SIRT1/FOXO1 通路與骨質(zhì)疏松關(guān)系的研究進展

遲雪婷，陳方園，黃曉巍,，董海司，蘇 航，龔 慶，林 喆

（1.長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，長春 130117；2.長春中醫(yī)藥大學(xué)東北亞中醫(yī)藥研究院，長春 130117；3.長春中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院骨科中心，長春 130021）

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是通過減少骨量和劣化微觀組織結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對全身骨骼系統(tǒng)改變的病癥，即骨小梁細(xì)化、消失和孔隙變大，從而導(dǎo)致骨脆性增加，骨生物力學(xué)性能下降，荷載功能下降，最終導(dǎo)致骨小梁的斷裂[1]。 OP 已影響全世界數(shù)以百萬計的人，其中對老人和絕經(jīng)后女性的影響尤為明顯。其主要病理機理是骨吸收與骨形成在整個骨代謝過程中的不平衡[2]。 隨著全球性老齡化人口的加劇，OP 的發(fā)病率不斷攀升，患者數(shù)量呈逐年遞增的趨勢，同時由于OP的致殘率極高且在早期不容易被發(fā)現(xiàn)，使得這一疾病成為全球性的社會醫(yī)療問題[3,4]。

1 SIRT1/FOXO1 通路生物學(xué)概況

沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Sirtuin 1，silent information regulator 1，SIRT1） 是一種在骨組織生理活動中發(fā)揮重要作用的去乙?；竅5]。SIRT1 在Sirtuins 家族中最早被驗證發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物多種組織的細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中均能檢測到存在[6]。 它通過脫乙酰的作用調(diào)節(jié)其下游的靶標(biāo)，如P53 和NF-κB[7]，進而參與生物機體內(nèi)代謝與衰老等相關(guān)的過程。 SIRT1 的轉(zhuǎn)錄水平?jīng)Q定了其濃度和活性水平，在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的穿梭過程中也會影響其活性水平。 此外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1 的活性表達(dá)也會受很多藥物影響， 包括其抑制劑EX-527、白藜蘆醇等。 有研究[8]發(fā)現(xiàn)，SIRT1 作為叉頭框（forkhead box，F(xiàn)OXO） 家族轉(zhuǎn)錄因子中的一種共激活劑， 通過氧化應(yīng)激發(fā)揮功能， 可以有效地促進SIRT1與FOXO 之間相互作用。FOXO 在哺乳動物的心、腦等多種組織細(xì)胞內(nèi)存在， 可被分為四個結(jié)構(gòu)區(qū)域， 其中“叉頭區(qū)” 與多種疾病發(fā)生過程及生理過程密切相關(guān)。FOXO1、FOXO6、FOXO4、FOXO3a 是其家族中最主要的四個成員， 能夠參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生存周期以及分化與增值過程，還可以調(diào)控生物機體的代謝水平，對損傷的DNA 修復(fù)過程至關(guān)重要。 FOXO1 與FOXO3a 在與心血管相關(guān)的疾病中關(guān)系密切，經(jīng)過磷酸化、泛素化或乙?；冗^程調(diào)節(jié)，能夠?qū)Χ喾N細(xì)胞的分化與代謝發(fā)揮重要作用[9]。經(jīng)驗證研究，F(xiàn)OXO1 被認(rèn)為是SIRT1最主要的底物，其在轉(zhuǎn)錄過程中會被SIRT1 因子通過去乙酰化的作用所抑制[10,11]。Hsu 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1被激活后，F(xiàn)OXO1 的蛋白表達(dá)也會增加， 進而增加MnSOD、Trx1 以及Bcl-xL 蛋白的表達(dá)，以此對心肌細(xì)胞發(fā)揮保護作用， 而通過抑制SIRT1 蛋白的活性，F(xiàn)OXO1 的表達(dá)也會降低， 進而加速心肌細(xì)胞發(fā)生凋亡的過程。

2 SIRT1/FOXO1 通路在OP 中的作用

目前， 越來越多的研究證明發(fā)現(xiàn)，SIRT1 可以一定程度地調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的活性進而起到維持骨量的作用，其機制主要集中在某種程度上催化了FOXO 的脫乙?；^程。已有的研究[13]表明，SIRT1 與骨質(zhì)疏松的發(fā)展具有較大的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇治療去卵巢OP 大鼠的SIRT1 表達(dá)上調(diào)， 可以通過激活SIRT1/叉形頭轉(zhuǎn)錄因子1（forkhead transcription factor 1，F(xiàn)OXO1）信號通路介導(dǎo)抗氧化應(yīng)激作用進而發(fā)揮對OP 的保護作用[14]。 有研究[15]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO1 、FOXO3 和FOXO4 被SIRT1 通過去乙酰化的作用機制修飾，通過此作用調(diào)節(jié)上述因子的轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)相關(guān)蛋白的表達(dá)進而抑制破骨細(xì)胞的形成。

3 SIRT1/FOXO1 與成骨細(xì)胞/破骨細(xì)胞

3.1 SIRT1/FOXO1 與成骨細(xì)胞

OP 的發(fā)生是因為在機體正常運行過程中， 打破了骨的形成和吸收之間的平衡所導(dǎo)致的，在這一過程中SIRT1 有效參與調(diào)節(jié)骨代謝。 在機體內(nèi)骨形成后，其總組蛋白去乙?；敢约敖M蛋白去乙酰化酶1 的活性下降；當(dāng)成骨細(xì)胞發(fā)生分化，OCN 作為成骨細(xì)胞標(biāo)志基因， 其蛋白表達(dá)被組蛋白去乙酰化酶1 降低；組蛋白去乙酰化酶的活性被抑制劑有效抑制后，骨橋蛋白和成骨標(biāo)志基因ALP 的蛋白表達(dá)水平均被升高，最終骨形成速度高于骨吸收的速度，使得骨量增加[16]。研究發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞中的SIRT1 在早期缺失時，會出現(xiàn)OP 的表征，但是觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該表征僅對皮質(zhì)骨產(chǎn)生影響[17]。 通過刺激β-catenin、FOXO1、RUNX2 蛋白的活性進而促進成骨細(xì)胞的分化增加骨形成，發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)外的實驗結(jié)果一致[18,19]。目前，經(jīng)過科學(xué)工作者的不懈努力， 越來越多的觀點表明，SIRT1 是骨重塑過程中重要的蛋白因子。

3.2 SIRT1/FOXO1 與破骨細(xì)胞

破骨細(xì)胞是由骨髓來源的巨噬細(xì)胞(BMMs)分化而形成的。當(dāng)生物體內(nèi)的骨細(xì)胞數(shù)量生長達(dá)到一定的程度時，核因子RANKL 就會被分泌出來進一步促進破骨細(xì)胞的分化，但是當(dāng)體內(nèi)骨吸收大于骨形成而導(dǎo)致骨的結(jié)構(gòu)被損傷時，破骨細(xì)胞會自發(fā)的分泌胰島素樣的生長因子反向加速成骨細(xì)胞分化，以維持體內(nèi)的骨平衡[20]。SIRT1 蛋白的有效激活劑白藜蘆醇，通過激活SIRT1 可促進FOXO1 蛋白的表達(dá)，進而發(fā)揮對OP的保護作用。近年來的研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了很多藥品可作為SIRT1 的激活劑，發(fā)揮對OP 的保護作用[21,22]。 總結(jié)近十年的文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)， SIRT1 可以作為一種長壽蛋白對延緩人類的衰老以及與衰老相關(guān)的疾病至關(guān)重要[23,24]。 體外細(xì)胞實驗表明，SIRT1 通過抑制NF-KB的表達(dá)以及增加FOXO 蛋白的表達(dá)，可對破骨細(xì)胞的分化發(fā)揮抑制作用，從而減少骨吸收，間接增加骨形成[23,25]。

4 氧化應(yīng)激因子在OP 中發(fā)揮著關(guān)鍵作用

氧化應(yīng)激是由于氧化還原系統(tǒng)平衡被機體內(nèi)過剩的活性氧自由基 （reactive oxygen species，ROS）或者缺乏的抗氧劑所打破，氧化應(yīng)激可導(dǎo)致很多組織損傷，最終可能會引起生物機體的衰老甚至死亡[26]。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，有研究[27]表明，氧化應(yīng)激介導(dǎo)骨吸收與形成的平衡系統(tǒng)，通過直接或間接的方式發(fā)揮作用。 研究發(fā)現(xiàn)[28]早衰鼠模型顯示出骨質(zhì)疏松的癥狀與狀態(tài)，其原因與氧化應(yīng)激損傷相關(guān)。 在正常機體環(huán)境中，常用MDA 和SOD 指標(biāo)水平判定氧化應(yīng)激損傷程度。 SOD 是一種在機體氧化和抗氧化平衡系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用的抗氧化金屬酶， 能夠有效地清除人體的ROS，從而減少對組織的損害[29]。 氧化應(yīng)激因子MDA反映機體氧化損傷情況，具有一定的細(xì)胞毒性，是機體氧化的最終產(chǎn)物[30]。 ROS 的活性對骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及破骨細(xì)胞產(chǎn)生和生存有一定的影響。ROS 對骨質(zhì)疏松的發(fā)展起到促進作用，通過刺激破骨細(xì)胞的分化， 抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞以及成骨細(xì)胞的分化過程。最近的調(diào)查研究顯示，OP 發(fā)生的首要因素是隨著年齡的增長發(fā)生的衰老過程以及該過程中產(chǎn)生大量的ROS 所造成的。 此外，伴隨著衰老，雌激素水平會逐漸衰退，最終產(chǎn)生超出體內(nèi)正常量的ROS。 機體內(nèi)上述過程發(fā)生后，會大大抑制機體的抗氧化能力，這時，年齡大的婦女患絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的概率大大增加[31]。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠進行雙側(cè)卵巢切除手術(shù)后，其體內(nèi)的超氧化物水平增加， 而GSH-PX、SOD 和酶性抗氧化劑等水平均降低，通過使用雌激素替代療法會逆轉(zhuǎn)上述結(jié)果[32-33]。綜上所述，氧化應(yīng)激過程的發(fā)生與破骨細(xì)胞的分化過程是彼此促進的關(guān)系，一旦動物機體的抗氧化防御體系因某種因素受損，就會不斷的在機體內(nèi)產(chǎn)生惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致OP 的發(fā)生。

5 結(jié)論

隨著我國人口老齡化的情況日益嚴(yán)重，越來越多的OP 患者被疾病困擾，SIRT1/FOXO1 信號通路已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能夠與多種通路相互作用治療OP， 但是其具體的機制還需要進一步探究，為臨床治療OP 提供不良反應(yīng)少、效率高的藥物治療方式拓展思路。