùn)動(dòng)才能有效刺激其基因表達(dá)，但是SIRT3 蛋白含量在兩種運(yùn)動(dòng)后均顯著增加，以減少氧化應(yīng)激的損傷，提示SIRT3 基因表達(dá)的改變可能不是SIRT3蛋白含量變化所必需的，而SIRT3蛋白的穩(wěn)定性起著更為重要的作用[55]。綜上可知，SIRT3 是敏感的運(yùn)動(dòng)感受器，不同形式的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可提高心肌SIRT3 的表達(dá)水平，在心肌中可以明顯改善氧化應(yīng)激帶來(lái)的心肌損傷，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生，提高心肌能量代謝水平，但運(yùn)動(dòng)形式和強(qiáng)度是否是SIRT3 表達(dá)的決定性因素及其蛋白和基因表達(dá)的一致性問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

表2 運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌線粒體SIRT3的影響

（續(xù)表2）

3 SIRT3對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生的影響

SIRT3 在心肌中可以直接或間接調(diào)節(jié)線粒體的DNA 編碼或線粒體生物發(fā)生的相關(guān)因子轉(zhuǎn)錄，見(jiàn)圖1，但目前關(guān)于SIRT3 調(diào)節(jié)心肌線粒體生物發(fā)生的上下游機(jī)制尚未完全定論。

圖1 SIRT3影響心肌線粒體生物發(fā)生的作用機(jī)制

3.1 SIRT3直接影響心肌線粒體生物發(fā)生

Wei 等建立心臟缺血/再灌注小鼠模型，經(jīng)過(guò)二氫楊梅素（dihydromyricetin，DHM）治療后，SIRT3、TFAM和NRF2表達(dá)水平提高，原代心肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)及線粒體生物發(fā)生水平改善；而敲除SIRT3 基因后，TFAM和NRF2 表達(dá)以及mtDNA 和ATP 含量降低[56]，提示SIRT3 直接調(diào)控線粒體生物發(fā)生。此外，研究發(fā)現(xiàn)SIRT3過(guò)表達(dá)能夠直接去乙酰化TFAM的k154位點(diǎn)，增加TFAM 蛋白與基因表達(dá)，提示SIRT3 能夠直接激活TFAM，進(jìn)而結(jié)合mtDNA 啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，提高線粒體生物發(fā)生水平[57，58]。另一項(xiàng)研究觀察到SIRT3 過(guò)表達(dá)后可直接增強(qiáng)PGC-1α、NRF-1 和TFAM 表達(dá)，增加了mtDNA含量[59]。但當(dāng)特異性敲除小鼠SIRT3基因后，發(fā)現(xiàn)小鼠心肌PGC-1α乙?；缴遊60]。同樣在人體卵母細(xì)胞中，SIRT3 基因敲除也直接導(dǎo)致mtDNA 拷貝數(shù)減少，從而損害人類體外成熟卵母細(xì)胞的發(fā)育能力，而注射SIRT3 mRNA 后可增加PGC-1α表達(dá)和mtDNA 拷貝數(shù)[61]，說(shuō)明SIRT3可以直接調(diào)節(jié)心肌線粒體生物發(fā)生。

3.2 SIRT3間接影響心肌線粒體生物發(fā)生

一方面，研究認(rèn)為AMPK/PGC-1α是SIRT3 的下游通路，并與下游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，提高mtDNA 水平，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生。AMPK 能夠直接磷酸化PGC-1α兩個(gè)關(guān)鍵殘基蘇氨酸-177 和絲氨酸-538，結(jié)合并激活肌肉中的PGC-1α[9]。Xin 等發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)SIRT3 激活心肌損傷小鼠的心肌細(xì)胞AMPK 通路，并伴隨PGC-1α、NRF1、TFAM 表達(dá)升高，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生，而加入AMPK 的抑制劑后則逆轉(zhuǎn)了上述現(xiàn)象，說(shuō)明SIRT3通過(guò)AMPK 途徑調(diào)控心肌線粒體生物發(fā)生[3]。有研究表明，SIRT3 還可以通過(guò)肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）、CREB 等來(lái)調(diào)節(jié)AMPK，進(jìn)而影響線粒體生物發(fā)生。LKB1 是一種腫瘤抑制因子，可激活A(yù)MPK 發(fā)揮其功能[62]，Pillai 等發(fā)現(xiàn)SIRT3 基因敲除小鼠心臟LKB1 乙?；黾樱赟IRT3 過(guò)表達(dá)的原代心肌細(xì)胞中，LKB1 乙?；黠@下降，并促進(jìn)其Ser428位點(diǎn)的磷酸化[63]。Verma 等[64]通過(guò)建立SIRT3基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)缺血/再灌注的大腦LKB1 磷酸化顯著下降，上述研究提示SIRT3 可通過(guò)調(diào)節(jié)LKB1 來(lái)促進(jìn)AMPK 表達(dá)，進(jìn)而影響線粒體生物發(fā)生。環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）是一種糖異生酶[65]，骨骼肌中SIRT3 過(guò)表達(dá)可直接促使CREB 磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)PGC-1α轉(zhuǎn)錄合成[66]，而AMPK是CREB 上游調(diào)節(jié)因子[67]，說(shuō)明SIRT3 可以直接磷酸化CREB，也可以通過(guò)激活A(yù)MPK 進(jìn)而激活CREB，從而促進(jìn)線粒體生物發(fā)生。SIRT3 還可以通過(guò)調(diào)節(jié)Foxo3a、β-連環(huán)蛋白（β-catenin），進(jìn)而影響線粒體生物發(fā)生。Foxo3a 是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控細(xì)胞凋亡和代謝過(guò)程[68]。研究報(bào)道通過(guò)過(guò)氧化氫來(lái)誘導(dǎo)SIRT3 表達(dá)可使Foxo3a 去乙酰化，SIRT3/Foxo3a上調(diào)PGC-1α和TFAM，顯著改善線粒體的數(shù)量和質(zhì)量[69]，提示SIRT3 通過(guò)Foxo3a/PGC-1α這一信號(hào)通路，增強(qiáng)與PGC-1α的下游轉(zhuǎn)錄因子TFAM 的結(jié)合，促進(jìn)線粒體生物發(fā)生。有研究觀察到SIRT3 過(guò)表達(dá)可通過(guò)β-catenin的降解上調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptor γ，PPARγ）的表達(dá)，抑制PPARγ乙酰化，增強(qiáng)PGC-1α的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生[70]。這提示，SIRT3 除了調(diào)節(jié)AMPK作為PGC-1α的上游因子調(diào)節(jié)生物發(fā)生以外，SIRT3/Foxo3a/PGC-1α和SIRT3/β-catenin/PPARγ/PGC-1α也是相關(guān)的線粒體生物發(fā)生信號(hào)軸。

另一方面，少數(shù)研究表明AMPK/PGC-1α可能是SIRT3 的上游因子，影響SIRT3 表達(dá)。Yu 等通過(guò)體內(nèi)注射AMPK 抑制劑或體外低表達(dá)AMPK 可顯著抑制心肌PGC-1α和SIRT3 表達(dá)，而體外基因敲除SIRT3 抑制NRF-1 和TFAM 表達(dá)，但沒(méi)有顯著改變AMPK 磷酸化和PGC-1α水平[71，72]，提示AMPK-SIRT3 通路可能存在。有研究給小鼠注射AICAR（AMPK 激活劑）后AMPK 表達(dá)水平提高，小鼠腎臟SIRT3 和PGC-1α的表達(dá)協(xié)同增強(qiáng)，說(shuō)明AMPK 可能是SIRT3 和PGC-1α共同的上游信號(hào)，誘導(dǎo)線粒體數(shù)量增加[73]。而PGC-1α在SIRT3啟動(dòng)子中可以識(shí)別兩個(gè)作用位點(diǎn)，與ERR-α（estrogen-related receptor-α，ERR-α）協(xié)同促進(jìn)SIRT3 基因轉(zhuǎn)錄[74]。在敲低PGC-1α后，SIRT3基因表達(dá)也會(huì)降低[75，76]，說(shuō)明PGC-1α也可能作為SIRT3 基因表達(dá)的上游激活因子。

綜上所述，SIRT3可調(diào)節(jié)心肌線粒體生物發(fā)生的相關(guān)因子表達(dá)，僅有少數(shù)研究可能提示線粒體生物發(fā)生的相關(guān)因子與SIRT3 存在交互作用或協(xié)同作用，共同促進(jìn)線粒體生物發(fā)生，這一觀點(diǎn)需要進(jìn)一步研究明確。

4 運(yùn)動(dòng)通過(guò)SIRT3調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生

目前研究表明運(yùn)動(dòng)既能夠調(diào)節(jié)SIRT3 表達(dá)，又能調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生過(guò)程，而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能夠介導(dǎo)SIRT3 影響線粒體生物發(fā)生。有氧運(yùn)動(dòng)增加了久坐、超重或肥胖青少年的骨骼肌SIRT3 和PGC-1α的蛋白表達(dá)，二者在運(yùn)動(dòng)前后存在正相關(guān)關(guān)系，共同促進(jìn)線粒體生物發(fā)生[77]。此外，老年患者在接受康復(fù)綜合性運(yùn)動(dòng)即有氧、力量、平衡運(yùn)動(dòng)后骨骼肌SIRT3 和PGC-1α的蛋白表達(dá)水平也呈現(xiàn)同步升高趨勢(shì)[78]。此外，耐力運(yùn)動(dòng)、間歇性低氧和間歇性低氧結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng)等不同的運(yùn)動(dòng)形式均可促進(jìn)線粒體結(jié)構(gòu)形態(tài)好轉(zhuǎn)，肝臟和骨骼肌SIRT3、PGC-1α、TFAM 蛋白表達(dá)上升[79，80]。敲除SIRT3基因的小鼠在運(yùn)動(dòng)干預(yù)后骨骼肌AMPK磷酸化和PGC-1α表達(dá)下降，這表明SIRT3 在運(yùn)動(dòng)促進(jìn)線粒體生物發(fā)生過(guò)程中是直接的調(diào)控因子[66]。比較不同年齡人群的線粒體生物發(fā)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)答，發(fā)現(xiàn)與年輕組相比，兩組老年受試者骨骼肌SIRT3 和PGC-1α水平仍然較低，說(shuō)明年齡是運(yùn)動(dòng)影響線粒體生物發(fā)生的重要因素[81]。此外，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)促進(jìn)SIRT3-M1 和SIRT3-M2 mRNA水平升高，而極短時(shí)間的運(yùn)動(dòng)卻不能促進(jìn)PGC-1α和SIRT3 表達(dá)，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)時(shí)間也是影響SIRT3介導(dǎo)線粒體生物發(fā)生的重要因素[82]。

目前雖然尚未見(jiàn)研究直接指出運(yùn)動(dòng)通過(guò)介導(dǎo)SIRT3 調(diào)控心肌線粒體生物發(fā)生，但通過(guò)前文論述可知，運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)介導(dǎo)SIRT3 調(diào)節(jié)骨骼肌線粒體生物發(fā)生。我們推測(cè)運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)SIRT3 調(diào)控心肌線粒體生物發(fā)生，改善線粒體能量代謝，但其在心肌中的調(diào)控機(jī)制需要通過(guò)低表達(dá)SIRT3、PGC-1α等因子來(lái)觀察運(yùn)動(dòng)后心肌SIRT3與線粒體生物發(fā)生的因果關(guān)系。

5 小結(jié)與展望

SIRT3 對(duì)心肌線粒體生物發(fā)生的作用日益被重視。目前大量研究表明SIRT3 是心肌線粒體生物發(fā)生的上游信號(hào)，它主要通過(guò)AMPK/PGC-1α軸促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子TFAM、TFEB 與mtDNA 的結(jié)合，增加線粒體數(shù)量和質(zhì)量，促進(jìn)能量代謝，從而在線粒體生物發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。運(yùn)動(dòng)是促進(jìn)心肌功能的重要干預(yù)手段。從機(jī)制上來(lái)講，運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)SIRT3 表達(dá)，保護(hù)心肌免受氧化應(yīng)激損傷，改善心肌功能；同時(shí)運(yùn)動(dòng)還能夠通過(guò)PGC-1α通路來(lái)增強(qiáng)心肌線粒體生物發(fā)生。但是不同形式和不同強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對(duì)于SIRT3 及線粒體生物發(fā)生的影響也存在一定的差異，因此何種運(yùn)動(dòng)能夠最大程度地促進(jìn)線粒體生物發(fā)生仍需進(jìn)一步探索。目前關(guān)于運(yùn)動(dòng)促進(jìn)SIRT3 與線粒體生物發(fā)生的研究多為關(guān)聯(lián)性研究，因此需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來(lái)探索運(yùn)動(dòng)環(huán)境下SIRT3如何調(diào)節(jié)心肌線粒體生物發(fā)生。在不同形式和強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中，SIRT3是否都能促進(jìn)線粒體生物發(fā)生尚未完全明確。SIRT3 除了介導(dǎo)AMPK 促進(jìn)PGC-1α表達(dá)，P53、Foxo3a 和p38MAPK 也是調(diào)控線粒體生物發(fā)生的重要途徑，而運(yùn)動(dòng)是否激活SIRT3 進(jìn)一步促進(jìn)這些因子表達(dá)，提高線粒體生物發(fā)生水平，有待進(jìn)一步研究。