Sestrin2抗氧化應激作用在缺血再灌注中的研究進展

郭明++夏中元

[摘要] Sestrin2是一種高保守、應激誘導抑制雷帕霉素靶蛋白的重要蛋白分子。作為P53調(diào)節(jié)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路抗氧化應激作用的一種重要蛋白分子，Sestrin2可以激活磷酸腺苷依賴蛋白激酶蛋白并磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復合物，進而抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白，可減輕組織因缺血再灌注導致的損傷。近幾年，國內(nèi)外對Sestrin2蛋白分子的研究已有很大的進展，本文就近幾年Sestrin2抗氧化應激作用研究進展以及其可能的臨床應用進行綜述。

[關(guān)鍵詞] Sestrin2；磷酸腺苷活化蛋白激酶；哺乳動物雷帕霉素靶蛋白；氧化應激

[中圖分類號] R2-4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）06（b）-0028-04

Research progress of Sestrin2 anti-oxidative stress effect in ischemia reperfusion

GUO Ming XIA Zhongyuan

Department of Anesthesiology， Renmin Hospital of Wuhan University， Hubei Province， Wuhan 430060， China

[Abstract] Sestrin2 is a highly conserved， stress-inducible protein. As a important protein for P53-regulated mammalian target of rapamyein complex （mTORC1） signaling pathway， Sestrin2 activates AMP activated protein kinase （AMPK） and target it to phosphorylate tuberous seleresis complex （TSC2）， thereby inhibiting mTORC1， reducing the ischemia-reperfusion injury. In recent years， there are great progress in the studis of Sestrin2. This paper reviews the role of Sestrin2 in anti-oxidative stress and the potential clinical application as a therapeutic target to prevent/treat related diseases.

[Key words] Sestrin2； AMP activated protein kinase； Mammalian target of rapamyein complex； Oxidative stress

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的飲食結(jié)構(gòu)及生活方式也發(fā)生了明顯變化，導致肥胖、血脂代謝紊亂、高血壓、糖尿病、癌癥等疾病的患病率明顯增加。這些疾病易引起人體全身多部位發(fā)生組織內(nèi)氧化應激，導致多種慢性并發(fā)癥，嚴重可危及生命安全。國際糖尿病聯(lián)合會報告，2001年全球糖尿病患者約為17 100萬人，預計2030年，全球患糖尿病的人數(shù)將達到36 600萬人[1]。因糖尿病、肥胖等疾病導致的血糖血脂代謝紊亂、心血管疾病以及死亡率都將隨之增高[2-3]。糖尿病、高血脂等大多數(shù)疾病的主要致病因素是活性氧（reactive oxygen species，ROS）的大量釋放以及氧化應激反應，導致機體多器官發(fā)生組織內(nèi)氧化應激，最終進展為慢性疾病，嚴重者可危及生命。

1 氧化應激

氧元素是生物體能量供應及多種生理活性物質(zhì)合成的必須物質(zhì)。機體氧元素在發(fā)生氧化還原反應時，產(chǎn)生一些帶有不配對電子的分子、離子或是基團，被稱為活性氧[4]。機體代謝產(chǎn)生的少量活性氧參與代謝，過多的活性氧可被機體抗氧化應激防御系統(tǒng)快速清除，保護機體免受損傷。正常機體氧化應激反應和抗氧化應激反應處于動態(tài)平衡狀態(tài)，若氧化應激反應過于強烈或是抗氧化應激能力受損將會導致過多的活性氧釋放，超負荷的活性氧代謝產(chǎn)物與細胞內(nèi)分子反應產(chǎn)生毒性作用[5-6]，損害機體。機體反饋性地開發(fā)了抗氧化應激防御體系，以便消除過多的活性氧，其主要包括一些酶類，例如超氧化物氣化酶、過氧化物酶，以及一些小分子量的抗氧化劑等[7]。低水平的ROS參與機體一系列的生理調(diào)節(jié)，如維持血管張力、控制紅細胞生成素的合成以及調(diào)節(jié)一些膜受體信號通路傳導[8]。當組織發(fā)生氧化應激反應釋放大量的ROS，而抗氧化應激系統(tǒng)未能將其及時清除，過多的ROS將破壞DNA的結(jié)構(gòu)，造成線粒體及其他細胞器的損傷，引起蛋白質(zhì)的折疊錯誤和神經(jīng)元突觸功能障礙等[9-10]。氧化應激反應能夠明顯抑制細胞的生存，縮短細胞壽命，并可導致細胞死亡[11-12]。在病理條件下，氧化應激被認為與多種疾病的發(fā)生相關(guān)，涉及心血管疾病、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病、缺血再灌注和其他疾病。越來越多的證據(jù)表明，氧化應激是導致多種急、慢性疾病發(fā)病的病理生理學機制[13-14]。

2 Sestrin2蛋白結(jié)構(gòu)及抗氧化應激機制

Sestrin2屬于Sestrins家族蛋白，研究發(fā)現(xiàn)編碼Sestrins的基因位于6號染色體q臂21位點。哺乳動物Sestrins含有3個亞型，分別是Sestrin1、Sestrin2、Sestrin3[15]。Sestrins均具有抗氧化應激的作用，以Sestrin2抗氧化能力最強，研究最為廣泛。Sestrin2的晶體結(jié)構(gòu)主要為偽對稱的兩個球形結(jié)構(gòu)域，其兩個結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)相似但功能不同。N末端結(jié)構(gòu)域主要通過其螺旋-轉(zhuǎn)-螺旋氧化還原酶降低活性氧，C末端結(jié)構(gòu)域主要發(fā)揮抑制mTORC1的作用。以上從Sestrin2晶體結(jié)構(gòu)揭示了其降低ROS的積累以及抑制mTORC1的機制。

Sestrin2被確定為一種進化上高度保守的重要抗氧化蛋白質(zhì)分子，在細胞內(nèi)發(fā)揮調(diào)節(jié)細胞增殖和細胞活力的作用[16]。Sestrin2表達在多種應激條件下上調(diào)，減少活性氧的積累，保護細胞免受氧化應激損傷。Sestrin2在靜息細胞中表達比較低，但當環(huán)境和代謝發(fā)生異常時，如DNA損傷、缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、能量缺乏、饑餓等情況下，Sestrin2的表達上調(diào)，其主要是通過激活一些轉(zhuǎn)錄因子，包括P53、FoxO、CCAAT、ATF4、AP-1等[15，17-18]。除此之外，Sestrin2負反饋通過激活AMPK蛋白激酶可抑制mTORC1[19-24]。mTORC1是自噬負性調(diào)控因子，參與基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯等生物過程，在細胞的生長、凋亡和自噬中發(fā)揮重要作用。自噬是真核細胞內(nèi)清理受損細胞器以及蛋白聚集體的重要機制[25]。線粒體自噬被認為對于整個線粒體網(wǎng)絡功能完整性和維持機體氧化還原系統(tǒng)平衡關(guān)鍵過程。正常生理狀態(tài)下，受損的線粒體被特異性包裹進自噬體中，并與溶酶體融合，從而被選擇性清除以維護細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[26]。Sestrin2通過上述機制可緩解肥胖、糖尿病代謝異常、胰島素抵抗、心血管疾病等導致的氧化應激損傷[20，27]。

3 Sestrin2在抗氧化應激方面的實驗研究

3.1 Sestrin2在腦缺血再灌注損傷方面的研究

腦缺血再灌注研究揭示，當大腦發(fā)生缺血缺氧時短時間內(nèi)即可導致血腦屏障水腫，通透性增高，繼而大腦受到損害，嚴重者發(fā)生腦梗死[28]。研究發(fā)現(xiàn)，Sestrin2在腦組織受到較為嚴重的損傷時，可通過HIF1α調(diào)控Sestrin2的表達水平顯著升高，發(fā)揮保護作用[29]，可以減輕血腦屏障水腫，改善其通透性，減少腦梗死面積。出生10 d的新生大鼠建立缺血缺氧性腦病模型，檢測腦梗死面積、腦功能、Sestrin2表達水平，發(fā)現(xiàn)給予rh-Sestrin2激動劑處理的大鼠腦梗死面積明顯低于其他大鼠，腦功能評估水平顯著高于其他大鼠，Sestrin2表達水平也顯著升高，且差異有統(tǒng)計學意義，證實了Sestrin2通過對mTORC1的抑制進而對腦缺血缺氧損傷有明顯的改善作用[30]。隨著腦缺血時間在一定范圍內(nèi)延長，Sestrin2的表達水平逐漸升高，當缺血時間達到24 h時Sestrin2的水平達最高，進而促進RpS6磷酸化，抑制mTOR復合物，發(fā)揮抗氧化應激作用[31]。除此之外，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF也通過提高Sestrin2的表達，進而激活NO/PKG/NF-κB通路發(fā)揮其抗氧化應激作用，保護腦皮質(zhì)神經(jīng)元[32]。研究發(fā)現(xiàn)，Sestrin2具有減輕小鼠腦組織淀粉樣β肽的形成，并調(diào)節(jié)自噬以及保護神經(jīng)的功能[33]，對阿爾茲海默癥的研究具有重要價值。

3.2 Sestrin2在心肌缺血再灌注損傷方面的研究

全球范圍糖尿病發(fā)病率的大幅增高，作為冠狀動脈粥樣硬化的重要致病因素，心絞痛和心肌梗死的發(fā)生明顯增加。缺血性心臟病是糖尿病患者主要的心血管并發(fā)癥及首要的致死原因[34]。在研究PDH對心肌缺血損傷的作用時，發(fā)現(xiàn)PDH作為心肌糖代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵蛋白，通過Sestrin2和LKB1相互作用，激活AMPK通路，減輕心肌缺血損傷[20，35]。除此之外，劇烈的炎性反應與氧化應激之間相互聯(lián)系，相互誘發(fā)，嚴重損傷組織結(jié)構(gòu)及功能。維持線粒體穩(wěn)態(tài)在各種炎性疾病中都具有重要的意義。膿毒癥是一種嚴重的全身炎性反應，對重要臟器心腦腎等都產(chǎn)生嚴重的損害。Sestrin2通過抑制NLRP3炎性體，清除受損線粒體，并誘導正常線粒體自噬的發(fā)生。Sestrin2發(fā)揮雙重作用，一方面促使線粒體在細胞核周圍聚集，誘導線粒體識別自噬機制；另一方面Sestrin2通過激活線粒體自噬，在Sestrin2缺陷的小鼠中，因炎癥和膿毒癥模型導致的死亡率明顯增加[36]。

3.3 Sestrin2在肝、腎等重要臟器氧化應激損傷方面的研究

肥胖以及非酒精性肝病過程中肝臟過多的脂肪堆積可引發(fā)慢性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動態(tài)平衡被擾亂可導致肝細胞壞死以及一系列炎性反應、氧化應激以及肝臟纖維化[37-38]。長時間內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激Sestrin2表達升高，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激激活轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強子結(jié)合蛋白，提高其表達水平，降低細胞蛋白質(zhì)翻譯，以防止過多的未折疊蛋白質(zhì)的積累，同時抑制哺乳動物mTORC1，對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激相關(guān)疾病起保護作用，使機體不會在很短時間內(nèi)發(fā)生嚴重的損害[27，39]。Sestrin2調(diào)節(jié)細胞內(nèi)活性氧以及超氧化硫的產(chǎn)生，腎臟多巴胺D2受體D2R通過調(diào)節(jié)Sestrin2防止腎臟細胞內(nèi)過多的ROS產(chǎn)生并可清除已經(jīng)產(chǎn)生的ROS，從而維持正常血壓，D2R敲除大鼠腎臟Sestrin2表達水平較野生型大鼠顯著降低。當誘導人腎近曲小管細胞DS2沉默，Sestrin2表達明顯降低，超氧化物水平顯著升高，實驗結(jié)果表明Sestrin2維持腎臟氧化還原處于動態(tài)平衡，有助于維持血壓正常[40]。

4 Sestrin2研究展望

目前對Sestrin2的研究發(fā)現(xiàn)Sestrin2主要通過AMPK調(diào)節(jié)mTORC1發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)機體能量代謝、細胞增殖與凋亡、線粒體自噬，影響細胞功能，在多種疾病中發(fā)揮抗氧化應激作用。Sestrin2在腦心等重要臟器缺血缺氧后發(fā)揮抗氧化應激產(chǎn)生保護作用已有文獻報道，Sestrin2在未來臨床可能作為一種調(diào)整代謝性疾病的高效安全生物制劑。Sestrin2作為近幾年在抗氧化應激研究領(lǐng)域研究的熱點，未來更多的研究與進一步的探索將全面詳細揭示Sestrin2的機制和作用。

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