抗衰老酶1在心臟病中的作用及相關(guān)藥物對(duì)其調(diào)控作用的研究進(jìn)展

王杠杠，宋 崴，2

（北京航空航天大學(xué)1.生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，2.生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心，北京 100083）

心血管疾病是世界范圍內(nèi)威脅人類生命的最主要疾病之一。2017年，美國(guó)心臟聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，心血管疾病導(dǎo)致接近80萬(wàn)美國(guó)人死亡，每3人就有1人死于心血管疾??；在全球范圍內(nèi)，31%的死亡是由心血管疾病引起［1］。冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、風(fēng)濕性心臟病和擴(kuò)張型心肌病等疾病以及多種藥物的心臟毒性均可導(dǎo)致心肌細(xì)胞不可逆性損傷，心肌舒縮功能下降，最終導(dǎo)致心力衰竭，危及生命。心血管疾病的成因復(fù)雜，臨床以對(duì)癥治療為主，治療藥物繁多。從細(xì)胞和分子層面研究心血管疾病的發(fā)病機(jī)制、病理表現(xiàn)及藥物作用，對(duì)探尋更有效的心臟病治療方法有重要意義。

抗衰老酶1（sirtuin1，Sirt1）是細(xì)胞中廣泛存在的一種去乙?；福赏ㄟ^(guò)去乙?；M蛋白或非組蛋白，抑制或激動(dòng)酶和結(jié)構(gòu)蛋白的活性，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，調(diào)控基因表達(dá)，參與細(xì)胞增殖、分化、代謝、衰老、凋亡以及炎癥等生命活動(dòng)過(guò)程［2-6］。Sirt1在熱量限制情況下，可促進(jìn)干細(xì)胞增殖和抗衰老，被認(rèn)為是長(zhǎng)壽相關(guān)因子，成為近幾年的研究熱點(diǎn)。Sirt1對(duì)衰老的心肌細(xì)胞也有類似作用，可通過(guò)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和減少細(xì)胞凋亡維持老化心肌的收縮功能［7］。已有研究者就Sirt1在心臟病中的作用機(jī)制做了總結(jié)，證明Sirt1可增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的能力，減少細(xì)胞凋亡，減輕炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)能量代謝和協(xié)調(diào)心臟舒縮功能［8］，心臟壓力過(guò)載、熱量限制、運(yùn)動(dòng)和急性缺血預(yù)處理等外源刺激均會(huì)上調(diào)Sirt1的表達(dá)［9］。本文在已往研究的基礎(chǔ)上，對(duì)近5年Sirt1與心臟病相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，總結(jié)Sirt1在心臟病中的作用以及藥物調(diào)控Sirt1在心臟病治療中的作用。

1 Sirt1在心臟病中的作用

1.1 心肌梗死

近年，心肌梗死過(guò)程中Sirt1的心肌保護(hù)作用相關(guān)的研究有很多，主要集中于對(duì)心肌梗死后期心肌缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）中Sirt1的保護(hù)作用。再灌注使梗死部位恢復(fù)血供愈合的同時(shí)，也加速了急性炎癥反應(yīng)，帶來(lái)I/R損傷。I/R后，心肌組織中Sirt1的表達(dá)量和活性均有所變化。早期（再灌注后4 h內(nèi)）心肌組織中Sirt1表達(dá)上調(diào)但活性下降［10］，后期（再灌注后24 h）Sirt1表達(dá)量則顯著下調(diào)［11］。Yamamoto等［11］在2011年對(duì)Sirt1在心肌I/R過(guò)程的調(diào)控及其保護(hù)心臟的機(jī)制做了綜述。在心肌I/R過(guò)程中，外源性激動(dòng)Sirt1酶活性及熱量限制、運(yùn)動(dòng)和缺血預(yù)處理等手段，均可調(diào)節(jié)Sirt1在體內(nèi)的表達(dá)和活性；Sirt1在此過(guò)程中保護(hù)心臟的機(jī)制十分復(fù)雜，可通過(guò)下調(diào)NF-κB減輕炎癥反應(yīng)，通過(guò)上調(diào)Bcl-xL、下調(diào)Bax減少細(xì)胞凋亡，通過(guò)調(diào)節(jié)叉頭蛋白O1（forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1）及其下游因子增強(qiáng)細(xì)胞自噬作用和抗氧化應(yīng)激的能力。Nadtochiy等［12］通過(guò)代謝組學(xué)分析表明，Sirt1相關(guān)信號(hào)通路在急性缺血預(yù)處理中快速建立心臟代謝適應(yīng)中有重要作用。

Sirt1與I/R后心肌梗死面積及心臟功能恢復(fù)相關(guān)。過(guò)表達(dá)Sirt1可減少心肌I/R后的細(xì)胞凋亡，減小心肌損傷面積；與正常小鼠相比，心肌細(xì)胞特異性地敲除Sirt1基因小鼠I/R后細(xì)胞凋亡增多，心肌梗死面積增加［13］。Yamamoto等［14］研究發(fā)現(xiàn)，熱量限制可使心肌梗死小鼠左心室功能恢復(fù)加快，再灌注期間釋放乳酸脫氫酶，心臟補(bǔ)體3蛋白表達(dá)降低，Sirt1的激動(dòng)劑白藜蘆醇也有相同作用；但熱量限制對(duì)于心肌細(xì)胞特異性敲除Sirt1基因小鼠則無(wú)此作用，說(shuō)明Sirt1在熱量限制促進(jìn)心梗后心臟康復(fù)的過(guò)程中有重要作用。

1.2 心肌病

Sirt1缺失可能導(dǎo)致擴(kuò)張型心肌病發(fā)生。細(xì)胞中Sirt1缺乏，會(huì)導(dǎo)致心臟發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Mef2乙?；缴?，影響正常心臟發(fā)育及線粒體完整性，Sirt1基因敲除小鼠成年后表現(xiàn)為擴(kuò)張型心肌病，心臟體積擴(kuò)大，心肌細(xì)胞較正常小鼠小且纖維化程度高，細(xì)胞內(nèi)線粒體功能異常［15］。

Sirt1對(duì)心肌細(xì)胞肥大的影響是雙向的。Matsushima等［13］在其綜述中總結(jié)了包括外源刺激類型、Sirt1表達(dá)量變化程度和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α）作用等相關(guān)因素，Sirt1可通過(guò)調(diào)節(jié)FoxO和P53作用于下游因子，抑制細(xì)胞凋亡，抗氧化應(yīng)激，也可作用于Akt和NF-κB/PPAR-α，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)脂肪酸氧化。過(guò)表達(dá)Sirt1可增加心肌細(xì)胞體積，抑制Sirt1活性或心肌細(xì)胞特異性敲除Sirt1基因均抑制心肌細(xì)胞肥大［16］。增加心臟壓力可同時(shí)上調(diào)Sirt1和PPAR-α，導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大和心力衰竭；Sirt1和PPAR-α任一缺乏都會(huì)減輕心肌肥大的程度［17］。Sirt1可減輕藥物作用或其他原因造成的心肌細(xì)胞肥大。激活或過(guò)表達(dá)Sirt1可抑制苯腎上腺素造成的心肌細(xì)胞肥大、代謝失調(diào)和炎癥反應(yīng)［18］。Huang等［19］研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ可激活JNK，誘導(dǎo)Sirt1降解，增加熱休克轉(zhuǎn)錄因子1的乙?；潭燃捌涫荏w表達(dá)，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大和凋亡。同樣是對(duì)血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的研究，Geng等［20］發(fā)現(xiàn)，敲除PARP-2基因可上調(diào)Sirt1表達(dá)；Zhang等［21］用α-硫辛酸下調(diào)PARP-2可上調(diào)Sirt1活性；這2種方法均會(huì)抑制血管緊張素Ⅱ的作用，減輕心肌細(xì)胞肥大。

1.3 心力衰竭

Tanno等［22］在2012年綜述了抗衰老酶家族在心衰中的作用，指出Sirt1和Sirt3參與調(diào)節(jié)能量產(chǎn)生、氧化應(yīng)激、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、血管生成、細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡等心力衰竭相關(guān)的生物學(xué)功能。

心力衰竭會(huì)下調(diào)心肌組織中Sirt1的表達(dá)量和活性，并影響Sirt1的細(xì)胞內(nèi)定位。Lu等［23］和Akkafa等［24］的研究均發(fā)現(xiàn)，心衰患者的心肌細(xì)胞中Sirt1顯著下調(diào)，細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡增加。Sirt1是心衰早期的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制。Sirt1可激活錳超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，Mn-SOD），減少細(xì)胞中氧自由基產(chǎn)生，促進(jìn)線粒體內(nèi)脂肪酸氧化，增加心肌細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的能力［25］。

Sirt1失活會(huì)造成心臟發(fā)育不良或心力衰竭。Mu等［26］研究發(fā)現(xiàn)，幼年小鼠心肌中Sirt1表達(dá)量遠(yuǎn)高于成年小鼠，與正常對(duì)照組相比，抑制內(nèi)源性Sirt1活性的轉(zhuǎn)基因小鼠，心肌組織中P53乙?；潭仍黾?，Bax表達(dá)上調(diào)，表現(xiàn)出心肌細(xì)胞凋亡和早發(fā)心衰，出生后很快死亡。

1.4 藥物刺激及其他心肌損傷

多柔比星是臨床常用的一種抗腫瘤藥物，具有較強(qiáng)的心臟毒性，嚴(yán)重時(shí)可能造成心力衰竭。多柔比星會(huì)下調(diào)心肌細(xì)胞中Sirt1的表達(dá)水平，增加心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡［27］，過(guò)表達(dá)或激活Sirt1會(huì)減輕多柔比星造成心肌損傷，減少細(xì)胞凋亡。Ruan等［27］研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)Sirt1可減少多柔比星造成的活性氧產(chǎn)生，抑制P38磷酸化。Zhu等［28］研究結(jié)果表明，多柔比星處理H9c2細(xì)胞，細(xì)胞中Sirt1表達(dá)下調(diào)且呈濃度依賴性，而過(guò)表達(dá)Sirt1則通過(guò)下調(diào)Bax和p66shc上調(diào)Bcl-2，減少多柔比星造成的細(xì)胞凋亡。Lou等［29］的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Sirt1激活可減輕多柔比星造成的心肌細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，白藜蘆醇可增強(qiáng)Sirt1對(duì)心肌的保護(hù)作用。Cappetta等［30］發(fā)現(xiàn)，使用白藜蘆醇激活Sirt1可抑制多柔比星造成的心肌細(xì)胞纖維化、凋亡和心臟舒張期功能障礙。De Angelis等［31］則證明，Sirt1對(duì)人心臟祖細(xì)胞也有相同的調(diào)節(jié)和保護(hù)作用。Yuan等［32］研究發(fā)現(xiàn)，C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白-3也可減弱多柔比星造成的心肌損傷，在此過(guò)程中Sirt1被激活，使用Sirt1抑制劑或沉默Sirt1基因會(huì)抑制C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白-3對(duì)心臟的保護(hù)作用。

Sirt1參與調(diào)節(jié)重組人神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白-1β（recom?binant human neuregulin-1β protein，rhNRG-1β）保護(hù)放射損傷的心肌細(xì)胞。放射性心臟病是腫瘤放射治療的嚴(yán)重的不良反應(yīng)，目前臨床尚無(wú)有效的防治方法。Gu等［33］的研究發(fā)現(xiàn)，rhNRG-1β可維持放射損傷心肌細(xì)胞中線粒體完整性、ATP生成和三羧酸循環(huán)，Sirt1表達(dá)也顯著上調(diào)。

Sirt1可減弱椎蟲感染造成的心臟損傷。Wan等［34］用Sirt1的激動(dòng)劑白藜蘆醇或SRT1720處理感染南美錐蟲的小鼠，可顯著增強(qiáng)小鼠左心室功能，NF-κB表達(dá)下調(diào)，心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激減弱。

2 藥物調(diào)控Sirt1在治療心臟病中的作用

2.1 白藜蘆醇對(duì)Sirt1的調(diào)控作用

白藜蘆醇是最早在紅酒中發(fā)現(xiàn)的一種植物多酚，具有抗氧化、抗炎癥和抗衰老等作用。已有研究表明，高劑量白藜蘆醇對(duì)治療心血管疾病有重要作用［35］。白藜蘆醇作為Sirt1激動(dòng)劑被廣為應(yīng)用，在高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、心律失常和化療引起的心臟毒性、糖尿病性心肌病和心衰等動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中均有改善心功能、減少心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡等作用［36］。白藜蘆醇激活Sirt1后，涉及的下游因子種類繁雜，作用多樣，包括減少心肌細(xì)胞凋亡、降低纖維化程度和抵抗氧化應(yīng)激等，保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能，促進(jìn)血管生成［37］。

白藜蘆醇對(duì)Sirt1的調(diào)控可減輕心肌梗死、膿毒癥和多柔比星造成的心肌細(xì)胞損傷。白藜蘆醇可減輕心肌梗死后心律紊亂、減小梗死面積、減少血液中乳酸脫氫酶和肌酸激酶的含量［38］。Yang等［39］體外模擬心肌細(xì)胞缺氧復(fù)氧過(guò)程，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇上調(diào)Sirt1，下調(diào)miR-34a，減少心肌細(xì)胞損傷；沉默Sirt1基因或過(guò)表達(dá)miR-34a則會(huì)抑制白藜蘆醇對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。An等［40］研究發(fā)現(xiàn)，用白藜蘆醇治療膿毒癥大鼠，心肌細(xì)胞中Sirt1和Bcl-2上調(diào)，炎癥和凋亡相關(guān)因子下調(diào)，中性粒細(xì)胞聚集減少，心肌細(xì)胞凋亡減少。Sin等［41］研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇激活Sirt1-USP7通路，減輕多柔比星對(duì)老年小鼠心肌細(xì)胞的損傷。

Sirt1參與白藜蘆醇對(duì)心衰和高脂血癥的治療。Gu等［42］研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可改善心臟功能，降低心衰小鼠死亡率，增加AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）表達(dá)，而對(duì)Sirt1基因敲除小鼠則無(wú)治療作用。Meng等［43］研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)會(huì)使大鼠血脂升高，飲食中加入白藜蘆醇則會(huì)降低血脂異常的程度，上調(diào)Sirt1表達(dá)，同時(shí)還上調(diào)AMPK、過(guò)氧化氫酶和SOD等脂代謝相關(guān)蛋白和酶類表達(dá)。

白藜蘆醇對(duì)糖尿病引起的心臟病變也有很好的治療作用。Turan等［44］在2012年綜述了白藜蘆醇保護(hù)糖尿病心肌的作用機(jī)制。白藜蘆醇通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞抗氧化和葡萄糖代謝等減輕糖尿病引起的心血管系統(tǒng)疾病，Sirt1，Sirt2和Sirt4都在其中發(fā)揮重要作用。Wang等［45］的研究還表明，白藜蘆醇通過(guò)上調(diào)Sirt1活性改善糖尿病小鼠心肌細(xì)胞自噬功能，從而減少心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡，改善心功能，減輕心肌細(xì)胞肥大和纖維化，降低小鼠死亡率。

白藜蘆醇激活Sirt1也可改善衰老心臟的心功能。Sin等［46］的研究發(fā)現(xiàn)，老年小鼠心肌中Sirt1活性降低，F(xiàn)oxO1乙?；潭壬撸蛲鲂盘?hào)因子Bim表達(dá)上調(diào)；白藜蘆醇處理則會(huì)上調(diào)Sirt1活性，減少心肌內(nèi)纖維化膠原沉積，減少細(xì)胞凋亡，增加心臟射血分?jǐn)?shù)，改善心功能。Lin等［47］研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇激活Sirt1和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，增加FoxO3磷酸化水平，從而提高運(yùn)動(dòng)對(duì)老年大鼠心功能的改善作用。

紫檀芪是白藜蘆醇的甲基化衍生物，被稱為二代白藜蘆醇，具有抗氧化、抗腫瘤、降血脂和抑菌等多種生物活性，對(duì)心臟病也有一定治療作用［48］。Guo等［49］研究發(fā)現(xiàn)，紫檀芪可上調(diào)缺氧復(fù)氧后心肌細(xì)胞中Sirt1的活性和表達(dá)，減少心肌細(xì)胞凋亡。

2.2 激素類藥物對(duì)Sirt1的調(diào)控作用

雌激素與Sirt1之間的相互作用會(huì)影響心臟功能，對(duì)心臟病的發(fā)生和治療有重要意義。雌激素缺乏會(huì)導(dǎo)致小鼠心功能失常，激活Sirt1則會(huì)緩解心臟功能障礙［50］。Oka等［17］研究發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈縮窄造成心臟負(fù)荷過(guò)大時(shí)，Sirt1和PPARα表達(dá)上調(diào)，Sirt1-PPARα復(fù)合體增加會(huì)下調(diào)雌激素相關(guān)受體的表達(dá)，造成心肌肥大和心衰。Bendale等［51］研究發(fā)現(xiàn)，17-β雌二醇可上調(diào)心肌中Sirt1和AMPK表達(dá)，下調(diào)H3乙酰化水平，從而減輕絕經(jīng)后綜合征造成的心臟功能障礙。Shen等［52］研究發(fā)現(xiàn)，Sirt1也參與17-β雌二醇減輕血管緊張素Ⅱ造成的心肌肥大的過(guò)程。

褪黑素保護(hù)心臟的過(guò)程也需要Sirt1參與。Yu等［53］研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可使心肌細(xì)胞中Sirt1表達(dá)上調(diào)，凋亡相關(guān)因子表達(dá)下調(diào)，改善大鼠心肌梗死后心臟功能，減小心肌梗死面積，降低細(xì)胞凋亡比例，減少血清中肌酸激酶和乳酸脫氫酶釋放，同時(shí)用Sirt1抑制劑Ex527處理則會(huì)削弱褪黑素對(duì)心臟的保護(hù)作用。

2.3 中草藥及提取物對(duì)Sirt1的調(diào)控作用

Sirt1也參與中草藥及其提取物改善心臟功能和治療心臟病過(guò)程。Luo等［54］研究表明，長(zhǎng)期服用人參提取物可上調(diào)老年大鼠心肌細(xì)胞中Sirt1和Sirt3表達(dá)，激活蛋白激酶B/一氧化氮合酶信號(hào)通路，下調(diào)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regu?lated kinase，ERK）和胱天蛋白酶7表達(dá)，降低發(fā)生心梗的風(fēng)險(xiǎn)。

Duan等［55］發(fā)現(xiàn)，竹節(jié)參皂苷Ⅳa可降低高血糖對(duì)心臟的損傷。高糖處理心肌細(xì)胞會(huì)降低細(xì)胞活性，增加活性氧和鈣離子，增加細(xì)胞凋亡；加入竹節(jié)參皂苷Ⅳa后，Sirt1和ERK1/2水平呈濃度依賴性增加，心肌細(xì)胞凋亡減少；沉默Sirt1或加入Sirt1抑制劑，則會(huì)抑制竹節(jié)參皂苷Ⅳa對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。

丹參酮ⅡA可通過(guò)激活Sirt1減輕高血壓誘導(dǎo)的心肌重構(gòu)。Feng等［56］實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大鼠主動(dòng)脈縮窄術(shù)后心功能降低，細(xì)胞凋亡增多，心肌重構(gòu)增加；用丹參酮ⅡA會(huì)減弱術(shù)后的心臟損傷，但同時(shí)用Sirt1抑制劑則無(wú)明顯改善作用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Sirt1在心肌梗死、心肌病、心力衰竭和藥物或其他刺激造成的心肌損傷中都有一定的心臟保護(hù)作用。白藜蘆醇作為Sirt1的激動(dòng)劑，在多種心血管疾病及心肌損傷中都可改善心功能、減少心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激、炎癥和凋亡。此外，雌激素、褪黑素以及部分中草藥及提取物的心臟保護(hù)功能也需要Sirt1的參與。Sirt1作為近幾年的研究熱點(diǎn)，其保護(hù)心肌細(xì)胞的機(jī)制已初步闡明，在心臟病中的作用也愈加清晰。但由于Sirt1在心臟病中表現(xiàn)出的雙重性，且下游因子繁雜，研究者們需深入探究Sirt1與其他外源刺激的相互作用機(jī)制及表現(xiàn)。在推動(dòng)將Sirt1作為藥物治療靶點(diǎn)的臨床應(yīng)用進(jìn)程中，需要進(jìn)一步探索藥物劑量和毒性，明確藥物在體內(nèi)發(fā)揮作用的機(jī)制，研發(fā)更敏感、更高效的心臟病治療藥物，減少藥物副作用發(fā)生。