沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1在子癇前期發(fā)病機制中的研究進展

劉金鈺,程蔚蔚,楊星宇

子癇前期(preeclampsia，PE)是一種對母兒生命安全影響嚴(yán)重的妊娠期特有綜合征，發(fā)病率約3%～8%，以孕20周后母體出現(xiàn)高血壓和蛋白尿為特征，可伴有頭痛、眩暈、水腫等癥狀[1]。其病理生理特征包括母體血管-抗血管生成因子失衡、內(nèi)皮功能障礙、母胎界面異常炎癥反應(yīng)激活、滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育不良及血管侵襲障礙等[2]。長期以來，闡明PE發(fā)病的具體機制一直是圍產(chǎn)科最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一，其有利于PE預(yù)防和診療策略的建立。

胎盤發(fā)育和滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲是妊娠早期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正常的內(nèi)皮細(xì)胞功能對胎盤形成階段至關(guān)重要。絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞是一種高度增殖的細(xì)胞，它通過蛻膜基質(zhì)直接侵入子宮螺旋動脈，這一過程增加了妊娠早期母體流向胎盤的血流量。病理炎癥狀態(tài)(如宮內(nèi)感染)時，滋養(yǎng)層細(xì)胞暴露于炎性刺激下，胎盤發(fā)育異常并可誘導(dǎo)一系列促炎細(xì)胞因子的分泌，例如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白細(xì)胞介素-6(interleukin 6,IL-6)，從而導(dǎo)致滋養(yǎng)層功能缺陷、胎盤功能障礙、內(nèi)皮細(xì)胞異常自噬和異常的產(chǎn)科結(jié)局[3]。

沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(sirtuin 1,SIRT1)是一種依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的蛋白去乙?；?，能在多種生理過程中發(fā)揮作用，例如干細(xì)胞分化以及細(xì)胞新陳代謝[4]。已有研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在胎盤合體滋養(yǎng)層細(xì)胞和細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞中均有表達[5]。近年來，有關(guān)SIRT1在分子水平及病理生理機制方面的研究取得了快速進展。Han Y等[6]發(fā)現(xiàn)SIRT1可通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)通路，負(fù)向調(diào)節(jié)參與炎癥過程的核因子κB(nuclearfactor κappaB,NF-κB)信號通路，抑制人類顆粒細(xì)胞及卵母細(xì)胞炎癥反應(yīng)并發(fā)揮抗凋亡作用。Wang H 等[7]發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎發(fā)育過程中母體SIRT1缺乏會導(dǎo)致子代胚胎發(fā)育缺陷。然而，SIRT1對妊娠狀態(tài)下胎盤促炎環(huán)境形成及參與PE發(fā)病過程的相關(guān)機制尚不清楚。本文通過對SIRT1相關(guān)研究新進展作一綜述，以便進一步了解PE發(fā)病的分子機制，并探索以SIRT1基因表達調(diào)控為中心開展臨床治療的可能性。

1 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1家族及其分子生物學(xué)特征

組蛋白的乙?；?去乙?；揎棧诨虮磉_調(diào)控中起重要作用。參與去乙?；拿赋私?jīng)典的Ⅰ類和Ⅱ類組蛋白去乙?；?histone deacetylase,HDAC)外，還有Ⅲ類HDAC，即沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent ulator information reg-2，Sir2)相關(guān)酶類(sirtuins，SIRT)。它是一類依賴于NAD+、核心區(qū)域高度保守的HDAC,能參與各種細(xì)胞事件，包括染色體分離、DNA重組和核酸壽命調(diào)控等[8]。人類SIRT家族成員有7個：SIRT1～SIRT7，已證明該蛋白質(zhì)與血管生成、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)以及能量平衡調(diào)控等多種生理過程有關(guān)[9]。SIRT家族具有不同的亞細(xì)胞定位：SIRT1和SIRT2主要位于細(xì)胞核和胞漿，SIRT3、SIRT4和SIRT5主要位于線粒體中，而SIRT6和SIRT7主要位于細(xì)胞核中[10]。

SIRT1是SIRT家族中研究最為廣泛的因子，其編碼747個氨基酸，C末端結(jié)構(gòu)域由25個氨基酸殘基組成，該結(jié)構(gòu)域具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)，可與NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域互補，對SIRT1活性至關(guān)重要，而N末端結(jié)構(gòu)域則是其催化活性的關(guān)鍵位點[11]。SIRT1可與許多轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，使其去乙?；l(fā)揮對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控作用，包括核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2,Nef2)、NF-κB、胰腺和十二指腸同源框因子1(pancreatic duodenal homeobox factor-1,PDX-1)和叉頭框蛋白(forkhead box O,FOXO)[12]。

SIRT家族是延緩細(xì)胞衰老和延長生物壽命的重要調(diào)節(jié)器，也是一系列心血管代謝性疾病，如缺血性損傷及內(nèi)皮功能障礙的重要調(diào)節(jié)因子[13]。存在于線粒體中的SIRT3、SIRT4和SIRT5在線粒體生理代謝過程中發(fā)揮重要作用[14]；而存在于細(xì)胞核中的SIRT1、SIRT6和SIRT7，可作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，穩(wěn)定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)端?？s短抑制及促進DNA損傷修復(fù)，達到維持正常的染色質(zhì)凝聚狀態(tài)并調(diào)節(jié)干細(xì)胞自我更新的作用[15]。SIRT蛋白家族還可通過與胰島素/類胰島素1號生長因子(insulin-like growth factors -1,IGF-1)信號軸、AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)和FOXO等多種信號通路的相互作用，對生物壽命發(fā)揮調(diào)控作用[16]。

近年來，多項研究指出SIRT家族對機體生殖功能有影響，主要是因為SIRT蛋白具有能介導(dǎo)能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、線粒體生物發(fā)生和抗氧化應(yīng)激等作用。研究顯示，SIRT1能參與調(diào)節(jié)卵巢顆粒細(xì)胞的增殖和凋亡[6]，SIRT1的下調(diào)可能與卵巢儲備功能的降低有關(guān)；轉(zhuǎn)基因模型實驗中指出SIRT1可通過影響雄性Sertoli細(xì)胞和Leydig細(xì)胞的特定功能，參與精子發(fā)生過程[17]；SIRT3能促進黃體化激素的分泌[18]，母體來源的SIRT3具有保護早期胚胎發(fā)育的功能[19]；提高SIRT2活性能促進模型動物和離體培養(yǎng)的卵母細(xì)胞的發(fā)育與成熟。

2 子癇前期的病理生理機制

近些年來，人類對PE發(fā)病機制有了深入的認(rèn)識。目前普遍認(rèn)為PE是一種以廣泛血管內(nèi)皮損傷為特點的內(nèi)皮源性疾病，患者常表現(xiàn)為全身小動脈痙攣、胎盤血流灌注減少、內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和多系統(tǒng)功能失調(diào)。

生理妊娠狀態(tài)下，母體會產(chǎn)生一系列適應(yīng)性調(diào)節(jié)，使其能耐受獨特的“半同種異體移植物”——胎兒，建立微妙的免疫平衡狀態(tài)，既能促進胎兒的成長又能維持母體穩(wěn)態(tài)。妊娠早期母體最主要的適應(yīng)性變化為子宮螺旋動脈重塑：滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入母體螺旋動脈，降低血管阻力并增加血流量以保證胎盤灌注充足，這種高排低阻性的改變對維持胎兒的血供和營養(yǎng)非常重要。為實現(xiàn)血管重塑，胎盤和血管內(nèi)皮會分泌多種血管活性物質(zhì)、生長因子、黏附分子和蛋白酶等，其中最具代表性的是血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、可溶性FMS樣酪氨酸激酶-1(soluble Fms-like tyrosine kinase-1，sFlt-1)、胎盤生長因子(placenta growth factor,PLGF)及內(nèi)皮素(endothelin，ET)等，這些因子能誘導(dǎo)螺旋動脈的重塑，促進子宮-胎盤界面形成，使母體心血管和腎臟發(fā)生適應(yīng)性改變。

滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲不足、絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞分化障礙和螺旋動脈重構(gòu)缺陷會導(dǎo)致胎盤床中的微血管密度低下，母胎界面的正常發(fā)育受到損害，導(dǎo)致PE的發(fā)生發(fā)展。PE患者常表現(xiàn)為sFlt-1/PlGF失衡、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)低表達、前列環(huán)素(prostacyclin,PGI2)/血栓素(thromboxane，TXA2)低比值和炎癥介質(zhì)高表達狀態(tài)[20]。

PE患者妊娠結(jié)局與確診PE時的孕周及PE的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，發(fā)生在妊娠期34周前的早發(fā)型PE(early-onset preeclampsia，EOPE)和妊娠34周之后出現(xiàn)的晚發(fā)型PE(late-onset preeclampsia，LOPE)有不同的病理生理過程[21]。母體子宮螺旋動脈重塑不良和母胎界面出現(xiàn)的低排高阻現(xiàn)象，使EOPE患者胎盤血流灌注不足。胎盤缺血引發(fā)嚴(yán)重的氧化應(yīng)激反應(yīng)，可導(dǎo)致sFLT-1和可溶性內(nèi)皮因子分泌增加，PLGF分泌減少，這種高sFlt-1和低VEGF/PLGF狀態(tài)進一步推動了妊娠期高血壓的發(fā)展。而在LOPE中，較少能觀察到子宮螺旋動脈的重塑不良，血流灌注水平也相對維持正常，此時胎盤氧化應(yīng)激反應(yīng)較低，這也使胎盤中sFLT-1和PLGF的分泌水平接近正常范圍[22]。LOPE發(fā)病可能源于母體自身對疾病的遺傳易感性，在妊娠這一應(yīng)激狀態(tài)下，誘導(dǎo)母體出現(xiàn)相關(guān)臨床癥狀。

3 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1與子癇前期

近年來,多項研究發(fā)現(xiàn)SIRT1可通過催化組蛋白去乙酰化等環(huán)節(jié)，調(diào)控多種轉(zhuǎn)錄因子及促炎介質(zhì)的合成，參與PE的發(fā)病。

3.1 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1與滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖

Viana-Mattill S等[23]研究發(fā)現(xiàn)，和正常孕婦相比，PE患者血漿中的SIRT1蛋白減少，而在體外模型中，Lee 等[24]研究表明,轉(zhuǎn)染表達人SIRT1小干擾RNA(sh-SIRT1)的慢病毒后，Sw.71細(xì)胞和HTR-8/SVneo細(xì)胞中SIRT1的表達明顯降低。SIRT1敲低能抑制Sw.71細(xì)胞和HTR-8/SVneo細(xì)胞的侵襲、遷移、增殖和內(nèi)皮樣管形成能力，并誘導(dǎo)Fas減少和FasL增加；也能通過阻滯Akt/p38-MAPK信號傳導(dǎo)反向調(diào)節(jié)自噬，降低人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)的增殖能力，使得其細(xì)胞毒性增加以及Fas表達增加。這些結(jié)果表明SIRT1可能通過調(diào)控信號傳導(dǎo)和免疫耐受來促進滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖，影響胎盤發(fā)育；而SIRT1低表達可能是導(dǎo)致PE患者滋養(yǎng)層侵襲不足的重要原因。

3.2 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1與血管內(nèi)皮功能

PE主要的病理變化包括血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，生理狀態(tài)下血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌多種因子，在調(diào)節(jié)血管張力和血流的動態(tài)平衡方面發(fā)揮重要作用：血管緊張素II(angiotensin II,AngII)、ET-1、TXA2、PGI2等內(nèi)皮分泌分子可參與血管收縮，而一氧化氮(nitric oxide，NO)、緩激肽以及超極化因子等可參與調(diào)節(jié)血管舒張。SIRT1可增強內(nèi)皮細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)并促進內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，參與維持正常的毛細(xì)血管密度，與內(nèi)皮細(xì)胞分化和血管生成潛能有關(guān)[25]。Dou等[26]研究發(fā)現(xiàn)在SIRT1基因敲除小鼠中，毛細(xì)血管數(shù)量及密度均減少，伴有血管舒張功能減弱和內(nèi)皮功能障礙。SIRT1還可阻斷AngII誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞肥大和血管內(nèi)皮早衰，血管平滑肌細(xì)胞中SIRT1缺失使小鼠血管修復(fù)能力下降[27]。SIRT1可與eNOS的鈣調(diào)蛋白結(jié)合域結(jié)合，促進NO生成并發(fā)揮保護血管作用；同時eNOS與SIRT1共存對于SIRT1提高NO生物利用度起著至關(guān)重要的作用[28]。此外，NO/ET-1正常比例有助于維持良好的內(nèi)皮動態(tài)平衡，ET-1/VEGF可通過ETB受體介導(dǎo)，在HUVEC中誘導(dǎo)血管生成[29]。故而，SIRT1可能通過影響滋養(yǎng)層血管的發(fā)育與內(nèi)皮功能，誘導(dǎo)妊娠期疾病的發(fā)生發(fā)展。

3.3 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1與妊娠期炎癥反應(yīng)

感染或非感染因素引起的炎癥狀態(tài)，均可導(dǎo)致胎盤功能障礙和多種促炎介質(zhì)釋放，與各種不良妊娠結(jié)局具有相關(guān)性，包括早產(chǎn)、死產(chǎn)、PE和宮內(nèi)生長受限(intrauterine growth retardation，IUGR)。SIRT1在胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中表達，并通過抑制母胎界面炎癥反應(yīng)，維持滋養(yǎng)層細(xì)胞正常分化和胎盤發(fā)育[5]。Han Y等[30]發(fā)現(xiàn)SIRT1過表達可減輕缺血和再灌注損傷，通過Akt依賴性代謝調(diào)節(jié)來抑制NLRP3炎性小體的激活。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是一種內(nèi)毒素，可誘導(dǎo)母胎界面的天然免疫，在LPS誘導(dǎo)的HTR8/SVneo細(xì)胞中，敲除SIRT1基因可明顯增強NLRP3炎性小體和IL-1β的表達水平[31]，提示胎盤中SIRT1不僅參與抗炎作用，而且可能影響NLRP3炎性小體的激活。同時SIRT1過表達可降低NLRP3蛋白的表達并抑制caspase-1及NF-κB的活化[5]。因此，對SIRT1的表達調(diào)控可能是治療炎癥相關(guān)妊娠并發(fā)癥的合理思路之一。

3.4 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1與氧化應(yīng)激

作為兩種密切相關(guān)的病理生理過程，氧化應(yīng)激和炎癥都會改變一些基因的表達，例如Nef2、NF-κB、血紅素加氧酶-1(heme oxygenase 1,HO-1)等。新陳代謝副產(chǎn)品活性氧(reactive oxygen species,ROS)在細(xì)胞內(nèi)的異常積聚，可造成機體的氧化損傷。近年來生物學(xué)和臨床研究發(fā)現(xiàn)ROS的增加可導(dǎo)致卵泡閉鎖，加速卵巢中的卵母細(xì)胞老化，出現(xiàn)線粒體功能紊亂和受精障礙。缺氧可通過氧化應(yīng)激誘導(dǎo)母體內(nèi)大量ROS的積聚，導(dǎo)致胎盤組織損傷，誘發(fā)PE和IUGR[32]。Xuan O等[4]發(fā)現(xiàn)SIRT1在ROS誘導(dǎo)下，可正向調(diào)控胚胎干細(xì)胞的凋亡自噬和線粒體功能，這表明調(diào)節(jié)SIRT1的表達水平可能是預(yù)防ROS對女性生育力的氧化威脅及對抗ROS產(chǎn)生的治療新靶點。Jiang L等[33]發(fā)現(xiàn)SIRT1表達上調(diào)可通過抑制p53/激活A(yù)MPK來激活Nrf2，進而通過調(diào)節(jié)硫氧還蛋白相互作用蛋白復(fù)合體，抑制NLRP3炎癥小體的激活；而在LPS誘導(dǎo)的SIRT1基因敲除細(xì)胞中，NF-κB磷酸化受到抑制。Ming GF等[34]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1可通過PI3K/Akt/eNOS信號通路促進內(nèi)皮祖細(xì)胞的遷移和增殖，而游離脂肪酸/高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激通過下調(diào)HO-1/SIRT1,使內(nèi)皮祖細(xì)胞凋亡早衰。早產(chǎn)兒臍血內(nèi)皮祖細(xì)胞的衰老也與SIRT1的表達降低相關(guān)。

4 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1的應(yīng)用展望

綜上，SIRT蛋白作為體內(nèi)重要的新陳代謝調(diào)節(jié)劑，介導(dǎo)能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、線粒體生物發(fā)生和氧化-抗氧化應(yīng)激。SIRT1具有與內(nèi)皮功能障礙和血管功能異常相關(guān)的疾病治療潛力。未來可通過定向干預(yù)PE母體SIRT1基因表達水平，來探討SIRT1在PE病理生理中的作用機制，深入研究母體SIRT1表達紊亂與多種妊娠期并發(fā)癥(子癇前期)之間的關(guān)系。同時，增加SIRT1的體內(nèi)表達活性可能具有改善PE癥狀的功能，這可能對臨床治療PE提供新的解決思路。