吳奇東，章怡祎

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院ICU,上海 200032)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種以脂質(zhì)條紋、纖維斑塊和粥樣斑塊為主要病理改變的慢性炎癥性疾病。動脈粥樣硬化導(dǎo)致的心血管疾病目前仍是全世界最主要的死亡原因[1]。目前,動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制尚未明確,內(nèi)皮損傷、脂質(zhì)浸潤及炎癥反應(yīng)在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[2]。動脈粥樣硬化的形成過程主要為血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能下降,早期脂質(zhì)條紋和富含脂質(zhì)的壞死核心的動脈粥樣硬化斑塊形成,纖維組織增生和鈣鹽沉積導(dǎo)致血管狹窄或堵塞,隨著動脈粥樣硬化斑塊纖維帽的降解、變薄和不穩(wěn)定,導(dǎo)致斑塊破裂形成血栓[3]。

沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(silent mating type information regulation 2 homolog 1,SIRT1)是Sirtuins蛋白家族成員,可通過調(diào)節(jié)多種蛋白靶點,促進(jìn)一氧化氮(nitric oxide,NO)的生成,抑制氧化應(yīng)激、增強(qiáng)內(nèi)皮依賴性血管舒張,從而抑制平滑肌細(xì)胞遷移和增殖;同時可通過抑制炎癥反應(yīng),減少泡沫細(xì)胞的形成,減輕血管損傷和改善血管僵硬度,發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[4]。SIRT1誘導(dǎo)的抗氧化應(yīng)激在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用?，F(xiàn)對SIRT1誘導(dǎo)的抗氧化應(yīng)激在改善動脈粥樣硬化中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 氧化應(yīng)激與動脈粥樣硬化

氧化應(yīng)激是指機(jī)體受到刺激后,體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS)增多,導(dǎo)致氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡,從而損傷組織細(xì)胞的一種病理過程。ROS包括超氧化物、過氧化氫、羥基自由基、過氧自由基、單線態(tài)氧和臭氧等[5]。血管壁中存在多個ROS酶生成系統(tǒng),包括還原型輔酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶(NAPPH oxidase,NOX)、黃嘌呤氧化酶、線粒體呼吸鏈酶和脫偶聯(lián)的內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric synthase,eNOS)[6]。中等濃度的ROS在生理條件下具有重要的信號傳導(dǎo)作用,當(dāng)氧化系統(tǒng)超過抗氧化防御系統(tǒng)時,產(chǎn)生過量的ROS會導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)[6]。ROS的增加會促進(jìn)低密度脂蛋白氧化修飾成氧化型低密度脂蛋白,導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙,激活炎癥因子并促進(jìn)炎癥因子如單核細(xì)胞趨化蛋白-1、細(xì)胞間黏附分子-1和白細(xì)胞介素-1的表達(dá),造成血管內(nèi)皮損傷、血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移、巨噬細(xì)胞泡沫化和炎癥反應(yīng),上述因素往往又會進(jìn)一步誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生,造成惡性循環(huán),這在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[7]。而SIRT1可以降低氧化應(yīng)激以及氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷,從而達(dá)到抗動脈粥樣硬化作用[8]。

2 SIRT1的結(jié)構(gòu)和特性

SIRT1是一種高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性組蛋白去乙?；竅9]。SIRT1主要位于細(xì)胞核中以及部分細(xì)胞質(zhì)中,在特定條件下可發(fā)生核質(zhì)穿梭[10],高表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和血管周圍脂肪組織中[11]。SIRT1可使組蛋白(H1、H3、H4)和叉頭框蛋白(forkhead box protein,FOX)、p53、核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)、信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子、高遷移率族蛋白B1、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ和過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1α,PGC-1α)等多種非組蛋白去乙?；痆12-13],此外,SIRT1還可促進(jìn)DNA損傷修復(fù)蛋白Ku70去乙?；痆14]。SIRT1通過對組蛋白和非組蛋白去乙酰化來調(diào)節(jié)對炎癥、氧化應(yīng)激、細(xì)胞存活、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長、細(xì)胞衰老和能量代謝等至關(guān)重要的細(xì)胞生物學(xué)過程[15-16]。SIRT1缺乏會促進(jìn)炎癥、氧化應(yīng)激及泡沫細(xì)胞形成,抑制NO的產(chǎn)生和自噬,從而促進(jìn)血管老化和動脈粥樣硬化的形成[17]。

3 SIRT1抗氧化應(yīng)激作用機(jī)制

3.1 促進(jìn)eNOS表達(dá)

在生理條件下,內(nèi)源性NO具有抗動脈粥樣硬化作用,能改善血管張力,減少單核細(xì)胞黏附和血小板聚集,抑制平滑肌細(xì)胞增殖和遷移,減少炎癥細(xì)胞浸潤和脂質(zhì)攝取,起到保護(hù)血管內(nèi)皮和抗動脈粥樣硬化的作用[18]。eNOS是誘導(dǎo)產(chǎn)生NO的關(guān)鍵酶,其活性高低直接影響NO的生成。當(dāng)發(fā)生氧化應(yīng)激時,eNOS可能出現(xiàn)功能失調(diào),導(dǎo)致eNOS解偶聯(lián)并催化產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)[19-20]。因此,可以通過增強(qiáng)eNOS表達(dá),防止eNOS解偶聯(lián),產(chǎn)生NO和抑制O2-生成,發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。目前已有許多藥物如白藜蘆醇等被證明可以逆轉(zhuǎn)eNOS解偶聯(lián),并刺激eNOS活性,增加NO水平,從而減少氧化應(yīng)激反應(yīng)[21]。

SIRT1可通過介導(dǎo)eNOS的表達(dá),抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,改善血管內(nèi)皮功能,從而發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[22]。SIRT1在內(nèi)皮細(xì)胞中高度表達(dá),可通過對eNOS鈣調(diào)節(jié)結(jié)合蛋白功能區(qū)的賴氨酸496和506去乙?；瘉砑せ頴NOS,促進(jìn)NO生成,NO的增加會促進(jìn)內(nèi)皮依賴性血管舒張,相反,抑制內(nèi)皮中的SIRT1會抑制內(nèi)皮依賴性血管舒張并減少內(nèi)源性NO的產(chǎn)生[23]。此外,SIRT1在eNOS磷酸化中也發(fā)揮重要作用,SIRT1可通過激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B /eNOS信號通路,上調(diào)磷酸化eNOS蛋白表達(dá)水平,促進(jìn)NO的生成[24]。DONATO等[25]研究也證實,抑制SIRT1蛋白的表達(dá)和酶活性,可以降低eNOS的表達(dá)和磷酸化。

3.2 調(diào)控叉頭框蛋白O(forkhead box protein O,FOXO)

FOX家族是一類重要的轉(zhuǎn)錄因子,由19個不同的亞家族組成,其中亞家族O包括FOXO1、FOXO3a、FOXO4和FOXO6[26]。FOXO轉(zhuǎn)錄因子是抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因子,參與許多重要生物過程,包括抗氧化應(yīng)激、代謝、凋亡、細(xì)胞增殖、自噬和DNA修復(fù)等[27]。SIRT1通過對FOXO1、FOXO3a和FOXO4轉(zhuǎn)錄因子的去乙?；?誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞中的錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)、過氧化氫酶、過氧化物酶3和5、硫氧還蛋白、硫氧還蛋白還原酶2和解偶聯(lián)蛋白2等抗氧化基因的表達(dá),減少ROS的生成,從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[28-29]。此外,SIRT1還可與FOXO3a直接結(jié)合,降低其乙酰化水平,提高其泛素化水平,從而抑制FOXO3a的蛋白表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性,并拮抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮祖細(xì)胞凋亡[30]。有研究發(fā)現(xiàn),抑制SIRT1、FOXO1和FOXO3表達(dá)會減弱白藜蘆醇對eNOS的活性,導(dǎo)致eNOS蛋白表達(dá)和NO生成減少,說明eNOS可能并非SIRT1的直接靶點,SIRT1/FOXO軸才是導(dǎo)致eNOS升高的原因,說明SIRT1也可以通過促進(jìn)FOXO轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和活性上調(diào)eNOS和NO水平[31]。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一種能夠清除ROS的金屬酶,具有抗氧化應(yīng)激作用[32]。已有研究證明,SIRT1可通過去乙?；饔眉せ頕OXO3a,從而上調(diào)MnSOD基因的表達(dá)及促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄活性,并通過SIRT1/FOXO3a/MnSOD軸抑制氧化應(yīng)激和ROS的生成,保護(hù)血管內(nèi)皮,改善心臟功能[33]。另有研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇可以增加MnSOD蛋白的表達(dá)水平和活性,從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,并抑制心肌細(xì)胞肥大,而這種保護(hù)作用機(jī)制可能與SIRT1通過其去乙酰化作用下調(diào)乙?；疐OXO1的表達(dá),上調(diào)MnSOD基因的表達(dá),從而調(diào)節(jié)FOXO1/MnSOD 信號通路有關(guān)[34]。

3.3 抑制NF-κB表達(dá)

NF-κB是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,其活性與ROS的產(chǎn)生密切相關(guān),主要是通過增加抗氧化蛋白的表達(dá)來降低ROS水平[35]。SIRT1可使p65去乙?；?并促進(jìn)SIRT1與其去乙?；孜颪F-κB p65結(jié)合,從而抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄[36],表明SIRT1可通過抑制NF-κB的表達(dá),降低ROS水平來發(fā)揮抗氧化作用。SIRT1還可通過激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK),抑制NF-κB的表達(dá),從而抑制ROS的產(chǎn)生。ZHANG等[37]研究發(fā)現(xiàn),上調(diào)SIRT1的表達(dá)可激活A(yù)MPK,抑制NF-κB的表達(dá),即可通過調(diào)節(jié)AMPK/SIRT1/NF-κB信號通路抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),從而改善動脈粥樣硬化疾病進(jìn)展。此外,有研究證明,長期的熱量限制能夠激活SIRT1/AMPK/PGC-1α通路,即上調(diào)SIRT1的表達(dá)可激活A(yù)MPK,提高SIRT1對PGC-1α的去乙?；饔?促進(jìn)PGC-1α的轉(zhuǎn)錄活性,從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,保護(hù)血管內(nèi)皮[38]。

3.4 抑制NOX表達(dá)及活性

NOX是一種氧化還原酶,也是體內(nèi)ROS的主要來源。SIRT1可以減少NOX的產(chǎn)生,并在抑制NOX活性及超氧化物的產(chǎn)生中起重要作用[39]。有研究已經(jīng)證實,抑制SIRT1會導(dǎo)致NOX活性增強(qiáng)及其亞基p22phox和NOX4的表達(dá)上調(diào),而激活SIRT1可抑制NOX活性,并抑制ROS產(chǎn)生和NO失活[40]。此外,有研究顯示,槲皮素誘導(dǎo)的SIRT1上調(diào)可以增強(qiáng)AMPK活性,減少NADPH的產(chǎn)生,并降低NOX2和NOX4的活性,促進(jìn)eNOS表達(dá),從而減少ROS的生成,發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[41]。因此,SIRT1可以通過SIRT1/AMPK/NADPH和SIRT1/AMPK/eNOS 2條通路,參與抗氧化應(yīng)激反應(yīng)。此外,缺氧可誘導(dǎo)NOX4上調(diào)SIRT1,促進(jìn)活性核因子紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(active NF-E2-related factor,Nrf2)和激活轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor,ATF)蛋白表達(dá),即調(diào)控SIRT1/Nrf2/ATF信號通路可改善氧化應(yīng)激導(dǎo)致的心臟損傷[42]。

3.5 抑制p53活性及表達(dá)

p53是一種腫瘤抑制蛋白,也是一種氧化應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子,除了調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、自噬和DNA修復(fù),在氧化應(yīng)激方面也發(fā)揮著重要的作用[43]。SIRT1可以通過促進(jìn)p53去乙酰化來抑制p53活性,發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,并防止細(xì)胞凋亡和保護(hù)血管內(nèi)皮[44]。下調(diào)SIRT1可促進(jìn)p53 mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡及氧化應(yīng)激,參與動脈粥樣硬化進(jìn)展[45]。

3.6 抑制p66Shc表達(dá)

p53可通過調(diào)節(jié)不同靶蛋白促進(jìn)氧化應(yīng)激損傷,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,p66Shc是其中一種靶蛋白,也是一種銜接蛋白,具有氧化還原酶活性,可刺激線粒體產(chǎn)生ROS[46]。MARTIN-PADURA等[47]研究發(fā)現(xiàn),與正常小鼠比較,p66Shc缺陷小鼠的抗氧化應(yīng)激能力較高,可明顯延緩動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。ZHOU等[48]研究發(fā)現(xiàn),SIRT1可將p66Shc啟動子區(qū)結(jié)合的組蛋白H3去乙?；?從而抑制p66Shc的轉(zhuǎn)錄和表達(dá),減少ROS的生成,進(jìn)而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,改善內(nèi)皮功能。SIRT1下調(diào)會導(dǎo)致p66Shc基因啟動子的去乙?；瘻p少,促進(jìn)p66Shc轉(zhuǎn)錄和表達(dá),激活NOX,抑制抗氧化酶表達(dá),促進(jìn)ROS的生成,從而導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[49]。

4 結(jié)論

氧化應(yīng)激反應(yīng)是一個機(jī)制復(fù)雜的病理過程,SIRT1可通過不同信號通路抗氧化應(yīng)激損傷,各信號通路相互影響相互關(guān)聯(lián),是一個復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò),涉及SIRT1/eNOS、SIRT1/FOXO、SIRT1/NF-κB、SIRT1/NOX、SIRT1/p53等。SIRT1通過對組蛋白和非組蛋白去乙?；{(diào)控eNOS、FOXO、NF-κB、PGC-1α、NOX、p53、p66Shc活性或表達(dá),來對抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷,從而起到抗動脈粥樣硬化作用。SIRT1除了抗氧化應(yīng)激作用外,還能通過促進(jìn)NO產(chǎn)生,抑制平滑肌細(xì)胞遷移和增殖,抑制炎癥和泡沫細(xì)胞的形成,減輕內(nèi)皮損傷和改善血管僵硬度,從而發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。目前已知的能夠激活并調(diào)控SIRT1活性和表達(dá)的化合物較少。因此,未來應(yīng)該深入研究SIRT1抗氧化應(yīng)激損傷的機(jī)制,研發(fā)靶向調(diào)控SIRT1活性和表達(dá)的藥物,這將為動脈粥樣硬化的治療提供新的思路和方法。