SIRT在腸屏障中作用的研究進(jìn)展

陳 杰，萬劍華，吳當(dāng)彥，夏 亮

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科, 江西 南昌 330006)

短篇綜述

SIRT在腸屏障中作用的研究進(jìn)展

陳 杰，萬劍華，吳當(dāng)彥，夏 亮*

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科, 江西 南昌 330006)

沉默信息調(diào)節(jié)子(SIRT)是一組保守的NAD+依賴的蛋白去乙?；?，參與調(diào)控細(xì)胞的基因穩(wěn)定、代謝、衰老和凋亡等過程。研究表明，SIRT對腸屏障具有保護(hù)作用，其通過參與調(diào)節(jié)炎性因子的釋放、腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)、改變腸道潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的數(shù)量等影響腸屏障的結(jié)構(gòu)與功能。

SIRT；組蛋白去乙?；?；腸屏障

腸屏障包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和微生物屏障，其中機(jī)械屏障最為重要，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為完整的腸黏膜膜上皮細(xì)胞以及上皮細(xì)胞間的緊密連接。正常情況下腸黏膜上皮細(xì)胞不斷更新，保證了腸上皮的完整性。然而，失血性休克、嚴(yán)重創(chuàng)傷、燒傷等可致腸黏膜缺血缺氧、大量炎性因子釋放，導(dǎo)致腸黏膜屏障的破壞，通透性增加，使細(xì)菌和毒素易位，引起系統(tǒng)性炎性反應(yīng)和多器官功能障礙[1]。沉默信息調(diào)節(jié)子(silent information regulator，SIRT)是一組存在于細(xì)菌和哺乳動物細(xì)胞內(nèi)高保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴的蛋白去乙?；浮Ｄ壳耙阎猄IRT在細(xì)胞中的基因穩(wěn)定、基因沉默、代謝及細(xì)胞壽命起重要作用[2]，而SIRT在腸屏障中的保護(hù)作用亦引起了研究者們的關(guān)注，已發(fā)現(xiàn)SIRT1、SIRT3和SIRT6對腸屏障具有保護(hù)作用。

1 SIRT的簡介

在哺乳動物中，共有7個與Sir2(silence information regulator 2)同源的NAD+依賴的蛋白去乙酰化酶，統(tǒng)稱為Sir2相關(guān)酶類，在哺乳動物鑒定的與Sir2同源的一個蛋白家族統(tǒng)一稱為Sirtuin蛋白，簡稱SIRT，其在哺乳動物中共有7種，分別命名為SIRT1～7[2]。SIRT成員在結(jié)構(gòu)上都含有一個長約275氨基酸的核心區(qū)域，包括NAD+結(jié)合區(qū)域和催化結(jié)構(gòu)域。以人類為例，SIRT由一個能量傳感器家族構(gòu)成，能夠在細(xì)胞內(nèi)NAD+比例增加時以NAD+依賴的方式介導(dǎo)脫乙?；?圖 1)或 O-ADP-核糖基化[3]，繼而引起相應(yīng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變。到目前為止，普遍認(rèn)為SIRT通過與各種底物結(jié)合參與基因修復(fù)、細(xì)胞代謝、細(xì)胞能量平衡和細(xì)胞的壽命調(diào)節(jié)。SIRT在損傷修復(fù)中的作用大多涉及心、腦、腎和肝，近年來，SIRT對腸上皮屏障的作用引起研究者的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT參與調(diào)節(jié)炎性因子的釋放、上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)、腸上皮細(xì)胞基因的穩(wěn)定性及改變腸道潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的數(shù)量影響腸上皮的結(jié)構(gòu)和功能。

圖1 SIRT的去乙?；?/p>

2 SIRT1與腸上皮屏障

SIRT1與酵母Sir2同源性最好，具高度保守性，是目前研究和報(bào)道最多的SIRT。其作用底物繁多，包括叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FOXO)、核轉(zhuǎn)錄因子NF-kB、轉(zhuǎn)錄因子AP- 1、腫瘤抑制因子p53和DNA損傷修復(fù)因子Ku70等[2]。

在腸道方面，SIRT1報(bào)道較多。在葡聚糖硫酸鈉誘發(fā)的小鼠結(jié)腸炎模型中，白藜蘆醇(resveratrol)作為SIRT1激動劑可以降低血清IL- 6、TNF-α和IL- 1β等炎性因子表達(dá)，減輕炎性反應(yīng)對腸黏膜造成的損傷[4]； 嚴(yán)重失血性休克引起的小腸缺血再灌注損傷，SIRT1表達(dá)水平下降，而白藜蘆醇可以有效減少失血性休克引起的小腸損傷[5]；低氧及TNF-α處理?xiàng)l件下腸上皮SIRT1和緊密鏈接蛋白表達(dá)降低，而白藜蘆醇的預(yù)處理則可緩解這一作用，提示低氧及TNF-α處理?xiàng)l件下可通過SIRT1調(diào)控腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)及分布來影響腸上皮屏障功能[6]?？梢奡IRT1表達(dá)的上調(diào)對腸上皮具有保護(hù)作用。

SIRT1具有維持基因穩(wěn)定、調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝與壽命、參與炎性反應(yīng)氧化應(yīng)激反應(yīng)的作用，這些作用在在腸屏障中也有體現(xiàn)。炎性反應(yīng)需要消耗還原H，故有NAD+/NADH比例的改變，而SIRT發(fā)揮功能又直接依賴NAD+，進(jìn)一步說明了SIRT與炎性反應(yīng)的關(guān)聯(lián)性。此外研究發(fā)現(xiàn)SIRT1是一個重要的中樞免疫耐受調(diào)節(jié)因子[7]，提示了SIRT1與免疫反應(yīng)的關(guān)聯(lián)性。人們所熟悉的NF-κB介導(dǎo)的炎性反應(yīng)通路在急性胰腺時激活，其下游系列炎性因子TNF-α、IL- 1及IL- 6等的激活可引起腸道功能紊亂，而SIRT1可以抑制NF-κB起到抗感染作用[8]，可見白藜蘆醇引起的效應(yīng)剛好和胰腺炎引起的炎性反應(yīng)介質(zhì)的效應(yīng)相反。但是，對于胰腺炎的患者激動SIRT1能否降低炎性因子對腸黏膜的損害還沒有相關(guān)報(bào)道。不巧的是，部分研究發(fā)現(xiàn)sirt1基因的缺失可以增加小鼠腸道杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)胞的數(shù)量從而增強(qiáng)腸道抗菌能力[9]，此外抑制SIRT1可以提高敗血癥小鼠的免疫力并改善預(yù)后[10]。事實(shí)上，這與SIRT1對腸上皮屏障的保護(hù)作用并不矛盾，因?yàn)槊庖呒?xì)胞的耐受和炎性介質(zhì)的釋放在不同的病理情況下對機(jī)體的作用不同，SIRT1抑制免疫細(xì)胞的活性和炎性介質(zhì)的釋放在某些病理情況下對機(jī)體是有保護(hù)作用的?？梢?，SIRT1保護(hù)腸上皮屏障的作用需進(jìn)一步研究并闡明機(jī)制，以指導(dǎo)臨床用藥和治療。

3 SIRT3與腸上皮屏障

SIRT3是第1個被定位于哺乳動物細(xì)胞線粒體的SIRT，其在富含線粒體的組織如肌肉、肝、腎和心臟中高表達(dá)。其作用底物有長鏈乙酰輔酶A脫氫酶(LCAD)、線粒體羥基- 3-甲基戊二酰輔酶A合成酶2(HMGCS2)、異檸檬酸脫氫酶(Idh2)、p53及PGC- 1α等[2]。SIRT3與線粒體代謝、ATP合成、脂肪酸的有氧氧化、基因完整性保護(hù)密切相關(guān)。

SIRT3在腸道方面報(bào)道較少。有報(bào)道稱，沉默sirt3后，腸上皮系Caco.2細(xì)胞低氧誘導(dǎo)因子- 1α(HIF- 1α)的蛋白表達(dá)明顯升高，與此同時連接蛋白ZO- 1、occludin及claudin- 1的表達(dá)降低[11]。這提示在腸上皮細(xì)胞低氧時SIRT3的表達(dá)可以調(diào)控HIF- 1α的表達(dá)降低腸屏障的損傷。此外還發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇也作用于SIRT3-SOD2(超氧化物歧化酶- 2)信號通路，調(diào)節(jié)線粒體功能減少出血性休克引起的小腸損傷[12]。

SIRT3主要存在于線粒體，涉及呼吸鏈ATP的產(chǎn)生、脂肪酸的氧化和抗氧化應(yīng)激。腸上皮細(xì)胞快速的更新沒有線粒體的能量供應(yīng)是無法完成的，這也暗示了SIRT3對腸上皮細(xì)胞的重要性。已經(jīng)有很多研究表明SIRT3有利于損傷的修復(fù)：小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，急性腎損傷伴隨著SIRT3的明顯下調(diào)和線粒體損失，而增加SIRT3的表達(dá)有利于急性腎損傷小鼠的恢復(fù)[13]；咖啡酸通過SIRT3依賴的呼吸鏈調(diào)節(jié)功能減少大鼠肝臟的缺血再灌注損傷[14]等。有研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌脂多糖引起的敗血癥大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，增加SIRT3的表達(dá)具有維持血管完整性和保護(hù)微血管的功能[15]。臨床上因重癥急性胰腺炎導(dǎo)致腸源性感染的患者和該實(shí)驗(yàn)的模型有點(diǎn)類似，然而目前還沒有報(bào)告涉及SIRT3在腸源性感染中對腸上皮屏障的作用如何?？梢?，SIRT3在腸道這一塊仍值得進(jìn)一步研究。

4 SIRT6與腸上皮屏障

SIRT6 是異常染色質(zhì)相關(guān)核蛋白，高表達(dá)于大腦和骨骼肌，其作用底物有NF-κB、ADP-核糖基DNA聚合酶β和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP1)等[2]。SIRT6不但具有去乙酞化酶活性，還有強(qiáng)大的ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，在DNA修復(fù)、維持基因組穩(wěn)定性具有重要作用[2]。

在腸道方面，SIRT6報(bào)道極少。有研究發(fā)現(xiàn)，sirt6敲除的小鼠壽命明顯縮短，常于出生后4周死亡[16]。值得注意的是，在小鼠死后的組織病理研究中發(fā)現(xiàn)，死亡小鼠有明顯的結(jié)腸炎表現(xiàn)，主要特征為結(jié)腸上皮細(xì)胞的大量壞死和脫落。

近來有研究表明，結(jié)腸炎發(fā)展過程中伴隨著SIRT6表達(dá)的顯著減少，腸上皮細(xì)胞特異性敲除sirt6，顯著增加了小鼠對DSS誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎的易感性；進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在回腸和結(jié)腸內(nèi)，SIRT6的表達(dá)僅次于胸腺和腦組織，明顯高于其他部位[17]。強(qiáng)烈提示SIRT6與結(jié)腸炎密切相關(guān)。在機(jī)體其他器官炎性反應(yīng)中，SIRT6可以通過增加叉頭轉(zhuǎn)錄因子FOXO3α依賴的抗氧化作用對抗心肌缺血和再灌注損傷[18]；提高SIRT6的表達(dá)可抵抗高脂飲食誘發(fā)的肝臟慢性炎性反應(yīng)與肝纖維化[19]；可見SIRT6具有對抗炎性反應(yīng)的作用。事實(shí)上SIRT6與SIRT1相似之處在于，同樣可以抑制NF-κB起到抗感染作用[20]，從上看來，研究SIRT6在炎性反應(yīng)性腸病治療中的作用遠(yuǎn)不限于目前的研究，進(jìn)一步研究SIRT6在炎性反應(yīng)性腸病的發(fā)病、診斷和治療中所扮演的角色將有助于解決炎性反應(yīng)性腸病治療中所遇到的難題。

5 小結(jié)與展望

有研究表明SIRT激動劑白藜蘆醇可抑制腸道胰島素樣生長因子- 1受體(IGF- 1R)的激動從而抑制腸道成纖維細(xì)胞膠原蛋白的合成[21]，提示白藜蘆醇可減少腸壁的纖維化的作用。這種藥表現(xiàn)出對腸屏障損傷修復(fù)特別是慢性損傷修復(fù)的重要臨床價值。SIRT6與炎性反應(yīng)性腸病密切相關(guān)，很可能是治療結(jié)腸炎的一個重要靶點(diǎn)。SIRT1和SIRT3均可通過抑制NF-κB通路減少炎性因子的產(chǎn)生，但是目前還沒有研究涉及腸上皮SIRT的高表達(dá)是否有助于抑制急性胰腺炎炎性因子的釋放從而減輕腸黏膜的損傷，這也許是未來治療胰腺炎的新思路。因此，進(jìn)一步研究SIRT對腸上皮屏障的影響，不僅可能提供更多有關(guān)細(xì)胞生命過程調(diào)控的信息，還可為臨床疾病的發(fā)生發(fā)展、診斷及治療提供依據(jù)。

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Research progress on the role of SIRT in intestinal barrier

CHEN Jie, WAN Jian-hua, WU Dang-yan, XIA Liang*

(Dept. of Gastroenterology， the First Affiliated Hospital of Nanchang University， Nanchang 330006，China)

SIRT is a family of highly conserved nicotine adenine dinucleotide(NAD+)-dependent protein deacetylase which regulates several processes including cell gene stability, metabolism, aging and apoptosis. Studies have shown that SIRT has protective effects on intestinal barrier, which influences the structure and function of intestinal barrier by controlling the release of inflammatory cytokines, regulating the expression of tight junction protein in intestinal epithelial, and changing the number of Paneth and goblet cells in the intestine.

SIRT; protein deacetylase; intestinal barrier

2016- 10- 31

2017- 01- 18

*通信作者(correspondingauthor)：liangx96180@126.com

1001-6325(2018)01-0103-04

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