河泰麟，龐濤

(中國(guó)藥科大學(xué)藥物科學(xué)研究院，江蘇 南京 210009)

Kaeberlein 等[1]于1999年首次發(fā)現(xiàn)沉默信息調(diào)控因子2(Sir2)可調(diào)節(jié)釀酒酵母的壽命，Sir2突變型菌株的壽命顯著縮短，而Sir2過(guò)表達(dá)菌株的壽命則顯著延長(zhǎng)，掀起了人們對(duì)沉默調(diào)節(jié)蛋白(sirtuins，SIRT)的研究熱潮。在哺乳動(dòng)物中，SIRT家族由7個(gè)成員(SIRT1～SIRT7)組成，具有275個(gè)氨基酸的保守催化結(jié)構(gòu)域[2]。SIRT最初被分類(lèi)到第三類(lèi)組蛋白去乙?；钢校壳霸S多研究發(fā)現(xiàn)其也可作用于非組蛋白上的蛋白質(zhì)，從賴氨酸殘基上發(fā)揮去乙酰基基團(tuán)的作用[3]。在四類(lèi)組蛋白去乙酰化酶中，SIRT是唯一一類(lèi)需要煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)作為共同底物來(lái)水解乙?；被釟埢娜ヒ阴；竅4]。SIRT將氨基酸殘基的去乙酰化作用與NAD+的消耗結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生兩種副產(chǎn)物，煙酰胺和O-乙?；鵄DP核糖[5]。從目標(biāo)蛋白的賴氨酸殘基上去除乙酰基會(huì)影響SIRT的功能、定位和穩(wěn)定性。

并非所有的SIRT成員都是以去賴氨酸乙?；δ転橹?，SIRT1、SIRT2和SIRT3是較強(qiáng)的去乙?；竅6]。然而，賴氨酸殘基的側(cè)鏈可以被其他酰基修飾，如甲酰基、丙?；?、丁?；?、巴豆酰基和琥珀?；萚7]。SIRT除了具有多種酶促功能外，還具有獨(dú)特的亞細(xì)胞定位?？傊?，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)SIRT通過(guò)其獨(dú)特的酶功能、細(xì)胞定位及亞細(xì)胞定位作用于多種底物并調(diào)節(jié)各種細(xì)胞過(guò)程，參與缺血性腦卒中的發(fā)病及預(yù)后。

1 SIRT1

SIRT1是SIRT家族中最保守，研究最廣泛的一個(gè)[8]。SIRT1通過(guò)去乙酰化組蛋白殘基(如H3K9、H3K56、H3K14及H3K16)抑制轉(zhuǎn)錄[9]。此外，SIRT1還可以去乙?；墙M蛋白，調(diào)節(jié)DNA修復(fù)、糖酵解、線粒體功能、炎癥、氧化應(yīng)激以及細(xì)胞凋亡等過(guò)程[8-9]。大量文獻(xiàn)表明SIRT1介導(dǎo)各種缺血和神經(jīng)退行性疾病。

在大腦中，SIRT1主要定位于神經(jīng)元細(xì)胞核中，在神經(jīng)干細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中也有表達(dá)。SIRT1調(diào)控大腦中許多重要的生理過(guò)程，如基因組穩(wěn)定性、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)突向外生長(zhǎng)、突出可塑性和認(rèn)知功能[10]。

在腦缺血發(fā)生后，SIRT1具有維持線粒體功能穩(wěn)態(tài)、介導(dǎo)NAD+的神經(jīng)保護(hù)作用、減少氧化應(yīng)激、維持血容量以及減少炎癥反應(yīng)的作用。腦缺血及再灌注后SIRT1表達(dá)持續(xù)降低，SIRT1-/-小鼠的梗死體積要顯著大于野生型小鼠，而SIRT1過(guò)表達(dá)小鼠則可以延緩腦缺血損傷。雙側(cè)頸總動(dòng)脈閉塞引起小鼠腦血流量減少至20%～25%，但在過(guò)表達(dá)SIRT1小鼠中僅減少至45%～50%，在閉塞數(shù)天后腦血流量恢復(fù)到了接近基線的水平，表明SIRT1具有維持腦血流、降低腦缺血程度的作用。這是由于SIRT1具有調(diào)控腦內(nèi)皮細(xì)胞遷移的作用，使缺氧誘導(dǎo)因子2α(hypoxia inducible factor-2α，HIF-2α)去乙酰化，增加其轉(zhuǎn)錄，最終促進(jìn)紅細(xì)胞對(duì)低氧的適應(yīng)性，促進(jìn)紅細(xì)胞生成素的分泌[11]。

SIRT1還可以調(diào)控炎癥反應(yīng)，從而起到神經(jīng)保護(hù)作用。許多研究都發(fā)現(xiàn)了白藜蘆醇(SIRT1激動(dòng)劑)在小鼠腦缺血后數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天后給藥都具有抗腦缺血的作用。NF-κB在腦缺血再灌注中介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，白藜蘆醇通過(guò)激動(dòng)SIRT1可以使NF-κB去乙?；?，從而降低其活性。然而，除了激動(dòng)SIRT1外，白藜蘆醇還可以激動(dòng)SIRT3和SIRT5以及非沉默調(diào)節(jié)蛋白，因此其神經(jīng)保護(hù)作用可能并不完全依賴于SIRT1[12]。此外，白藜蘆醇已經(jīng)在包括缺血性腦卒中在內(nèi)的多種疾病中開(kāi)展了臨床試驗(yàn)。

盡管大多數(shù)研究都支持SIRT1的神經(jīng)保護(hù)作用，但一些證據(jù)表明SIRT1不能抵抗腦缺血，甚至可能加重腦缺血損傷。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)SIRT1可防止小鉀顆粒神經(jīng)元中低鉀誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。然而，SIRT抑制劑煙酰胺或Sirtinol并沒(méi)有抵消這種保護(hù)作用，這表明SIRT1可能參與其他神經(jīng)保護(hù)機(jī)制[13]。此外，SIRT1可能導(dǎo)致局部缺血后NAD+的快速下降,煙酰胺通過(guò)保持NAD+水平來(lái)防止興奮性毒性細(xì)胞死亡[13]?？傊琒IRT1在腦缺血中的神經(jīng)保護(hù)作用需要更多的研究來(lái)闡明并完善。

2 SIRT2

SIRT2主要位于細(xì)胞質(zhì)中，但也可入核。SIRT2的功能包括對(duì)α-微管蛋白的去乙?；虷3K4、H3K16的去乙酰化，從而調(diào)控染色體的濃縮。SIRT2在大腦中高度表達(dá)，并主要定位于少突膠質(zhì)細(xì)胞，在小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和神經(jīng)干細(xì)胞中表達(dá)極低。在大腦中，SIRT2具有抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞分化、調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的促炎和抗炎、誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞死亡以及抑制神經(jīng)突生長(zhǎng)等眾多功能。

SIRT2在缺血性腦卒中中表現(xiàn)出有害的作用。SIRT2抑制劑或其基因敲除可促進(jìn)缺血性腦卒中的良好預(yù)后。Xie等[14]研究表明，下調(diào)腦內(nèi)SIRT2對(duì)腦缺血性損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，SIRT2抑制劑AGK2顯著降低小鼠短暫性大腦中動(dòng)脈阻塞(transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO)后梗塞體積并改善其神經(jīng)功能缺損。與野生型小鼠相比，SIRT2-/-小鼠tMCAO后H4K16乙?；黾樱形创_定這種修飾的基因組靶標(biāo)。作者認(rèn)為其潛在核靶標(biāo)是FOXO轉(zhuǎn)錄因子。在細(xì)胞應(yīng)激下，SIRT2使FOXO1和FOXO3a去乙?；?，從而誘導(dǎo)自噬和線粒體超氧化物歧化酶(MnSOD)表達(dá)增加。Krey等[15]研究發(fā)現(xiàn)，敲除SIRT2能夠減輕tMCAO模型后雄性小鼠的神經(jīng)功能缺損。另外，Nie等[16]研究表明，氧化應(yīng)激后，SIRT2在PC12細(xì)胞系中上調(diào)并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。SIRT2抑制劑和SIRT2敲低均可以通過(guò)減少ROS的產(chǎn)生來(lái)減少H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

目前為止，絕大部分文章都認(rèn)為SIRT2在缺血性腦卒中后具有加重腦損傷的作用，這一現(xiàn)象在靶向沉默調(diào)節(jié)蛋白治療缺血性腦卒中領(lǐng)域上值得進(jìn)一步探究。

3 SIRT3

SIRT3是一種主要在線粒體內(nèi)表達(dá)的賴氨酸去乙?；?，作為應(yīng)激反應(yīng)蛋白在維持線粒體穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。在養(yǎng)分缺失或氧化應(yīng)激后，SIRT3能調(diào)節(jié)線粒體能量代謝和ROS水平。SIRT3的去乙酰化還參與三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化、脂肪酸氧化、氨基酸代謝、尿素循環(huán)和ROS解毒等過(guò)程。

眾多研究闡明了SIRT3在缺血性腦卒中后的潛在功能。SIRT3在H2O2誘導(dǎo)的原代神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞系氧化應(yīng)激中具有神經(jīng)保護(hù)作用。Wang等[17]發(fā)現(xiàn)，H2O2處理運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元樣細(xì)胞NSC34后，SIRT3水平有所降低，用丙戊酸或鋰預(yù)處理可減輕這種毒性，這種保護(hù)作用與SIRT3水平升高有關(guān)。Dai等[18]研究顯示，用H2O2處理小鼠海馬細(xì)胞HT22后，SIRT3水平呈時(shí)間和濃度依賴性升高，SIRT3的敲低會(huì)使損傷加重，而SIRT3的過(guò)表達(dá)則通過(guò)降低ROS和脂質(zhì)過(guò)氧化起到神經(jīng)保護(hù)作用。

SIRT3在缺血性腦卒中中的作用也有廣泛研究。Yin等[19]研究表明，小鼠tMCAO后，酮類(lèi)物質(zhì)可減少腦梗塞體積并改善神經(jīng)功能缺損。這種保護(hù)作用與NAD+/NADH、SIRT3水平、SIRT3下游抗氧化基因FOXO3a和SOD2的增加相關(guān)。在原代神經(jīng)元中過(guò)表達(dá)SIRT3增強(qiáng)了它們對(duì)魚(yú)藤酮(線粒體復(fù)合體I的抑制劑)的抵抗力，而SIRT3敲除則抵消了保護(hù)作用并降低了FOXO3a和SOD2的水平。因此，該研究通過(guò)激活抗氧化基因來(lái)支持酮類(lèi)的依賴SIRT3的神經(jīng)保護(hù)作用。

相反，一些研究揭示了SIRT3的有害作用。Novgorodov等[20]研究表明，SIRT3通過(guò)增加神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生來(lái)促進(jìn)腦缺血損傷。研究表明，缺血/再灌注損傷會(huì)激活SIRT3，從而使線粒體神經(jīng)酰胺合酶去乙?；瑥亩鴮?dǎo)致其酶促活性和神經(jīng)酰胺豐度增加。此外，Pfister等[21]的研究表明，在CGNs和HT22細(xì)胞中，SIRT3的過(guò)度表達(dá)能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。盡管多項(xiàng)研究支持SIRT3在腦缺血性損傷中具有神經(jīng)保護(hù)作用，但仍需要進(jìn)行進(jìn)一步研究以更好地了解SIRT3的作用。

4 SIRT4

SIRT4的去乙?；钚暂^低，主要發(fā)揮ADP核糖轉(zhuǎn)移酶活性。SIRT4通過(guò)丙二酰輔酶A脫羧酶的作用，能夠抑制骨骼肌中的脂肪酸氧化并促進(jìn)脂肪生成。而在缺血性腦卒中領(lǐng)域中，SIRT4的功能還有待進(jìn)一步探究，僅有一項(xiàng)研究解釋了SIRT4對(duì)興奮性毒性損傷的作用。在海藻酸預(yù)處理后，小鼠海馬中SIRT4水平升高，SIRT4基因敲除鼠注射海藻酸后，會(huì)加重細(xì)胞凋亡和癲癇樣癥狀。SIRT4主要在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，SIRT4基因敲除鼠對(duì)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1依賴的谷氨酸攝取率顯著降低，這表明SIRT4在保護(hù)興奮性毒性損傷中可能起到重要作用，具有神經(jīng)保護(hù)作用[22]。SIRT4在大腦中的整體功能仍未得到充分探索。

5 SIRT5

SIRT5具有去丙二酰化、去戊二?；?、去琥珀?；腿ヒ阴；钚訹23]。SIRT5參與調(diào)節(jié)糖酵解、呼吸作用、脂肪酸氧化和細(xì)胞凋亡[24]。重組人蛋白激酶Cε型(recombinant human PKC epsilon，PKCE)通過(guò)激動(dòng)SIRT5對(duì)缺血性腦損傷發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。在神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)中，PKCE增加了線粒體SIRT5的活性和表達(dá)，與線粒體琥珀?；嘘P(guān)。SIRT5基因敲除小鼠的線粒體呼吸復(fù)合物的耗氧率降低，導(dǎo)致皮質(zhì)中線粒體賴氨酸琥珀?；缴?，PKCE預(yù)處理可增強(qiáng)野生型小鼠的線粒體呼吸作用，但對(duì)SIRT5基因敲除鼠沒(méi)有顯著的腦缺血損傷的神經(jīng)保護(hù)作用。因此，這項(xiàng)研究支持SIRT5可能通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體呼吸對(duì)缺血性腦卒中有保護(hù)作用。SIRT5基因的遺傳變異與頸動(dòng)脈斑塊的形成相關(guān)。頸動(dòng)脈斑塊的積聚增加了動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)，而動(dòng)脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的一大病因，因此本研究表明SIRT5在缺血性腦卒中發(fā)病中具有潛在作用。因此，盡管一些報(bào)道支持SIRT5在腦缺血性損傷中具有神經(jīng)保護(hù)作用，但其功能有待進(jìn)一步研究。

6 SIRT6

SIRT6具有組蛋白去乙?；竅25]、ADP核糖基化酶[26]和去淀粉化酶[27]活性。它作用于乙?；馁嚢彼釟埢?，如H3K9ac和H3K56ac，以抑制基因表達(dá)并促進(jìn)基因組穩(wěn)定性[27]，維持端粒穩(wěn)定性[28]。SIRT6還通過(guò)ADP核糖基化激活聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-1，在DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用[26]。此外，據(jù)報(bào)道，SIRT6具有抗感染、維持代謝穩(wěn)態(tài)、防止和延緩衰老等功能[29-30]。SIRT6基因敲除小鼠的壽命縮短，表現(xiàn)出類(lèi)似衰老的退化過(guò)程，由于葡萄糖攝取和糖酵解增加而表現(xiàn)出嚴(yán)重的低血糖表型[31]。然而，過(guò)表達(dá)SIRT6的小鼠對(duì)高脂飲食引起的代謝損傷具有抵抗力，并能延長(zhǎng)雄性小鼠的壽命，但對(duì)雌性小鼠沒(méi)有影響[32]。

用Na2S(H2S的外源供體)預(yù)處理腦內(nèi)皮細(xì)胞系bEnd.3保護(hù)細(xì)胞免受氧糖剝奪(oxygen glucose deprivation，OGD)誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[33]。這與ROS的產(chǎn)生減少和抗氧化劑基因SOD和過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性增加有關(guān)。Na2S處理也增加了SIRT6的表達(dá)和活性，而OGD降低了它的表達(dá)和活性。抑制SIRT6降低了SOD和CAT的活性，并削弱了Na2S介導(dǎo)的針對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞中OGD的保護(hù)作用。Lee等[34]也發(fā)現(xiàn)SIRT6具有腦保護(hù)作用，文中稱SIRT6主要存在于神經(jīng)元細(xì)胞中，在體內(nèi)外腦缺血模型下，SIRT6減少表達(dá)降低，高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1，HMGB1)從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)及其細(xì)胞外釋放，這一過(guò)程可以促進(jìn)腦炎癥。在SH-SY5Y細(xì)胞中敲除SIRT6不會(huì)影響OGD誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，但會(huì)增加HMGB1向細(xì)胞外分泌。這項(xiàng)研究認(rèn)為SIRT6能阻止HMGB1釋放，可能會(huì)減輕腦部炎癥。

然而有少量文章提出了SIRT6的有害作用。在缺血再灌注損傷后，H2O2的水平升高，導(dǎo)致氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷。Shao等[35]發(fā)現(xiàn)，SH-SY5Y神經(jīng)元細(xì)胞在H2O2刺激后SIRT6表達(dá)減少。SIRT6的過(guò)表達(dá)進(jìn)一步加劇了細(xì)胞壞死和ROS的產(chǎn)生。SIRT6通過(guò)抑制AKT信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自噬，而SIRT6抑制劑和自噬抑制則能夠減輕細(xì)胞死亡。

7 SIRT7

SIRT7主要存在于核仁中，通過(guò)RNA聚合酶I亞基的去乙酰作用在核糖體RNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中發(fā)揮積極作用[17]。SIRT7還可以通過(guò)間接激活RNA聚合酶III來(lái)調(diào)節(jié)核糖體RNA轉(zhuǎn)錄[36]。這兩個(gè)事件都是蛋白質(zhì)翻譯所必需的。此外，SIRT7還有組蛋白去琥珀酸酶活性，使H3K122去琥珀酰化，并促進(jìn)染色質(zhì)凝聚和DNA損傷修復(fù)。

尚未有人研究SIRT7在缺血性腦卒中中的作用，目前認(rèn)為SIRT7僅是與腦卒中相關(guān)的基因之一，有待深入研究。

8 總結(jié)與展望

總之，許多研究支持靶向SIRT家族在腦缺血性損傷前后的重要性，為臨床上治療缺血性腦卒中提供了新思路。然而，對(duì)于SIRT家族的功能了解還不夠深入，特別是在大腦中高度表達(dá)，并表現(xiàn)出明顯的區(qū)域和細(xì)胞定位的SIRT成員。另外，針對(duì)某一SIRT成員的特異性藥理激動(dòng)劑或抑制劑有待研發(fā)，因?yàn)椴煌琒IRT成員對(duì)缺血性腦卒中的作用可能是相反的。