SIRT1在神經(jīng)退行性疾病中的作用研究新進展

朱驚雷，李清華，魏小莉，曾愛源

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院，廣西桂林541001)

SIRT1是高度保守的去乙?；讣易宄蓡T，是酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子Sir2的同源物。SIRT1具有組蛋白/非組蛋白去乙?；富钚裕ㄟ^其可逆的乙?；ヒ阴；h(huán)反應參與調(diào)節(jié)多種細胞功能，可參與抗凋亡、抗炎、抗氧化應激、調(diào)節(jié)能量代謝、調(diào)控細胞周期等過程。近年來，其在神經(jīng)退行性疾病中的作用受到越來越廣泛關注，本文就SIRT1在神經(jīng)退行性疾病中的作用研究新進展作一綜述。

1 SIRT1概述

SIRT1位于細胞核內(nèi)，通過激活過氧化物酶體增生物激活受體γ共激活劑-1α(PGC-1α)參與調(diào)節(jié)組蛋白去乙?；概cmtDNA結(jié)合活性，調(diào)節(jié)線粒體生物合成及代謝，修復線粒體缺失，維持線粒體穩(wěn)態(tài)，在細胞能量代謝、DNA損傷修復、細胞周期控制、抑制細胞凋亡、抗氧化逆境和延長細胞壽命方面發(fā)揮極為重要的調(diào)控作用［1］。SIRT1除了去乙?；M蛋白，還可以作用于人叉頭框蛋白(FoxO)，腫瘤壞死因子α(TNF-α)，組織核因子 κB(NF-κB)，p53 等非組蛋白底物，在抑制細胞凋亡方面發(fā)揮重要作用［2，3］。

2 SIRT1與神經(jīng)退行性疾病

近來研究證實，神經(jīng)退行性疾病具有類似的發(fā)病機制，如氧化應激、蛋白質(zhì)的錯誤折疊、能量代謝障礙、轉(zhuǎn)錄異常等在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程中具有重要作用［4］。因此，針對神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制，探尋有效的治療方法成為神經(jīng)退行性疾病研究的焦點。SIRT1作為一類依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的去乙酰化酶Sirtuins家族的重要成員，具有抗細胞凋亡、抗老化以及調(diào)節(jié)細胞轉(zhuǎn)錄、能量代謝等作用，近年來逐漸應用在老年性癡呆(AD)、帕金森病(PD)、多聚谷氨酰胺疾病(polyQ疾病)、運動神經(jīng)元病(MND)等神經(jīng)退行性疾病的治療研究中。

2.1 SIRT1與AD AD是一種老年人中常見的神經(jīng)退行性疾病。該病隱匿起病，主要表現(xiàn)為緩慢進展的記憶力下降，言語和認知功能障礙。AD的病理改變主要表現(xiàn)為細胞外的老年斑，細胞內(nèi)的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)和海馬神經(jīng)元丟失。老年斑主要是由β-淀粉樣蛋白(Aβ)異常折疊后聚集所形成，而NFTs是命名為tau的細胞骨架相關蛋白異常磷酸化后的聚集體。AD的發(fā)病機制中免疫炎性反應可能具有重要作用，其可以通過促發(fā)神經(jīng)化學級聯(lián)反應，導致Aβ與tau蛋白聚集，激活補體，釋放細胞因子而產(chǎn)生神經(jīng)細胞毒性［5］。近年來的研究證實，SIRT1可參與調(diào)節(jié)Aβ降解。過表達SIRT1或通過NAD+增強SIRT1活性可以減少Aβ在小鼠初級神經(jīng)元的數(shù)量，而將SIRT1基因敲除后，小鼠中Aβ的數(shù)量則顯著增加，提示SIRT1的表達可以促進Aβ的降解［6］。在細胞模型中，SIRT1激活劑白藜蘆醇(RESV)可以通過蛋白酶體途徑介導細胞內(nèi)Aβ降解，有研究者推測此作用與Rho激酶(Rock1)表達減少相關，后者是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，通過Rock1信號途徑磷酸化肌動蛋白抑制蛋白可以抑制異常折疊蛋白聚集，起到神經(jīng)保護作用［7］。另外，在線蟲模型中，通過調(diào)節(jié)Sir2下游轉(zhuǎn)錄因子DAF-16，減弱insulin/IGF-1信號通路作用，可以使Aβ聚集體形成增多，保護線蟲不受Aβ毒性影響。SIRT1對tau蛋白降解也有作用。研究人員在AD患者的大腦中發(fā)現(xiàn)了被稱為“p25”的特殊蛋白質(zhì)，p25為細胞周期依賴性蛋白激酶5(Cdk5)的激活劑，p25和Cdk5形成的復合體p25-Cdk5可以使tau蛋白過度磷酸化，并最終導致NFTs形成。在利用p25過表達構(gòu)建的轉(zhuǎn)基因AD小鼠中發(fā)現(xiàn)，與凋亡密切相關的p53被顯著乙?；?，進而被Cdk5/p25磷酸化，促進了神經(jīng)元凋亡，而給予這種小鼠SIRT1激動劑RESV則可以抑制p53與PGC-1α的乙?；磻?，使p53乙?；瘻p少，從而抑制海馬中的神經(jīng)元變性，減輕小鼠的學習障礙表現(xiàn);在細胞模型中，RESV使p53去乙酰化后可以促進神經(jīng)細胞存活，而用RNA干擾敲除SIRT1則會阻斷泛素—蛋白酶體以及自噬—溶酶體通路對磷酸化的tau蛋白降解，致使毒性的磷酸化的tau蛋白蓄積［8］。

2.2 SIRT1與PDPD是一種中老年人常見的以黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元進行性缺失和紋狀體多巴胺含量明顯減少為特征的神經(jīng)退行性疾病。臨床癥狀主要表現(xiàn)為靜止性震顫、運動遲緩、肌強直、姿勢步態(tài)異常等特征。路易小體的出現(xiàn)是多巴胺能神經(jīng)元退行性病變的重要特征，路易小體內(nèi)主要包含α突觸核蛋白(α-synuclein)單體及其聚集形成的寡聚體。SIRT1在PD中的作用近年來被越來越多的研究所證實［9］。在PD細胞模型中，SIRT1激活劑RESV可以促進具有毒性的α-synuclein聚集，形成較大的、毒性較弱的聚集體，從而被自噬—溶酶體通路降解，促進細胞存活。大量PD患者及PD動物模型研究表明，PD中神經(jīng)變性與氧化應激及線粒體功能缺失有關［10］。PGC-1α與線粒體功能關系密切，可以增強線粒體抗氧化應激的能力。SIRT1可以通過調(diào)節(jié)PGC-1α對PD小鼠起保護作用。研究證實，當小鼠敲除PGC-1α基因后，小鼠神經(jīng)元對毒素的敏感性明顯增加。在PD模型中，突變的α-synuclein可以抑制PGC-1α表達，導致線粒體缺失，抑制神經(jīng)元抗氧化應激的能力，而SIRT1過表達則可以激活PGC-1α轉(zhuǎn)錄，從而增加線粒體密度，增強神經(jīng)元抗氧化應激的能力，有利于減輕突變的α-synuclein神經(jīng)毒性，抑制多巴胺能神經(jīng)元變性［11］。

2.3 SIRT1與polyQ疾病PolyQ疾病是一組因疾病基因編碼區(qū)內(nèi)編碼谷氨酰胺的CAG三核苷酸重復序列異常擴增所致的遺傳性的神經(jīng)退行性疾病，包括亨廷頓舞蹈病(HD)和遺傳性脊髓小腦型共濟失調(diào)3型(SCA3/MJD)等9種疾病。SIRT1可以調(diào)節(jié)與HD發(fā)病機制相關的PGC-1α而起神經(jīng)保護作用。研究發(fā)現(xiàn)，在HD患者腦內(nèi)，PGC-1α表達水平較正常人低;在HD轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，將PGC-1α基因敲除后，小鼠紋狀體神經(jīng)元變性進一步加重，運動功能進一步受損［12］。而用SIRT1激動劑RESV對HD轉(zhuǎn)基因小鼠模型進行干預或直接過表達PGC-1α則可以抑制突變的HD致病蛋白htt神經(jīng)細胞毒性，從而抑制紋狀體神經(jīng)元變性。另外，DNA雙鏈斷裂(DSBs)是嚴重的DNA損傷事件，正常情況下，基因組DNA可以通過DNA依賴的蛋白激酶(DNA-PK)進行自我修復。Ku70是DNA-PK的輔助亞基，在DNA-PK對雙鏈DNA斷裂修復過程中具有重要作用。最近，在HD轉(zhuǎn)基因小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，突變的htt可以作用于DNA-PK中的Ku70，損害其非同源末端連接功能，從而使得 DNA-PK對DNA的修復能力下降，導致DSBs蓄積。而過表達Ku70，則可以提高DNA-PK對DNA修復能力，抑制突變的htt誘導的小鼠神經(jīng)元變性［13］。同樣，在對SCA3/MJD疾病的研究中發(fā)現(xiàn)，過表達Ku70可以抑制突變的SCA3/MJD致病蛋白ataxin-3的神經(jīng)細胞毒性，但這種作用有賴于其乙?；剑擪u70被乙?；螅瑒t失去了這種作用。而使去乙酰化酶SIRT1過表達或給予SIRT1激動劑RESV使Ku70去乙?；瑒t突變的ataxin-3的神經(jīng)細胞毒性被顯著抑制。所以我們有理由推測，SIRT1對HD轉(zhuǎn)基因小鼠模型的保護作用，或許也是因為其對Ku70的去乙酰化作用。

2.4 SIRT1與MND MND是一組病因未明的選擇性侵犯脊髓前角細胞、腦干后組運動神經(jīng)元、皮質(zhì)錐體細胞及錐體束的慢性進行性變性疾病。根據(jù)癥狀不同，分為多種類型，肌萎縮側(cè)索硬化是MND最常見的類型，是一種大腦和脊髓運動神經(jīng)元選擇性受累的神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，其發(fā)病機制與銅/鋅超氧化物歧化酶(SOD1)基因突變，氧化應激，神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏及興奮性氨基酸介導毒性等機制密切相關。SIRT1對SOD1突變型SOD1(G37R)神經(jīng)細胞毒性具有明顯的抑制作用。使用SOD1(G37R)構(gòu)建的轉(zhuǎn)基因小鼠模型運動神經(jīng)元及脊髓軸突嚴重變性，運動功能明顯受損，而用過表達的SIRT1對SOD1(G37R)小鼠進行干預后發(fā)現(xiàn)，運動神經(jīng)元及脊髓軸突變性明顯被抑制，小鼠運動功能顯著增強，可見SIRT1可以抑制SOD1(G37R)神經(jīng)細胞毒性。而當使用失去去乙酰化酶催化活性的SIRT1突變形式(H363K)對SOD1(G37R)小鼠進行干預后發(fā)現(xiàn)，這種神經(jīng)保護作用不再存在，說明SIRT1的這種作用同樣是依賴其去乙?；富钚?。

3 小結(jié)

SIRT1具有神經(jīng)保護活性，可以有效治療神經(jīng)退行性疾病已經(jīng)在動物模型中得到證實，下一步將進入臨床試驗，但其作用機制尚不明確。相信隨著對SIRT1研究的不斷深入，其在神經(jīng)退行性疾病中的作用也將越來越明確，也將為神經(jīng)退行性疾病的治療開辟新的思路。

［1］Wareski P，Vaarmann A，Choubey V，et al.PGC-1α and PGC-1βRegulate Mitochondrial Density in Neurons ［J］Biol Chem，2009，284(32):21379-21385.

［2］Brunet A，Sweeney LB，Sturgill JF，et al.Stress-dependent regulation of FOXO transcription factors by the SIRT1 deacetylase［J］.Science，2004，303(5666):2011-2015.

［3］Howitz KT，Bitterman KJ，Cohen HY，et al.Small molecule activators of sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae lifespan［J］.Nature，2003，425(6954):191-196.

［4］Han SH.Potential role of sirtuin as a therapeutic target for neurodegenerative diseases［J］.J Clin Neurol，2009，5(3):120-125.

［5］Carter MD，Simms GA，Weaver DF.The development of new therapeutics for Alzheimer's disease［J］.Clin Pharmacol Ther，2010，88(4):475-486.

［6］Marambaud P，Zhao H，Davies P.Resveratrol promotes clearance of Alzheimer’s disease amyloid-beta peptides［J］.J Biol Chem，2005，280(45):37377-37382.

［7］Shao J，Welch WJ，Diprospero NA，et al.Phosphorylation of profilin by ROCK1 regulates polyglutamine aggregation［J］.Mol Cell Biol，2008，28(17):5196-5208.

［8］Min SW，Cho SH，Zhou Y，et al.Acetylation of tau inhibits its degradation and contributes to tauopathy［J］.Neuron，2010，67(6):953-966.

［9］Jin F，Wu Q，Lu YF，et al.Neuroprotective effect of resveratrol on 6-OHDA-induced Parkinson’s disease in rats［J］.Eur J Pharmacol，2008，600(1-3):78-82.

［10］St-Pierre J，Drori S，Uldry M，et al.Suppression of reactive oxygen species and neurodegeneration by the PGC-1 transcriptional coactivators［J］.Cell，2006，127(2):397-408.

［11］Wareski P，Vaarmann A，Choubey V，et al.PGC-1{alpha}and PGC-1{beta}regulate mitochondrial density in neurons［J］.Biol Chem，2009，284(32):21379-21385.

［12］McGill JK，Beal MF.PGC-1alpha，a new therapeutic target in Huntington’s disease［J］.Cell，2006，127(3):465-468.

［13］Enokido Y，Tamura T，Ito H，et al.Mutant huntingtin impairs Ku70-mediated DNA repair［J］.Cell Biol，2010，189(3):425-443.