程荊，張果，張文斐，吳立權(quán)，陳治標

武漢大學(xué)人民醫(yī)院神經(jīng)外科，武漢 430060

缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury）是發(fā)生在人體多個器官的病理過程，常伴有嚴重的細胞損傷和死亡［1］。當長時間缺血后血液供應(yīng)重新建立時，局部炎癥和活性氧的產(chǎn)生增加，導(dǎo)致繼發(fā)性損傷。缺血再灌注損傷與嚴重的臨床表現(xiàn)相關(guān)，包括心肌冬眠、急性心力衰竭、腦功能障礙、胃腸功能障礙、全身炎癥反應(yīng)綜合征和多器官功能障礙綜合征［2］。此外，不同性別對于IR損傷也有不同的預(yù)后影響［3］。

缺血再灌注損傷引起的全組織損傷分為缺血損傷和再灌注損傷兩部分。以往的研究主要集中在減少低灌注時間以保護器官功能方面。然而，缺血組織血流恢復(fù)后的臨床結(jié)果并不理想。最近的研究表明，再灌注有可能導(dǎo)致缺血組織的繼發(fā)性損傷。缺血再灌注引起的后續(xù)損傷對器官保護和神經(jīng)源性功能提出了挑戰(zhàn)。缺血性損傷最初可能導(dǎo)致低氧、低營養(yǎng)。在長時間缺血后，細胞的代謝產(chǎn)物被保留下來，導(dǎo)致代謝性酸中毒。長時間缺血再灌注損傷引起的細胞損傷可能導(dǎo)致細胞凋亡、自噬、壞死和壞死性凋亡［4-6］。所有的這些過程均由Sirtuins家族調(diào)控，Sirtuins家族是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依賴的組蛋白去乙酰化酶，它調(diào)節(jié)許多生物過程，如細胞代謝、DNA修復(fù)、細胞存活和細胞凋亡，被認為是治療人類多種病理過程的潛在目標靶點［7］。

在Sirtuins家族中，特異性定位于細胞核中的SIRT6可以促進對DNA損傷和氧化應(yīng)激的抵抗，抑制基因組不穩(wěn)定，同時在代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用［8］，并且SIRT6在大腦中處于高度表達狀態(tài)［9］。最近越來越多的研究表明SIRT6在缺血再灌注損傷中能夠發(fā)揮保護作用。因此，本文結(jié)合了國內(nèi)外最新的研究進展，對SIRT6在IR損傷中的作用進行了總結(jié)和分析，希望為國內(nèi)外學(xué)者對于SIRT6在IR損傷中的研究提供一些參考依據(jù)。

1 SIRT6蛋白的功能

研究表明SIRT6具有抗衰老的作用。已知非同源末端連接（nonhomologous end joining，NHEJ）和同源重組（homologous recombination，HR）是DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand break，DNA DSB）的主要修復(fù)途徑；SIRT6能通過上調(diào)NHEJ和HR來抑制DNA DSB，降低DNA損傷［10］，進而延長動物的壽命；同時，在細胞中下調(diào)SIRT6的表達可以引發(fā)類似于細胞衰老所帶來的損傷［9］。SIRT6可以通過作為炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子在Sirtuins家族中發(fā)揮調(diào)控細胞衰老的作用［11］。SIRT6參與調(diào)節(jié)糖穩(wěn)態(tài)［12］和脂質(zhì)代謝［13-14］，在動脈粥樣硬化發(fā)生和發(fā)展中可能起到積極的作用。SIRT6也是心肌肥厚的負調(diào)控因子，能保護心臟免受心力衰竭的侵襲［15-16］。此外，SIRT6還可減輕心肌和肝臟的IR損傷［17-18］。

2 SIRT6介導(dǎo)大腦IR損傷的分子機制

2.1 SIRT6參與硫化鈉在IR損傷中的細胞保護作用信號通路

已有研究表明，硫化氫具有抗氧化、抗炎、保護心臟、舒張血管等多種生理功能，對缺血性腦卒中有保護作用。Hu等［19］研究發(fā)現(xiàn)，SIRT6在氧氣葡萄糖剝奪再灌注（oxygen and glucose deprivation reperfusion，OGDR）損傷刺激的大腦內(nèi)皮細胞中表達降低。OGDR是在體外實驗中模擬大腦IR損傷常用的細胞模型。硫化鈉（Na2S，外源性H2S供體）通過上調(diào)SIRT6的表達，進而減少OGDR誘導(dǎo)的細胞死亡，降低細胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性。SIRT6基因敲除減弱了Na2S在OGDR刺激下對大腦內(nèi)皮細胞的保護作用。這說明SIRT6參與了大腦IR損傷后Na2S對內(nèi)皮細胞發(fā)揮的保護作用。

2.2 SIRT6通過增強NRF2信號通路在IR損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護作用

Zhang等［20］研究發(fā)現(xiàn)SIRT6的過表達能在小鼠大腦IR模型和OGDR刺激的小鼠神經(jīng)母細胞瘤細胞（neuro-2a neuroblastoma cells，N2a cells）中發(fā)揮保護作用。在小鼠大腦IR（1 h/24 h）損傷后，大腦皮質(zhì)的SIRT6表達降低，過表達SIRT6可以在腦內(nèi)通過增強體內(nèi)抗氧化劑核因子E2相關(guān)因子2［nuclear factor（erythroid-derived 2）-like 2，NRF2］信號通路，降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，并減弱腦IR損傷誘導(dǎo)的腦組織損傷和神經(jīng)功能缺損。然而，在NRF2敲除小鼠中，SIRT6過表達的神經(jīng)保護作用明顯減弱。在N2a細胞中也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果，敲除NRF2可阻斷SIRT6的神經(jīng)保護作用（圖1）。該研究結(jié)果證明SIRT6可以通過激活NRF2抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)來保護大腦免受IR損傷。SIRT6有望成為缺血性腦卒中潛在的治療靶點。

圖1 SIRT6在大腦IR損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護的分子機制Fig.1 Molecular mechanism of neuroprotection of SIRT6 in brain IR injury

2.3 SIRT6通過抑制HMGB1在腦缺血中發(fā)揮炎癥抑制作用

最 近研究表明SIRT6參與炎癥的調(diào)節(jié)［11］。SIRT6主要在整個大腦的神經(jīng)元細胞中表達。Lee等［21］發(fā)現(xiàn)，在大鼠短暫性大腦中動脈缺血模型（middle cerebral artery occlusion，MCAO）和人神經(jīng)母細胞瘤細胞（human neuroblastoma cells，SHSY5Y）OGD損傷模型中，SIRT6的表達降低會導(dǎo)致細胞核釋放高遷移率族蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）。HMGB1是已知的腦缺血炎癥介質(zhì)。SIRT6 siRNA處理降低了SH-SY5Y細胞中SIRT6的表達，顯著增強了OGD誘導(dǎo)的HMGB1釋放（圖1）。這些研究數(shù)據(jù)表明，SIRT6可以通過介導(dǎo)炎癥反應(yīng)治療腦IR損傷。

2.4 SIRT6通過抑制IR介導(dǎo)的血腦屏障損傷在缺血性腦卒中中發(fā)揮腦保護作用

Liberale等［22］研究發(fā)現(xiàn)，過表達SIRT6會減少大腦IR導(dǎo)致的血腦屏障損傷。在血管內(nèi)皮細胞特異性SIRT6敲除小鼠中構(gòu)建MCAO損傷模型，與正常對照組相比，血管內(nèi)皮細胞特異性SIRT6敲除小鼠的腦梗死體積增加、神經(jīng)元死亡率增加并且神經(jīng)功能損傷加重。缺血腦組織切片分析顯示，血管內(nèi)皮細胞特異性SIRT6敲除小鼠內(nèi)皮細胞中Cleaved caspase-3的表達增加且血腦屏障損傷加重。這些結(jié)果說明，血管內(nèi)皮細胞的SIRT6通過抑制IR誘導(dǎo)的血腦屏障損傷在缺血性腦卒中中發(fā)揮腦保護作用。

2.5 SIRT6通過參與修飾生長相關(guān)蛋白43在缺血性腦卒中中發(fā)揮神經(jīng)修復(fù)作用

Demyanenko等［23］最新研究發(fā)現(xiàn)SIRT6參與大腦IR后的神經(jīng)修復(fù)。修飾生長相關(guān)蛋白43（growth associated protein-43，GAP-43）是已知的參與腦中風(fēng)后大腦修復(fù)的標志性蛋白；在小鼠缺血性腦卒中損傷模型中，SIRT6與GAP-43相互結(jié)合參與缺血性腦中風(fēng)后的大腦修復(fù)（圖1）。

3 SIRT6在其他重要器官IR損傷中的分子機制

3.1 SIRT 6在肝臟IR損傷中的作用機制

SIRT6參與肝臟內(nèi)多種代謝過程，且在保護肝臟免受IR損傷方面發(fā)揮重要作用［24-25］。有研究表明，與正常野生型小鼠相比，IR損傷的野生型小鼠肝臟中SIRT6的表達明顯降低；與野生型小鼠相比，SIRT6敲除小鼠在肝臟IR損傷后表現(xiàn)出明顯的氧化應(yīng)激加重、線粒體功能障礙、炎癥反應(yīng)加重、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信號激活、凋亡和自噬相關(guān)的肝細胞死亡增加；此外，在細胞試驗中也得到了相同的結(jié)果。另一方面，SIRT6的上調(diào)可以明顯減輕肝IR導(dǎo)致的肝損傷。這些研究表明SIRT6上調(diào)能有效地保護肝臟避免IR損傷，其作用機制包括維持肝細胞氧化穩(wěn)態(tài)和線粒體功能，從而抑制炎癥反應(yīng)和MAPK信號，最終減弱凋亡和自噬導(dǎo)致的肝細胞死亡［18］。這些結(jié)果提示SIRT6的激活在肝臟IR損傷中能夠發(fā)揮多方面的保護作用。

3.2 SIRT6在心臟IR損傷中的作用機制

ROS和氧化應(yīng)激反應(yīng)的形成是心肌IR損傷中細胞損傷和功能障礙的重要機制，但SIRT6在IR誘導(dǎo)的ROS和氧化應(yīng)激作用中可以發(fā)揮保護作用。Wang等［17］在雜合敲除SIRT6（SIRT6（+/-））小鼠和體外培養(yǎng)的新生心肌細胞模型中，發(fā)現(xiàn)部分敲除SIRT6加重了心肌IR小鼠的心肌損傷、心室重構(gòu)和氧化應(yīng)激反應(yīng)，而通過直接心臟注射SIRT6腺病毒擴增SIRT6的表達則會逆轉(zhuǎn)缺血心臟中SIRT6敲除所帶來的有害影響。此外，在Langendorff離體心臟灌注模型中，SIRT6基因的部分缺失會降低IR后心肌功能的恢復(fù)。同樣，在缺氧/復(fù)氧后培養(yǎng)的心肌細胞中也觀察到SIRT6的保護作用。其作用機制為SIRT6上調(diào)一磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）/三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），然后激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）-forkhead box O3α（FoxO3α）軸，進一步啟動下游抗氧化劑編碼基因的表達，從而減少細胞的氧化應(yīng)激水平，調(diào)節(jié)心臟保護缺血的心肌細胞。這些研究結(jié)果表明，SIRT6通過上調(diào)AMP/ATP-誘導(dǎo)AMPK激活FoxO3α的通路發(fā)揮保護心臟免受IR損傷的作用。此外，先前研究報道了Sirtuins（SIRT1-7）家族中，SIRT1主要參與心力衰竭的發(fā)展，并在細胞死亡和存活中起關(guān)鍵作用；SIRT2下調(diào)可防止心肌細胞缺血再灌注損傷；SIRT3保護心肌細胞免受氧化損傷和衰老，以及抑制心臟肥大；SIRT7參與心臟應(yīng)激反應(yīng)和心肌細胞凋亡的調(diào)節(jié)；SIRT4和SIRT5在心臟中發(fā)揮的作用暫不清楚，仍需進一步研究［26］。

3.3 SIRT6在腸IR損傷中的作用機制

氧化應(yīng)激在腸IR損傷中起重要作用，Hu等［27］研究結(jié)果表明，SIRT6參與薯蕷皂苷提高小腸上皮隱窩細胞株（IEC-6）的細胞活力，降低小鼠腸IR損傷引起的ROS水平，提高了SOD水平，改善了IR損傷引起的病理變化。其作用機制為薯蕷皂苷通過減少miR-351-5-p水平抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)水平，上調(diào)SIRT6的表達，進而激活A(yù)MPK下調(diào)p-FoxO3α的表達水平，并增加錳超氧化物歧化酶（manganesesuperoxide dismutase，MnSOD）和CAT的表達水平，最終減少腸IR損傷。薯蕷皂苷通過調(diào)節(jié)miR-351-5/SIRT6信號減少氧化應(yīng)激，對腸IR導(dǎo)致的損傷發(fā)揮保護作用，miR-351-5/SIRT6信號通路可能作為對抗IR損傷的一個有效藥物靶點。

3.4 SIRT6在腎臟IR損傷中的作用機制

Gao等［28］研究發(fā)現(xiàn)SIRT6在小鼠腎臟IR損傷后的表達減少；在低氧誘導(dǎo)的小鼠腎小管上皮細胞（tubular epithelial cells，TECs）中的表達下調(diào)；SIRT6耗竭加重了低氧誘導(dǎo)的TECs損傷和G2/M期阻滯。SIRT6過表達可減輕IR引起的TECs損傷和G2/M期阻滯［28］。此外，Gewin等［29］還發(fā)現(xiàn)SIRT6通過去乙?；揎棪?catenin的轉(zhuǎn)錄基因在慢性腎損傷中發(fā)揮保護作用。

4 展望

IR損傷后SIRT6能夠?qū)p傷的大腦內(nèi)皮細胞發(fā)揮保護作用。例如，在小鼠IR損傷后，SIRT6過表達激活了NRF2并減少氧化應(yīng)激，同時SIRT6還可以抑制HMGB1炎性介質(zhì)的釋放，減少血腦屏障損傷，促進大腦修復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)表明，SIRT6能夠保護神經(jīng)細胞免受IR損傷。此外，SIRT6在大腦以外的其他臟器中也同樣發(fā)揮抗IR損傷的作用。SIRT6能夠通過延緩衰老、調(diào)控細胞周期、糖代謝、脂質(zhì)代謝、抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)減少IR損傷。這些發(fā)現(xiàn)對于研究SIRT6在IR損傷中發(fā)揮保護作用的分子機制具有重要的意義。本文通過對SIRT6減少IR損傷作用的總結(jié)，希望能為臨床上缺血性損傷疾病的分子治療提供參考依據(jù)。