祁俊清，曹夢菲，趙倩茹，尹 俊

(1. 江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院 心胸外科, 江蘇 鎮(zhèn)江 212002；2. 江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院 心內(nèi)科, 江蘇 鎮(zhèn)江 212001；3. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院 胸外科, 上海 200032)

纖維化是一種由異常傷口愈合反應(yīng)引起的病理過程，往往引起細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積、器官結(jié)構(gòu)重塑和功能喪失。器官纖維化(如心肌纖維化、肝硬化以及肺纖維化、腎臟纖維化等)是幾乎所有慢性疾病的終末期表現(xiàn)。線粒體功能障礙所涉及到的氧化還原失衡、代謝表型轉(zhuǎn)變、炎性反應(yīng)以及細(xì)胞凋亡/衰老是介導(dǎo)纖維化應(yīng)答的重要機(jī)制，SIRT3調(diào)控線粒體的作用有望為臨床防御器官纖維化提供新的治療策略。沉默信息調(diào)節(jié)子(Sirtuin)家族(SIRT1-7)是一類功能強(qiáng)大的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴性去乙酰化酶。SIRT3在所有的線粒體Sirtuins中顯示出最強(qiáng)的脫乙酰酶活性。SIRT3通過脫乙?；饔谜{(diào)節(jié)多種線粒體蛋白(目前已報(bào)道超過84個(gè))， 幾乎涉及線粒體生物學(xué)的各個(gè)方面， SIRT3消耗、缺乏所導(dǎo)致的線粒體功能紊亂涉及到多種器官纖維化的發(fā)生、發(fā)展。

1 SIRT3概述

SIRT3在細(xì)胞內(nèi)主要定位于線粒體，SIRT3有著高度保守的氨基酸催化核心區(qū)域，并以NAD+依賴性方式發(fā)揮其去乙?；饔?。SIRT3核心區(qū)域包含一個(gè)由Rossmann折疊構(gòu)成的大結(jié)構(gòu)域(NAD+特異性結(jié)合位點(diǎn))和一個(gè)由螺旋束、鋅結(jié)合基序組成的小結(jié)構(gòu)域，SIRT3的底物結(jié)合位點(diǎn)則位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間。此外，在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中我們同樣鑒定出SIRT3的表達(dá)。值得說明的是，SIRT3不僅能去除乙?；?，還能夠去除丙?；?、丁酰基、巴豆?；鶊F(tuán)等，但是脫乙?；饔檬瞧渥钪饕?、也是研究最廣泛的功能。

2 器官纖維化中SIRT3對線粒體功能的影響

2.1 SIRT3與線粒體代謝

生理狀態(tài)下，線粒體氧化磷酸化反應(yīng)為細(xì)胞提供維持生命活動所需要的大部分能源。丙酮酸脫氫酶(pyruvate dehydrogenase，PDH)是糖酵解和三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵，SIRT3可以通過去乙?；岣逷DH的活性，從而調(diào)控葡萄糖的氧化[1]，在器官纖維化中發(fā)揮重要作用。而在非酒精性脂肪肝動物模型中，SIRT3介導(dǎo)的去乙酰化負(fù)向調(diào)節(jié)脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase，ACS)表達(dá)，從而緩解高脂肪飲食引起的脂肪酸代謝紊亂和肝臟纖維化[2]。此外，SIRT3還能調(diào)控氨基酸代謝和酮體生成，但其對器官纖維化是否會產(chǎn)生影響仍未可知。

2.2 SIRT3與線粒體氧化應(yīng)激

生理水平的活性氧自由基(ROS)對于正常氧化還原信號通路的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，而過多的ROS則會激活多種炎性介質(zhì)，例如核因子kappa B(NF-κB)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、核苷酸寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3 (NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3) 炎性小體，刺激成纖維細(xì)胞增殖、遷移、活化；同時(shí)氧化應(yīng)激還導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)活化、細(xì)胞外基質(zhì)降解、重構(gòu)。在心、腎等富含線粒體的高能量代謝組織器官中，線粒體電子傳遞鏈(ETC)是ROS產(chǎn)生的主要來源。在細(xì)胞遭受各種應(yīng)激時(shí)，線粒體ETC功能失調(diào)、發(fā)生電子泄露以及ROS過量生成。復(fù)合體Ⅰ是產(chǎn)生線粒體ROS最重要的貢獻(xiàn)者之一[3]。低水平NAD+/NADH比率抑制SIRT3脫乙酰酶活性，從而導(dǎo)致復(fù)合體Ⅰ過度乙酰化。更有證據(jù)表明，SIRT3可直接與其多個(gè)亞基(NDUFA9、NDUFA11等)結(jié)合，通過去乙酰化修飾調(diào)節(jié)其活性。SIRT3同樣使其他ETC復(fù)合物脫乙?；员ＷC線粒體ETC進(jìn)行有序、高效的電子傳輸，從而減少ROS的生成和ATP產(chǎn)量最大化。

2.3 SIRT3與線粒體動力學(xué)

線粒體通過融合、分裂以及自噬來維持其不同狀態(tài)下數(shù)量和質(zhì)量的相對穩(wěn)定，這一過程被定義為線粒體動力學(xué)。間質(zhì)性肺病和心肌纖維化等多種組織器官纖維化中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體動力學(xué)嚴(yán)重失衡，偏向于線粒體分裂和碎片化，同時(shí)線粒體融合和自噬受損。有研究表明，視神經(jīng)萎縮1蛋白(optic atrophy protein-1，OPA1)含有乙?；揎椢稽c(diǎn)并且過度乙?；瘯种破銰TP酶活性，而SIRT3能夠靶向去乙?；疧PA1從而保留其活性[4]。SIRT3激動劑通過上調(diào)OPA1、線粒體融合蛋白1(mitochondrial fusion protein1，Mfn1)和線粒體融合蛋白2(mitochondrial fusion protein2，Mfn2)的表達(dá)水平促進(jìn)線粒體融合、逆轉(zhuǎn)線粒體衰老進(jìn)程[5]。SIRT3缺失導(dǎo)致線粒體分裂因子表達(dá)增加和動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein1，Drp1)募集，同時(shí)伴隨著OPA1的降低，線粒體內(nèi)外膜斷裂、線粒體分裂。除了融合和分裂，適當(dāng)?shù)木€粒體自噬有助于清除受損、老化的線粒體，保持線粒體功能的穩(wěn)定。老年相關(guān)的心肌纖維化、糖尿病腎病以及非酒精性脂肪肝等纖維增殖性疾病中表現(xiàn)出線粒體自噬抑制和SIRT3水平降低，過表達(dá)SIRT3有助于恢復(fù)線粒體自噬水平和改善纖維化程度[6]。

3 SIRT3調(diào)控器官纖維化的機(jī)制

3.1 SIRT3與心肌纖維化

心肌纖維化是冠心病、高血壓、心臟瓣膜病等多種心血管疾病發(fā)展至心力衰竭的重要原因。根據(jù)組織化學(xué)特征，心肌纖維化分為：代替凋亡心肌細(xì)胞的修復(fù)型(如急性心肌梗死)和沒有明顯心肌細(xì)胞丟失、分布在血管以及心肌間質(zhì)的應(yīng)答型心肌纖維化。如前所述，氧化應(yīng)激的產(chǎn)生對于各種心肌纖維化模型中心肌成纖維細(xì)胞的活化至關(guān)重要。臨床研究發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死后心室重塑、壓力過負(fù)荷型以及糖尿病心肌病等心室重構(gòu)患者中的抗氧化系統(tǒng)受損、ROS過度產(chǎn)生，已有證據(jù)證實(shí)這與SIRT3水平降低導(dǎo)致的MnSOD2、FoxO3a乙?；黾用芮邢嚓P(guān)；靶向SIRT3/MnSOD2可改善心肌纖維化程度[7]。此外，SIRT3也通過抑制線粒體裂變和恢復(fù)線粒體自噬來維持線粒體穩(wěn)態(tài)，從而減輕纖維化程度和心功能障礙[8]。故而，無論何種原因?qū)е碌男募±w維化都與調(diào)控線粒體功能的SIRT3密切相關(guān)。

3.2 SIRT3與肺纖維化

氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞損傷和成纖維細(xì)胞-肌成纖維細(xì)胞分化是肺纖維化病理生理學(xué)中的關(guān)鍵事件。作為抗氧化反應(yīng)和調(diào)節(jié)線粒體穩(wěn)態(tài)的重要分子，SIRT3在特發(fā)性肺纖維化患者的肺部纖維化區(qū)域表達(dá)降低；進(jìn)一步的小鼠模型證實(shí)：SIRT3缺陷促使抗氧化分子MnSOD2和IDH2乙?；Щ?，而過表達(dá)SIRT3則能使小鼠免受石棉誘導(dǎo)的肺纖維化[9]。除此以外，SIRT3還通過促進(jìn)線粒體DNA損傷修復(fù)來改善石棉和博來霉素誘導(dǎo)的肺部纖維化。具體而言：SIRT3通過維持8-羥基鳥嘌呤DNA糖苷酶(8-oxoguanine DNA glycosylase，OGG1)(一種DNA修復(fù)酶，可將氧化鳥嘌呤水解為鳥嘌呤)水平來改善氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體DNA損傷[10]。因此，提高SIRT3的表達(dá)在肺纖維化的治療中具有一定的意義。

3.3 SIRT3與腎纖維化

腎小管上皮細(xì)胞以高能量代謝需求為特征且依賴線粒體氧化磷酸化為能量來源，這種代謝方式在各種疾病導(dǎo)致的繼發(fā)性腎纖維化中受到破壞。在單側(cè)腎切除+缺血再灌注誘導(dǎo)的急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)小鼠模型中，SIRT3表達(dá)持續(xù)下降，纖維化相關(guān)蛋白FN及α-SMA蛋白表達(dá)量均顯著增加，SIRT3可能是參與AKI后早期纖維化的重要分子[11]。乙?；蔷€粒體代謝的重要翻譯后修飾，在單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化早期階段即出現(xiàn)線粒體乙?；黾右约癝IRT3表達(dá)降低，SIRT3基因敲除小鼠表現(xiàn)出高度線粒體蛋白乙?；透鼮閲?yán)重的腎纖維化[12]。此外，右美托咪定可通過上調(diào)SIRT3的表達(dá)進(jìn)而減輕小鼠腎缺血再灌注損傷[13]。糖尿病腎病是導(dǎo)致終末期腎病的主要原因，SIRT3亦被證實(shí)通過阻斷TGF-β/Smad-3信號通路以及調(diào)節(jié)線粒體自噬從而對糖尿病腎病起到保護(hù)作用[14]。內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial to mesenchymal transition，EndoMT)是促進(jìn)慢性腎纖維化的潛在重要因素。在血管緊張素2(Ang Ⅱ)模擬的高血壓腎病模型中SIRT3表達(dá)顯著降低，并且伴隨著EndoMT、ROS的形成以及腎臟的纖維化；與之相反，Ang Ⅱ誘導(dǎo)的EndoMT、氧化應(yīng)激以及腎纖維化在SIRT3內(nèi)皮細(xì)胞特異性過表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠中得到改善[15]；在原代小鼠腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中，SIRT3的去乙?；虵oxO3a的核定位激活了FoxO3a過氧化氫酶的表達(dá)，而沉默F(xiàn)oxO3a則消除SIRT3介導(dǎo)的EndoMT抑制，SIRT3-FoxO3a-過氧化氫酶對于抑制EndoMT、維持內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)、改善高血壓性腎纖維化起重要作用[16]。因此，SIRT3能夠從多個(gè)方面影響腎纖維化，針對SIRT3的深入研究有望為腎纖維化的治療提供幫助。

3.4 SIRT3與肝纖維化

肝纖維化是肝硬化的病理基礎(chǔ)，也是所有慢性肝病從肝硬化發(fā)展至肝衰竭的必經(jīng)階段。炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激是介導(dǎo)肝纖維化發(fā)生發(fā)展的重要信號傳導(dǎo)通路。促炎因子和ROS導(dǎo)致肝星狀細(xì)胞活化，進(jìn)而引發(fā)纖維化反應(yīng)。在四氯甲烷誘導(dǎo)的肝損傷大鼠模型中，SIRT3通過阻斷活化的肝星狀細(xì)胞中NF-κB P65亞基核轉(zhuǎn)位來減輕炎性反應(yīng)[17]。非酒精性脂肪肝以脂質(zhì)代謝紊亂、脂質(zhì)蓄積為特征，研究發(fā)現(xiàn)：線粒體損傷與高脂誘導(dǎo)的非酒精性脂肪肝的進(jìn)展有關(guān)；SIRT3在非酒精性脂肪肝疾病模型中表達(dá)下調(diào)，而過表達(dá)SIRT3則能減輕炎性反應(yīng)、線粒體凋亡以及肝纖維化；此外，該項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)SIRT3通過激活ERK-CREB通路恢復(fù)線粒體自噬從而保護(hù)肝功能[18]。因此，SIRT3對肝纖維化起到保護(hù)作用，可能會成為肝纖維化新的治療靶點(diǎn)。

4 SIRT3作為器官纖維化的治療靶點(diǎn)

4.1 天然產(chǎn)物

大多數(shù)SIRT3激動劑來源于天然產(chǎn)物。葡萄和藍(lán)莓的提取物白藜蘆醇最初被定義為SIRT1激動劑，后來被證實(shí)亦可增加SIRT3的表達(dá)。白藜蘆醇通過誘導(dǎo)SIRT3激活抑制TGF-β/Smad-3通路，從而改善心肌纖維化，還能保留線粒體功能從而預(yù)防肺動脈高壓導(dǎo)致的右心室纖維化重構(gòu)[19]。厚樸酚(honokiol)是一種源自木蘭樹皮的天然雙酚類化合物，也是目前公認(rèn)的SIRT3激動劑，厚樸酚誘導(dǎo)的SIRT3激活可改善線粒體乙?；讲p輕單側(cè)輸尿管梗阻后腎臟纖維化[20]?；⒄溶帐且环N單晶多酚類化合物，通過激活SIRT3從而恢復(fù)自噬，改善心肌梗死后心室重塑以及糖尿病心肌病[21]。

4.2 小分子合成藥物

此外，一些化合物也具有激活SIRT3的能力。二甲雙胍介導(dǎo)的SIRT3-AMPK軸活化有助于延緩代謝綜合征并發(fā)的肺動脈高壓和心肌纖維化[22]。褪黑色素在增加SIRT3表達(dá)的同時(shí)提高其活性，通過抑制氧化應(yīng)激、促進(jìn)自噬等多種途徑改善糖尿病心肌病以及空氣細(xì)顆粒物導(dǎo)致的心肌纖維化[23]。具有強(qiáng)效抗氧化特性的降膽固醇藥物普羅布考可以通過恢復(fù)SIRT3 表達(dá)來改善肺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和肺纖維化[24]。過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα) 激動劑非諾貝特則通過激動SIRT3-Wnt信號通路來防止肝細(xì)胞內(nèi)鐵積累誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和肝纖維化[25]。

5 問題與展望

綜上所述，SIRT3作為線粒體功能的重要調(diào)節(jié)因子，主要通過氧化應(yīng)激和線粒體代謝等在不同的器官纖維化中起到保護(hù)作用，增加SIRT3的表達(dá)或者上調(diào)其下游分子的表達(dá)可能會成為器官纖維化新的治療靶點(diǎn)。目前，在天然植物和小分子合成藥物中發(fā)現(xiàn)多種SIRT3激動劑，且已被證實(shí)能夠改善器官纖維化，但這些藥物在激動SIRT3的同時(shí)，也上調(diào)其他Sirtuins的表達(dá)，普遍缺乏特異性。其次，過度追求SIRT3激活可能會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。因此，SIRT3激動劑走入臨床治療尚有很長的路要走，且目前SIRT3在器官纖維化的作用機(jī)制也尚未完全闡明，未來有必要對SIRT3發(fā)揮作用的具體機(jī)制進(jìn)行更深入的研究，尋求有選擇性的SIRT3激動劑以及靶向SIRT3下游分子可能會是更好的選擇。