SIRT1與肺部疾病的關系

宋小琴 綜述，王榮麗 審校

（瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院呼吸內科，四川瀘州646000）

沉默信息調節(jié)因子Sir2是近來發(fā)現(xiàn)的一類具有NAD＋依賴性的組蛋白／非組蛋白去乙?；?，從細菌到哺乳動物都有表達，屬于Ⅲ類組蛋白去乙?；福℉DAC）。Frye[1]首次鑒定和克隆出了7種人類的Sir2同系物：SIRT1～SIRT7，取名為“sirtuins”。SIRT1與Sir2的同源性最高，在哺乳動物成熟組織中廣泛表達，在生殖細胞和胚胎早期含量豐富，是目前研究最多的sirtuins。

1 Sir2家族

Sir2最早是在酵母細胞中被發(fā)現(xiàn)的，后來大量的研究證實Sir2在從細菌到人類的各種生物都有廣泛的分布。哺乳動物的sirtuins在亞細胞中的定位是不相同的，在細胞核中占優(yōu)勢的主要是SIRT1、SIRT6和SIRT7，后兩者位于細胞核的異染色質區(qū)和核仁，而SIRT1也具有一些重要的胞質的功能，位于細胞核內除了異染色質區(qū)和核仁以外的區(qū)域，SIRT3、SIRT4、SIRT5位于線粒體，SIRT2定位在細胞質。sirtuins蛋白共同特征是都擁有一個保守的200個左右的氨基酸殘基構成的催化核心區(qū)域，暗示其具有保守的催化作用，但它們的蛋白質在亞細胞定位和作用底物上各不相同，使得它們的功能具有多樣性[2]。而不同的生物群體中相應的功能也會表現(xiàn)出多樣化。酵母的Sir2在交配型基因沉默、端粒區(qū)基因沉默、r DNA沉默中起重要作用，還可能參與長壽與衰老的調節(jié)。而人類sirtuins的底物是組蛋白、非組蛋白及各種轉錄因子和其他的各種功能性蛋白質。Sir2所催化的去乙酰基反應與水解NAD＋生成煙酰胺（NAM）和2－O－乙酰－ADP－核糖相偶聯(lián)[3]。由于Sir2的去乙酰化作用需要NAD＋作為輔助因子，所以NAD＋合成途徑和補救途徑在調節(jié)Sir2功能上起重要作用。Sir2活性受NAD＋補救途徑中的中間產物（煙堿，煙酸等）以及NADH和一些NAD＋的代謝物的調節(jié)[4]。

2 SIRT1定位、結構特征及生物學功能

2.1 SIRT1定位、結構特征 哺乳動物SIRT1與酵母Sir2的同源性最高，對其研究也最為深入。人類SIRT1于1999年被發(fā)現(xiàn)，由500個氨基酸殘基組成，其催化核心區(qū)域由275氨基酸殘基組成，編碼基因位于染色體lOq21.3全長33 kb，包含9個外顯子和8個內含子，5′端及3′端各有一個分別為53 bp和1 793 bp的非翻譯區(qū)，翻譯后的蛋白質相對分子質量約為60×103，不存在剪切變異體，具有NAD依賴的脫乙?；富钚?。通過X線晶體衍射證實SIRT1有兩個基本結構域：一個大結構域，主要由Rossmann折疊組成，是許多NAD和NADP＋結合酶的特征域，這一結構域保守性較強；一個小結構域，包含一個鋅帶（Zincribbon）結構和一個螺旋構件，這一結構域保守性較低。在這兩個結構域之間形成一個裂隙，它的底物就結合于此并發(fā)生催化反應[5]。有關研究已經證實，第363位賴氨酸是SIRT1脫乙酰化酶活性的必需基團。

2.2 生物學功能及調控 SIRT1是廣泛存在于生物體的胞核及胞質中的一種核蛋白，主要通過對組蛋白、轉錄因子及其他蛋白修飾的賴氨酸殘基進行去乙?；{節(jié)基因的表達。SIRT1通過與不同的組蛋白和非組蛋白相互作用來完成不同的功能，這些蛋白主要包括：H1、H3、H4、p53、Ku70、FOXOs、NF－KB、Smad7、AR、E2F1、Tat、PGC－1α、NcoR、p300[6]。研 究發(fā)現(xiàn)，SIRT1在體內的底物并不具有序列或結構特異性，而是一種蛋白質之間的相互作用[3]。SIRT1參與體內許多生理功能調節(jié)，包括眾多基因轉錄、能量代謝以及細胞衰老過程的調節(jié)等，尤其在糖代謝、脂代謝、調節(jié)胰島素分泌中發(fā)揮著重要的作用[7]。此外，SIRT1還是細胞凋亡過程中的抑制因子。在生物體內，煙酰胺、sirtinol是SIRT1的功能抑制劑，紅葡萄酒抗氧化劑白藜蘆醇、槲皮素是其功能激活劑。目前，SIRT1相關的研究已經很多，且越來越深入，上述功能已經被大家熟知了，在國外已有不少的研究證實SIRT1和過敏性氣道疾病、肺癌、COPD等疾病有著密切的關系，但在國內相關的資料尚少。

3 SIRT1與肺部疾病的關系

3.1 SIRT1與過敏性氣道疾病 呼吸系統(tǒng)過敏反應性疾病中最常見的就是過敏性鼻炎和支氣管哮喘，而臨床上以后者更常見。氣道過敏性疾病是多種細胞及細胞因子參與的氣道慢性炎癥性疾病，中國目前沒有研究SIRT1與氣道過敏性疾病的相關研究，而國外相關文獻也很少。

Kim等[8]通過使用卵清蛋白（OVA）誘導建立過敏性氣道疾病的小鼠模型，研究中運用Western blot原理及免疫熒光等檢測模型小鼠吸入OVA激發(fā)后體內相關的指標，然后向模型小鼠體內注射sirtinol，再次檢測小鼠體內的相應指標。研究結果顯示模型小鼠注射sirtinol，吸入OVA激發(fā)后，肺內、氣管上皮細胞內的SIRT1水平及SIRT1酶活性，均較激發(fā)前大幅度的下降，于此同時氣道高反應性、高水平的VEGF、白細胞介素（IL）－4、IL－5和IL－13等氣道炎癥因子水平、升高的血管滲透性、氣道黏液的分泌水平等都大幅度降低。同時還發(fā)現(xiàn)氣道上皮細胞中，注射sirtinol后減弱了OVA誘導的HIF－1α水平的上調。可以推斷在小鼠體內，sirtinol通過HIF－1α介導的對血管內皮細胞生長因子表達的調節(jié)，可能減弱抗原介導的氣道炎癥和氣道高反應性。

3.2 SIRT1與流行性感冒 流行性感冒是一種常見的易發(fā)生于季節(jié)變化時的急性呼吸道感染性疾病，主要由流感病毒感染所致。目前，國內研究顯示SIRT1與流感病毒引起的細胞凋亡有密切的聯(lián)系。

關振宏等[9]采用流式細胞技術在觀察流感病毒誘導A459細胞凋亡情況的同時應用Western blot原理研究SIRT1和p53等蛋白的表達情況。研究結果顯示，1 000 TCID50／mL劑量流感病毒感染A549細胞后，細胞表現(xiàn)出典型的凋亡特征，且凋亡比例隨感染時間延長而逐漸增加。在流感病毒誘導細胞凋亡過程中，SIRT1蛋白的表達下降，p53的表達上升。線粒體中Bax的表達上調，Bcl－2的表達下降。從而推斷出SIRT1蛋白參與了流感病毒誘導的A549細胞凋亡，SIRT1蛋白表達下調可能促進了Bax釋放進入線粒體和p53蛋白功能的進一步發(fā)揮。

3.3 SIRT1與慢性阻塞性肺?。–OPD） COPD是呼吸系統(tǒng)疾病中的常見病、多發(fā)病，近年來由于環(huán)境污染、吸煙及人口老齡化等原因，COPD的發(fā)病率和病死率居高不下，由于COPD患者肺功能進行性減退嚴重影響勞動力和生活質量。目前，在國內同樣沒有關于SIRT1與COPD的相關研究，而國外有較多的研究表明SIRT1與COPD關系密切。

Rajendrasozhan等[10]研究顯示，相對非吸煙組，吸煙者和COPD患者的巨噬細胞，肺組織中SIRT1水平降低是由于翻譯后修飾所引起的，而修飾是由香煙煙霧（CS）衍生的具有活性的復合物來實現(xiàn)的，導致Rel A／p65乙酰化減少。而SIRT1的消耗導致CS提取物（CSE）介導的Rel A／p65NF－κB乙?；脑鰪?，同時SIRT1去乙?；缚烧{節(jié)IL－8炎性因子的釋放。Rajendrasozhan等[11]將其總結為，CS／氧化劑誘導組蛋白乙酰轉移酶和組蛋白／非組蛋白去乙?；福ㄒ阴；福?，如導致染色質重塑的HDAC2和SIRT1發(fā)生翻譯后修飾，而引起染色質變異和表觀遺傳變化，而HDAC2／SIRT1－Rel A／p65輔阻遏復合物的分離與Rel A／p65乙?；邢嚓P性，最終引起持續(xù)的促炎基因的轉錄。因此染色質修飾和表觀遺傳調控，對COPD患者持續(xù)的肺部炎癥中起著至關重要的作用。這將有助于理解SIRT1在COPD的病理生理過程中的作用，將來可能會有助于后續(xù)治療研究的發(fā)展。Zeng等[12]闡述了NF－κB活性和組蛋白乙?；脑鰪妼σ鹁植看傺滓蜃拥尼尫牌鹬匾淖饔?，而SIRT1作為一種重要的蛋白參與到組蛋白的去乙?；拓撔哉{節(jié)NF－κB的活性從而減少炎癥因子的釋放。

關于COPD的炎癥因子的釋放，另外還有一個有價值的研究，Yang等[13]將單核巨噬細胞暴露于CSE中引起劑量、時間依賴的SIRT1活性和表達水平的降低，而這伴隨著NF－κB依賴的促炎因子釋放的增加。在有CS暴露史的小鼠的肺組織的炎癥細胞中同樣觀察到，伴隨著支氣管肺泡灌洗液和肺組織中幾種炎癥介質水平的升高，SIRT1水平降低。Sirtinol可增強CSE誘導的炎癥因子的釋放，相反，白藜蘆醇抑制CSE誘導的炎癥因子的釋放。由此得出CSE介導的SIRT1的抑制與NF－κB水平增高有關，CSE打斷了SIRT1與NF－κB的Rel A／p65亞基間的相互作用，導致單核巨噬細胞Rel A／p65乙?；脑鰪?。最終得出SIRT1通過NF－κB調控CS介導的炎癥介質的釋放，由此推斷SIRT1在肺部持續(xù)炎癥和細胞老化中的重要作用。

Hwang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，由于CS的暴露導致肺上皮細胞、纖維細胞和巨噬細胞自溶，而通過白藜蘆醇預處理可以減弱CS引起的自溶反應，然而sirtinol預處理后可以增強自溶作用，在SIRT1缺陷小鼠肺內CS可以誘導高水平的自溶作用，而多二磷酸腺苷核糖聚合酶－1（PARP－1）通過抑制SIRT1的活性可以誘發(fā)細胞自噬。這些研究表明，通過CS介導的氧化應激誘導肺內細胞的細胞毒性反應即自溶作用，SIRT1－PARP－1軸在CS誘導的自溶作用調控中發(fā)揮了關鍵作用，這對理解CS誘導細胞死亡和衰老的機制有重要意義。

3.4 SIRT1與肺癌 隨著中國人口老齡化，加上嚴重的空氣污染，人們戒煙意識薄弱，肺癌居肺部疾病死亡率的首位，其發(fā)病機制復雜，因此肺癌的治療也就成為了一大難題。SIRT1與多種腫瘤，但是與肺癌的關系目前國內外也只有較少的文獻報道。

Sun等[15]研究中將A549肺癌細胞轉染針對SIRT1特異性的反義寡核苷酸，SIRT1的表達在mRNA和蛋白質水平上均成劑量依賴性降低，并成序列特異性方式表達。SIRT1表達的抑制誘導細胞分裂停滯在G1期和細胞程序性死亡，顯著地降低了A549細胞的存活率，同時還大大提高了輻射誘導的防擴散作用，這主要是與A549肺癌細胞的p53抑癌基因的乙酰化和Bax的表達有關。這個研究結果表明，反義寡核苷酸誘導SIRT1表達的抑制可能將成為一個潛在的基因治療方法來治療肺癌。

有研究發(fā)現(xiàn)，在細胞和動物模型中存在一個HIC1－SIRT1－P53環(huán)，其中癌超甲基化1（HIC1）抑制SIRT1轉錄，使P53去乙?；饔貌⑹Щ睿鳷seng等[16]在118例肺癌患者體內檢測HIC1－SIRT1－P53環(huán)的改變從而尋找其在腫瘤發(fā)生中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，肺鱗癌患者大多表現(xiàn)為p53的乙酰化水平較低和SIRT1的低表達，充分顯示HIC1也是低水平的表達，證實HIC1－SIRT1－p53環(huán)在臨床肺鱗癌患者的消極調節(jié)作用。而肺腺癌患者體內乳腺癌缺失因子1（DBC1）的表達阻斷了SIRT1的去乙?；负蚿53之間的相互作用，導致P53乙?；皆龈?。通過組蛋白翻譯后修飾實現(xiàn)的HIC1啟動子的后生演變和HIC1啟動子的甲基化均有利于染色質的組裝，減弱了由p53乙?；T導的轉錄從而對腫瘤的發(fā)生起著相應的調節(jié)作用。研究中還有重要的發(fā)現(xiàn)，肺癌患者若出現(xiàn)HIC1－SIRT1－P53環(huán)改變后的調節(jié)作用則提示患者預后較差。該研究的數據是HIC1－SIRT1－P53環(huán)的調節(jié)在肺腫瘤的發(fā)生和預后中的一個有效的臨床證據，由于SIRT1－DBC1控的不同和肺鱗癌和肺腺癌的后生演變的不同，決定了p53的乙酰化／去乙?；虷IC1變化的重要地位。

4 展 望

目前，SIRT1已經成為當前的一個研究熱點，已經明確的證實SIRT1通過去乙?；M蛋白／非組蛋白，還有一些轉錄因子的調控，參與基因的轉錄調控、DNA損傷修復、細胞凋亡等細胞水平維持機體正常的生命活動，已有研究證實SIRT1與過敏性氣道疾病、COPD、流感、肺癌等多種肺部疾病中都有相關性，但研究都沒與臨床的運用上相結合，SIRT1抑制劑和激動劑的開發(fā)，目前相關研究也相對較少，且目前沒有與肺炎、間質性肺疾病相關的文獻，若想要SIRT1作為靶點真正運用到臨床疾病的治療上，仍需進一步深入的研究。

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