去乙?；窼irtuins和細胞衰老與動脈粥樣硬化的研究進展

張繼彬，馬賽，范利，曹豐*

(1解放軍總醫(yī)院心血管內科，3國家老年疾病臨床醫(yī)學研究中心，北京 100853；2空軍軍醫(yī)大學附屬西京醫(yī)院心血管內科，西安 710032)

動脈粥樣硬化是冠心病的主要病理特征之一，發(fā)病率居高不下，是全球最嚴重的健康威脅和經濟負擔之一[1,2]。動脈粥樣硬化的病理機制非常復雜，包括脂蛋白膽固醇在血管壁的活化、慢性炎癥反應以及動脈壁細胞功能障礙[3]。在多種誘發(fā)因素中，年齡與動脈粥樣硬化的聯(lián)系較為緊密，是心血管疾病的主要危險因素之一，衰老相關機制在動脈粥樣硬化的病理生理過程中起著至關重要的作用。

細胞衰老是組織衰老的表現(xiàn)特征之一[4]。上世紀70年代，Hayflick和Moorhead在培養(yǎng)正常人類細胞時發(fā)現(xiàn)，在細胞死亡之前，其分裂能力就已經受到了限制。這是細胞衰老的首次發(fā)現(xiàn)，也被稱為“海夫利克極限”[5,6]。細胞衰老目前被定義為細胞周期的抑制，受自身老化和氧化應激、DNA損傷、炎癥等多種刺激的影響。近年來，細胞衰老和動脈粥樣硬化之間的聯(lián)系引起了人們的廣泛關注。越來越多的證據表明，動脈粥樣硬化斑塊中存在衰老細胞，這些衰老細胞可以促進動脈粥樣硬化的發(fā)生。

沉默信息調節(jié)因子2(silent information regulator 2，Sir2)—— Sirtuins家族是一組催化組蛋白和非組蛋白依賴氨基酸殘基脫乙?；慕M蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDACs)。Sirtuins與衰老能聯(lián)系在一起，是因為Sirtuins的過度表達能增加酵母的壽命[7,8]。研究表明，Sirtuins通過調節(jié)細胞新陳代謝和細胞功能來阻止心血管疾病的發(fā)生[8]。

他汀類藥物的廣泛應用使動脈粥樣硬化相關心血管事件明顯減少[9]。然而，動脈粥樣硬化性心血管疾病的風險依舊非常高，這推動了抗動脈粥樣硬化治療的發(fā)展。本文旨在探討細胞衰老與動脈粥樣硬化之間的聯(lián)系，為Sirtuins相關藥物治療動脈粥樣硬化的應用提供參考。

1 動脈粥樣硬化中的細胞衰老

1.1 動脈粥樣硬化斑塊中衰老細胞的特點

動脈粥樣硬化病變中的衰老細胞與其他細胞的區(qū)別在于一些標志物以及形態(tài)學的改變。檢測衰老的最常用方法是檢測衰老相關半乳糖苷酶的活性，即pH=6.0時的半乳糖苷酶活性[10]。此外，體外培養(yǎng)的衰老細胞通常會經歷體積增大、扁平化、空泡化和多核等形態(tài)學改變。由于組織結構的原因，這些形態(tài)學改變在體內培養(yǎng)條件下不易被觀察到。衰老細胞的另一個特點是p16，p53，p21等衰老標志物的過度表達。此外，衰老細胞能產生促炎細胞因子、生長因子、趨化因子和基質重塑酶等一系列細胞因子，即所謂的“衰老相關分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)”。他們可以導致機體慢性低度炎癥和疾病，并可以反作用于衰老細胞及其鄰近細胞加速其衰老進程。這些炎性細胞因子和趨化因子的發(fā)現(xiàn)亦為細胞衰老提供了證據。目前，將上述衰老相關標志物和形態(tài)特征相結合，是識別衰老細胞的最佳方法[11]。

動脈粥樣硬化是一種年齡相關的疾病，年齡是動脈粥樣硬化的一個獨立因素。越來越多的研究表明，動物模型和人類斑塊中堆積的衰老細胞與細胞衰老和斑塊進展密不可分[12]。十多年前，Minamino等[13]發(fā)現(xiàn)人類動脈粥樣硬化病變中存在著衰老相關的血管內皮細胞(endothecells，ECs)。之后，又在動脈粥樣硬化性心臟病患者的動脈粥樣硬化斑塊中發(fā)現(xiàn)了更多關于細胞衰老的證據。動脈粥樣硬化斑塊的進展是一個涉及ECs、血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)、炎癥細胞等多種細胞的復雜過程。這些細胞的衰老相關改變揭示了衰老細胞在動脈粥樣硬化形成中的作用。

1.2 衰老細胞在動脈粥樣硬化中的作用

衰老細胞對動脈粥樣硬化具有雙重的有害作用。首先，動脈粥樣硬化病變中衰老細胞的堆積導致細胞功能紊亂和組織修復能力喪失。其次，衰老細胞的SASP效應可引起促炎性細胞因子過量分泌和炎癥細胞遷移，從而增加了斑塊的易損性。衰老ECs、衰老VSMCs、衰老泡沫細胞這3種主要類型的衰老細胞通過細胞功能紊亂和SASP效應促進動脈粥樣硬化形成和增加動脈粥樣硬化斑塊易損性。

內皮細胞衰老是導致動脈粥樣硬化的重要因素。一方面，細胞衰老與內皮破損、一氧化氮減少等內皮功能的衰退有關；另一方面，衰老ECs的SASP效應會誘導更多的單核細胞聚集和炎癥反應，從而導致斑塊易損性增加。衰老ECs的調控可能為抗動脈粥樣硬化治療帶來希望。Hayashi等[14]研究結果表明，肝X受體(liver X receptors，LXRs)通過降低衰老相關半乳糖苷酶活性和增加端粒酶活性來抑制ECs衰老，從而產生了抗動脈粥樣硬化效應。Kheloufi等[15]提出，適當?shù)膬绕げ环€(wěn)定能夠阻止細胞衰老和限制動脈粥樣硬化斑塊形成。此外，體內實驗結果表明，對內皮衰老的調控能夠提高內皮功能并減少動脈粥樣硬化斑塊形成[16]。

從晚期動脈粥樣硬化斑塊中分離培養(yǎng)的VSMCs表現(xiàn)出了衰老的特征[17]。產生細胞外基質的VSMCs增殖有利于動脈粥樣硬化纖維帽形成和斑塊穩(wěn)定性增加[18]。同時，VSMCs衰老可引起細胞功能紊亂和組織修復能力喪失，從而促進初始斑塊形成并增加晚期斑塊易損性[19]。

近幾年，一些研究闡明了泡沫狀巨噬細胞衰老的基本作用。Childs等[20]使用轉基因和藥物干預方法消除體內的衰老細胞，證明了衰老細胞在動脈粥樣硬化的各個階段都是有害的。他們的研究結果揭示了衰老細胞在動脈粥樣硬化中的有害作用，并指出清除這些衰老細胞可能有助于抗動脈粥樣硬化治療。

動脈粥樣硬化病變中衰老細胞的SASP效應在動脈粥樣硬化形成和斑塊易損性增加上都起著重要作用。從晚期病變中分離出來的衰老細胞的促動脈粥樣硬化因子[單核細胞趨化蛋白1、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)12、MMP13、白細胞介素-6和白細胞介素-1α]均表現(xiàn)出較高水平。SASP效應是引起血管結構和功能退化以及動脈粥樣硬化病變中慢性炎癥微環(huán)境的重要原因。自20世紀80年代以來，人們普遍認為致命心血管事件主要是由易損斑塊破裂造成的。而針對動脈粥樣硬化病變中SASP的藥物干預可能對斑塊進展具有極大的治療潛力。

2 Sirtuins：動脈粥樣硬化的藥物治療目標

Sirtuins(SIRT 1～7)作為細胞營養(yǎng)和代謝的傳感器，是一類依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotina-mide adenine dinucleotide，NAD+)的細胞脫乙酰酶[21,22]。在過去的20年里，科學家們通過在小鼠身上過度表達Sirtuins、使用Sirtuins激活劑或NAD+前體，改善了小鼠的器官功能并延長了壽命，揭示了Sirtuins具有抗衰老的作用[23]。SIRT 1～7這7種哺乳動物去乙?；冈趤喖毎ㄎ缓凸δ苌洗嬖谥町悺IRT1、SIRT6和SIRT7主要分布在細胞核中，作為轉錄調控因子參與能量代謝、DNA修復、細胞存活和炎癥等多種調控活動[24,25]。SIRT2是一種胞漿蛋白。SIRT3、SIRT4和SIRT5主要位于線粒體中。不同于以組蛋白為目標的核去乙酰化酶，SIRT 2～5與胞質蛋白和線粒體非組蛋白蛋白相互作用。同時，SIRT1亦可以作用于p53、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)等非組蛋白蛋白，這就使Sirtuins成為了一個復雜的網絡。大量的研究已經證明Sirtuins在衰老和年齡相關疾病中起著關鍵作用，因此Sirtuins很可能是抗動脈粥樣硬化治療的一個靶點。

2.1 調控細胞衰老的Sirtuins

過去5年在心血管疾病領域中Sirtuins的抗衰老作用越來越引起關注，其中SIRT1仍然是研究熱點，其他Sirtuins的研究亦陸續(xù)開始出現(xiàn)。細胞衰老在動脈粥樣硬化中的作用說明以阻止細胞衰老和減少其后果為目標的治療是可行的[26]。對Sirtuins來說，研究主要集中在Sirtuins是通過直接調控衰老相關蛋白(p53-p21和p16通路)還是通過調控細胞衰老機制(如端粒縮短、DNA損傷和線粒體活性氧體內平衡)來阻止細胞衰老的。大量研究結果表明，Sirtuins是能夠改變斑塊進展的長壽蛋白。這種有益作用是通過調控多種機制來發(fā)揮作用的。(1)端?？s短是細胞衰老的基本特征和促成因素。SIRT1是端粒長度的正調節(jié)蛋白，負責抑制與衰老有關的端?？s短。SIRT6亦通過操控端粒來抑制細胞衰老的啟動。(2)由SIRT1，SIRT6和SIRT7對DNA損傷進行有效修復，從而減少動脈粥樣硬化斑塊中衰老細胞的數(shù)量。(3)SIRT1和SIRT3通過調控抗氧化酶來控制細胞應激反應，從而抑制活性氧引起的細胞衰老。這有助于維持線粒體的內平衡。(4)p53-p21和p16信號通路是阻礙周期進展和推動衰老的2個主要通路。Sirtuins通過調節(jié)p53和p21信號通路中的乙?；?，改變這些衰老相關蛋白的活性，從而直接抑制衰老細胞的增殖。(5)Sirtuins還可以通過抑制SASP效應來預防動脈粥樣硬化。SASP相關的促炎癥信號在動脈粥樣硬化形成和斑塊不穩(wěn)定性方面扮演著重要角色。一項利用轉基因小鼠進行的體內研究顯示，SIRT6-/-ApoE-/-小鼠通過增加NKG2D受體和促炎癥細胞因子的表達來促進斑塊形成和增加斑塊易損性。因此，用Sirtuins靶向SASP相關促炎癥信號通路可能是一種解決動脈粥樣硬化細胞衰老問題的有效方法。Sirtuins與動脈粥樣硬化細胞衰老的關系如圖1所示。

圖1 Sirtuins與動脈粥樣硬化細胞衰老的關系

自身老化和心血管危險因素促進了端?？s短、DNA損傷、氧化應激和p53-p21/p16信號通路等細胞衰老相關機制的激活。Sirtuins可以調控這些機制，從而抑制ECs和VSMCs的衰老。此外，Sirtuins還能調控衰老細胞的SASP效應，使動脈粥樣硬化斑塊中的炎癥反應明顯減少。

2.2 治療的問題與挑戰(zhàn)

Sirtuins的抗衰老和抗動脈粥樣硬化作用增加了動脈粥樣硬化治療的可能性。迄今為止已經發(fā)現(xiàn)了多種Sirtuins激活復合物(Sirtuins activating compounds，STACs)[27]。出于藥物干預的考慮，包括天然化合物和激活復合物(如SRT1720，SRT2104)在內的數(shù)十種化學制劑已被確認可以在體內或體外增加Sirtuins的表達和活性。激活Sirtuins的另一個可行的方法是使用NAD+催化劑，因為Sirtuins是一種依賴NAD+的酶。除了大量的小鼠實驗證據外，一些評估人類激活復合物效力的臨床研究亦在進行當中。這些進展使人們更加堅信Sirtuins治療動脈粥樣硬化的可能性，但仍然存在很多問題和挑戰(zhàn)。(1)激活復合物的特異性是一個大問題。白藜蘆醇等大多數(shù)天然的激活復合物都是非特異性化合物，可以影響細胞內多種蛋白質的活性。此外，因為在各種細胞活動中廣泛的去乙酰作用，不能評估合成激活復合物的特異性。(2)抑制動脈粥樣硬化中細胞衰老的另一個潛在問題是如何在不提高癌癥風險的情況下發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。細胞衰老能抑制腫瘤生長[28]，但抑制細胞衰老與癌癥風險的相關性目前尚不清楚。激活復合物在癌癥模型中的應用會產生復雜的結果[29]。據報道，激活復合物SRT1720能促進乳腺癌小鼠的癌細胞轉移[30]。(3)此外，挑戰(zhàn)還取決于小鼠數(shù)據轉換成人類數(shù)據的程度。關于小鼠動脈粥樣硬化模型的研究始于20世紀70年代末，從那時起，小鼠一直是動脈粥樣硬化研究的經典動物模型[31,32]。盡管ApoE-/-和Ldlr-/-小鼠模型的動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展和人類的極為相似，但仍存在差異[33]。首先，實驗鼠模型中的血膽固醇水平明顯高于人類。關于人類動脈粥樣硬化病變的研究顯示，由于他汀類藥物的廣泛應用，人類的脂質堆積明顯減少[34]。此外，人類的動脈粥樣硬化是多年發(fā)展形成的，比小鼠要復雜得多[29]。

3 結論和展望

Sirtuins通過調控細胞衰老對動脈粥樣硬化起著有益作用。此外，多個實驗模型以及正在進行的臨床試驗都驗證了Sirtuins的治療效果。雖然先前的研究已經確定動脈粥樣硬化斑塊中的衰老細胞是有害的，但衰老細胞的來源和潛在機制仍然模糊。準確識別衰老細胞和評估衰老細胞在體內的功能、研制針對Sirtuins具有高生物利用率、低副作用的有效激活復合物仍然有待于進一步研究?？傊?，動脈粥樣硬化性心臟病在全球范圍內仍然是最嚴重的健康威脅和經濟負擔之一，Sirtuins通過調節(jié)細胞衰老使動脈粥樣硬化得到抑制或逆轉，有望成為抗動脈粥樣硬化的新治療靶點。

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