SIRT1影響間充質(zhì)干細(xì)胞骨修復(fù)的研究進(jìn)展

王 娜，陳乃耀

(河北聯(lián)合大學(xué) 附屬醫(yī)院 血液內(nèi)科， 河北 唐山 063000)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)具有明確的成骨分化能力，且取材方便、來源豐富、免疫原性低，因而被認(rèn)為是臨床治療骨缺損重要的種子細(xì)胞，具有良好的應(yīng)用前景。盡管如此，間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用過程中還存在著局限性。一方面，MSCs是干細(xì)胞家族成員，在體內(nèi)的數(shù)量仍屬少數(shù)，在應(yīng)用之前需進(jìn)行體外擴(kuò)增及大規(guī)模培養(yǎng)，但是在體外培養(yǎng)過程中，間充質(zhì)干細(xì)胞傳代次數(shù)是有限的，因?yàn)殡S著傳代培養(yǎng)次數(shù)的增加，MSCs的增殖減慢甚至停滯、干性減退、喪失分化能力。這些都與細(xì)胞衰老的發(fā)生密切相關(guān)。已知MSCs能夠表達(dá)SIRT1，并且隨著代數(shù)的增加，該蛋白水平呈下降趨勢(shì)[1]。因而，推測(cè) SIRT1在調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞衰老過程中占有重要地位。已有大量研究表明SIRT1可以通過與P53、FOXO、NF-κB及其他蛋白的相互作用去調(diào)控細(xì)胞衰老。故通過體外活化SIRT1的方式可能會(huì)改變MSCs增殖分化的命運(yùn)。另一方面，炎性反應(yīng)細(xì)胞激活及促炎因子的釋放均會(huì)影響MSCs的分化，那么如何改善移植后細(xì)胞周圍的炎性反應(yīng)微環(huán)境就顯得頗為重要。目前，大量證據(jù)顯示SIRT1能夠顯著抑制炎性細(xì)胞激活，減少炎性因子的釋放，從而改善MSCs周圍炎性環(huán)境，為間充質(zhì)干細(xì)胞更好地發(fā)揮治療作用奠定基礎(chǔ)。目前有關(guān)應(yīng)用SIRT1激活劑白藜蘆醇干預(yù)人體新陳代謝，影響骨形成的臨床試驗(yàn)已有開展并完成(http://clinicaltrials.gov/ct2/results?term=resveratrol+bone&Search=Search)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)白藜蘆醇具有抗炎活性，能夠調(diào)節(jié)人體的糖脂代謝，減少骨量的丟失，促進(jìn)絕經(jīng)后女性的骨形成。

1 SIRT1概述

沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator 2, Sir2)是生物體內(nèi)與衰老過程密切相關(guān)的蛋白家族成員。SIRT1是存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)與Sir2高度同源的同系物，人SIRT1基因定位于染色體10q22.1，基因全長33 kb，包含9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)顯子。其編碼的蛋白由500個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量120 000，屬Ⅲ型NAD+依賴的蛋白去乙酰化酶，該蛋白廣泛存在于各種組織細(xì)胞之中。SIRT家族共有7個(gè)成員，即SIRT 1～7，SIRT1將底物蛋白中賴氨酸的乙?；D(zhuǎn)移到煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的ADP核糖上，產(chǎn)生去乙?；牡鞍?、煙酰胺(NAM)和2’-O-乙?；?ADP核糖，通過上述反應(yīng)過程SIRT1參與調(diào)節(jié)，如細(xì)胞衰老、凋亡、分化等多種生理活動(dòng)，可能是所有生物共同的壽命調(diào)節(jié)基因之一。研究發(fā)現(xiàn)尼克酰胺、sirtinol抑制SIRT1活性，而白藜蘆醇和槲皮素是其功能激活劑。

2 SIRT1抗衰老促進(jìn)MSCs骨修復(fù)

衰老是自然界的普遍現(xiàn)象，從生物學(xué)上講，衰老是生物隨著時(shí)間的推移發(fā)生的退行性改變，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)和機(jī)能衰退，適應(yīng)性和抵抗力減退。衰老是生命發(fā)展必然，可以說，任何細(xì)胞從誕生之時(shí)起，老化的進(jìn)程就已經(jīng)開始了，當(dāng)然間充質(zhì)干細(xì)胞也不例外。在臨床應(yīng)用MSCs之前，需要進(jìn)行體外擴(kuò)增，以期獲得足夠細(xì)胞數(shù)量用于移植。但體外培養(yǎng)過程，MSCs的衰老使得獲得細(xì)胞的質(zhì)量下降，甚至不具備分化能力，這非常不利于基于MSCs的組織修復(fù)過程[2]。為了得到足夠數(shù)量的高質(zhì)量MSCs，必須找到可靠的延緩MSC衰老的方法。目前MSCs衰老的機(jī)制尚未完全闡明，主要有以下幾種原因：1)端?？s短：端粒為真核細(xì)胞染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)，其在染色體的穩(wěn)定、復(fù)制、保護(hù)和控制細(xì)胞生長及壽命等諸多方面具有重要作用，并與細(xì)胞凋亡和細(xì)胞永生密切相關(guān)。2)氧化應(yīng)激：細(xì)胞代謝過程中產(chǎn)生的活性自由基會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、DNA斷裂突變，修復(fù)和復(fù)制過程因之發(fā)生錯(cuò)誤，隨著錯(cuò)誤的積累，產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)，影響原有蛋白和酶的功能，最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老。MSCs代謝過程中產(chǎn)生的活性氧的積累可以導(dǎo)致減少成骨細(xì)胞的數(shù)量及骨形成[3]。3)癌基因和抑癌基因：癌基因參與調(diào)控細(xì)胞周期、DNA損傷修復(fù)、凋亡等生理過程，但除此以外，癌基因的激活還涉及細(xì)胞衰老過程[4]。

2.1 SIRT1與NF-κB

NF-κB基因家族是哺乳動(dòng)物中調(diào)節(jié)衰老相關(guān)通路的重要轉(zhuǎn)錄因子家族，參與細(xì)胞對(duì)外界刺激的應(yīng)答，調(diào)控與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞衰老、炎性反應(yīng)發(fā)生以及免疫有關(guān)基因的活性。在小鼠中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用NF-κB抑制劑可以延緩DNA損傷引發(fā)的細(xì)胞衰老[5]。而SIRT1可通過將NF-κB亞基去乙?；{(diào)節(jié)其活性，從而影響NF-κB下游復(fù)雜的信號(hào)通路，最終達(dá)到調(diào)控細(xì)胞衰老的目的。

2.2 SIRT1與P53

目前人們普遍認(rèn)識(shí)到P53基因同時(shí)參與細(xì)胞凋亡、癌變和衰老等的調(diào)節(jié)[6]。基因水平的研究顯示，過表達(dá)SIRT1能夠促進(jìn)應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞存活[7]，這與其能夠使P53蛋白C端賴氨酸去乙?；嚓P(guān)。乙?；腜53能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[8]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，衰老細(xì)胞往往高表達(dá)P53，SIRT1通過對(duì)P53特異性的去乙?；饔?，負(fù)性調(diào)節(jié)其活性[9]。同時(shí)這種去乙酰化的P53可以抑制細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生[10]，進(jìn)而改變細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡，最終達(dá)到延長細(xì)胞壽命的目的。

2.3 SIRT1與FOXO

FOXO亞家族在腫瘤抑制，能量代謝和壽命延長中起著至關(guān)重要的作用。有研究表明，SIRT1與FOXO家族相互作用調(diào)控細(xì)胞衰老[11]。在氧化應(yīng)激條件下，SIRT1激活劑白藜蘆醇通過與FOXO1、FOXO3a和FOXO4相互作用，降低細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的水平，增強(qiáng)超氧化物歧化酶的生成，提升細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力[12]。

SIRT1通過調(diào)控下游信號(hào)的去乙?；饔?，進(jìn)一步影響氧化應(yīng)激反應(yīng)和癌基因與抑癌基因的活性，最終改變細(xì)胞周期，延長細(xì)胞壽命，發(fā)揮抗衰老作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)MSCs骨修復(fù)作用的目的。然而上述關(guān)于SIRT1調(diào)控MSCs衰老的機(jī)制及促進(jìn)成骨分化的機(jī)制尚不十分清楚，仍需進(jìn)一步的探討研究。

3 SIRT1抗炎作用與MSCs成骨分化

骨組織修復(fù)與重建過程中免疫系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用[13- 14]，激活的炎性細(xì)胞及釋放的炎性因子環(huán)境非常不利于骨重建修復(fù)。并且近年來越來越多的研究證據(jù)表明，促炎因子的釋放抑制MSCs成骨分化[15- 16]。由此可見，炎性反應(yīng)嚴(yán)重影響著基于MSCs的骨修復(fù)作用。而SIRT1蛋白在調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。

在炎性反應(yīng)中，激活的巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞可以產(chǎn)生大量促炎性反應(yīng)因子，如TNF-α、INF-γ、IL- 6 和IL- 1等。敲除SIRT1可使巨噬細(xì)胞釋放TNF-α增多[17]， T細(xì)胞更易活化并釋放更多的促炎性反應(yīng)因子INF-γ和IL- 5等[18]。前面提到SIRT1能夠調(diào)節(jié)NF-κB活性，NF-κB除參與調(diào)節(jié)衰老外，還是炎性反應(yīng)過程中重要的信號(hào)分子。SIRT1通過抑制NF-κB活性，減少TNF-α和IL- 1的產(chǎn)生[19]，而促炎因子TNF-α又可以成為NF-κB刺激因子，影響MSCs的成骨分化[20]。根據(jù)以上事實(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，SIRT1通過抑制炎性反應(yīng)細(xì)胞功能、減少炎性因子釋放、降低炎性因子效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)抑制炎性反應(yīng)功能，同時(shí)也說明SIRT1在免疫調(diào)節(jié)過程中占有重要地位。

除上述提到的SIRT1對(duì)MSCs成骨分化的間接影響外，SIRT1還直接參與調(diào)控MSCs的骨向分化過程。經(jīng)尼克酰胺處理的MSCs更傾向于成脂分化，并且高表達(dá)成脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子PPAR-γ[21]，相反，經(jīng)白藜蘆醇預(yù)處理的MSCs即使培養(yǎng)于尼克酰胺條件下，亦傾向成骨分化，并且PPAR-γ表達(dá)下調(diào)，成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子RUNX2表達(dá)增加。另有研究表明，SIRT1還可以促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，抑制破骨細(xì)胞和骨髓脂肪細(xì)胞形成[22]。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，SIRT1參與調(diào)節(jié)機(jī)體的多種生理功能，并通過這些生理功能直接或間接地影響了MSCs的增殖與分化。目前臨床上基于間充質(zhì)干細(xì)胞的組織修復(fù)治療手段已經(jīng)顯示了良好的前景，但有關(guān)SIRT1蛋白與MSCs增殖分化的確切關(guān)系尚未解釋清楚。白藜蘆醇雖然是SIRT1的激活劑，但其藥理作用并不僅局限于此，因此其影響MSCs的明確機(jī)制還需進(jìn)一步研究闡釋。SIRT1蛋白與MSCs增殖分化之間有著緊密的聯(lián)系，這些發(fā)現(xiàn)使得臨床上應(yīng)用小分子SIRT1激活劑干預(yù)MSCs的組織修復(fù)過程、更好的調(diào)控MSCs向骨及軟骨細(xì)胞發(fā)育成為可能。

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