SIRT1信號通路在心血管疾病中保護作用的研究進展

Sirtuins，一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴性脫乙?；?，首先在酵母中被發(fā)現(xiàn)，它屬于Ⅲ類組蛋白脫乙?；竅1]，具有250個氨基酸核心與可變的氨基和羧基末端，具有高度保守的NAD+結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域。哺乳動物不同亞細胞結(jié)構(gòu)包含7種Sirtuins(SIRT1～SIRT7)，其中SIRT1是首先被確定并廣泛研究的，主要定位于細胞核中，在特定條件下轉(zhuǎn)位到細胞質(zhì)中。除了公認的去乙酰化酶功能外，由于Sirtuins染色質(zhì)修飾活性，參與轉(zhuǎn)錄后修飾，這些與能量代謝變化、老化及抵抗氧化應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)，且與心血管疾病密切相關(guān)，包括動脈粥樣硬化、心力衰竭、高血壓、衰老、糖尿病及其他心血管相關(guān)疾病?，F(xiàn)探討SIRT1調(diào)控的細胞和分子信號在心血管疾病氧化應(yīng)激介導(dǎo)的病理過程中的保護作用。

1 SIRT1途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

SIRT1表達和激活受幾種細胞條件影響，如熱量限制、運動和氧化應(yīng)激。細胞中SIRT1利用NAD+作為底物，同時NAD+水平也可控制SIRT1的脫乙?；钚浴Ｔ贜AD+合成補救途徑中，煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT)催化煙酰胺轉(zhuǎn)化為煙酰胺單核苷酸，之后通過煙酰胺/煙酸單核苷酸腺苷酰轉(zhuǎn)移酶(nicotinic acid mono-nucleotide adenylyltransferase，NMNAT)轉(zhuǎn)化為NAD+。NAMPT在哺乳動物NAD+生物合成途徑具有限速酶作用。增加的NAMPT活性提高了細胞總NAD水平和之后的SIRT1轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性。NMNAT可監(jiān)管SIRT1在其靶基因啟動子上的去乙?；钚訹2]。

眾多反饋機制引起SIRT1激活，如SIRT1和叉頭轉(zhuǎn)錄因子的相互作用，SIRT1-AMP活化蛋白激酶(AMPK)途徑。Hu抗原R(HuR)是一種RNA結(jié)合蛋白，調(diào)節(jié)眾多目標mRNA穩(wěn)定性，并結(jié)合SIRT1 mRNA的3’非翻譯區(qū)，引起SIRT1 mRNA穩(wěn)定性和SIRT1表達上調(diào)[3]。氧化應(yīng)激過程中，HuR被磷酸化，導(dǎo)致HuR-SIRT1 mRNA復(fù)合物解離和之后的SIRT1 mRNA衰變。體外和體內(nèi)模型中，SIRT1核蛋白活性調(diào)節(jié)劑可增強SIRT1介導(dǎo)的p53脫乙?；⒆柚筽53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性[4]。癌高甲基化基因1(hypermethylated in cancer 1，HIC1)中的高甲基化和缺失乳腺癌1(deleted in breast cancer 1，DBC1)已確定為SIRT1的負調(diào)節(jié)因子。HIC1是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，與SIRT1啟動子結(jié)合并抑制其轉(zhuǎn)錄。HIC1缺失可增加正常細胞或癌細胞中SIRT1表達，導(dǎo)致p53脫乙?；褪Щ?，促進腫瘤發(fā)生[5]。DBC1直接與SIRT1相互作用抑制SIRT1活性。DBC1表達缺失可增強SIRT1依賴的細胞凋亡抑制作用[5]。

2 SIRT1與氧化應(yīng)激

活性氧(reactive oxygen species，ROS)包括羥自由基、脂質(zhì)自由基、超氧陰離子與一氧化氮(NO)及其他具有高氧化潛力的化學物質(zhì)如過氧化氫、次氯酸和過氧亞硝酸鹽[6-7]。ROS的形成源自多種途徑，如黃嘌呤氧化酶(XO)、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)解偶聯(lián)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶同種型、環(huán)加氧酶、線粒體呼吸和金屬催化反應(yīng)及抗氧化酶和其他抗氧化劑耗盡，導(dǎo)致氧化應(yīng)激。正常生理條件下，內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、過氧化氫酶及維生素C和維生素E等小分子物質(zhì)清除ROS，ROS處于低水平狀態(tài)[8]。

ROS的產(chǎn)生通過介導(dǎo)通路參與調(diào)節(jié)細胞存活、分化、增殖和遷移等過程。SIRT1對細胞氧化還原狀態(tài)高度敏感，通過對多種細胞進行去乙酰化抵抗ROS作用，從而起到心臟保護和維持血管功能作用[9-12]。細胞功能直接或間接受SIRT1影響，反之SIRT1活性和表達也可受細胞翻譯后修飾影響[9]。因此，SIRT1在這種依賴氧化還原反應(yīng)的細胞中的作用較復(fù)雜。

哺乳動物中，這種Sirtuins介導(dǎo)熱量限制帶來的益處，延緩了與年齡相關(guān)疾病的發(fā)作，包括動脈粥樣硬化和糖尿病。Nisoli等[13]研究發(fā)現(xiàn)3～12個月熱量限制小鼠中，eNOS增加表達過程中同時觀察到SIRT1過表達，且環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)形成與該物質(zhì)在哺乳動物對應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用一致。通過賴氨酸(Lys)-496和Lys-506的eNOS脫乙?；琒IRT1增加eNOS活性，導(dǎo)致NO增加，SIRT1敲減導(dǎo)致NO減少和內(nèi)皮依賴性血管舒張功能受損[14]。SIRT1和eNOS之間存在反饋機制，由于NO能激活SIRT1啟動子，導(dǎo)致SIRT1 mRNA和蛋白質(zhì)合成增加。人類臍靜脈內(nèi)皮細胞(ECs)和小鼠中，香煙煙霧提取物和過氧化氫處理引起SIRT1水平下降和與乙?；痚NOS和促炎基因表達增加有關(guān)[15-17]。

嘌呤/二酰胺核苷酸內(nèi)切酶1/氧化還原因子-1(APE1/Ref-1)是一種血管穩(wěn)態(tài)中的重要還原劑，可增強內(nèi)皮細胞SIRT1活性。APE1/Ref-1保護內(nèi)皮SIRT1免于由過氧化氫誘導(dǎo)的巰基氧化引起的失活，并促進SIRT1催化eNOS去乙?；?，恢復(fù)NO生物利用度和內(nèi)皮依賴性血管舒張[18]。在ECs中，抑制SIRT1可引起p53乙酰化增加，并引起應(yīng)激誘導(dǎo)的早衰樣表型，纖溶酶原激活物抑制劑1(PAI-1)表達增加同時eNOS表達減少；反之，內(nèi)皮SIRT1過表達可逆轉(zhuǎn)由氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的早衰[19]，且其過表達通過eNOS依賴性信號傳導(dǎo)途徑減弱過氧化氫誘導(dǎo)的細胞衰老[20]。

細胞氧化還原狀態(tài)由SIRT1通過去乙?；疐OXO轉(zhuǎn)錄因子家族調(diào)節(jié)，其控制幾種對氧化應(yīng)激反應(yīng)蛋白質(zhì)的表達[21-22]。SIRT1/FOXO軸介導(dǎo)血管平滑肌細胞(VSMCs)的收縮分化，從而有助于維持血管動態(tài)平衡[22]。應(yīng)對氧化應(yīng)激，SIRT1通過調(diào)節(jié)FOXO3功能控制細胞反應(yīng)，F(xiàn)OXO3脫乙酰作用增強其對DNA修復(fù)和細胞周期停滯的作用，減輕凋亡過程[21]。通過體外和體內(nèi)氧化應(yīng)激模型(包括老年小鼠股動脈和鼠后肢缺血模型)證明，microRNA(miR)-200c降低NO并增加FOXO1和p53的乙?；痆23]。FOXO1乙?；种破鋵IRT1、過氧化氫酶(CAT)和MnSOD靶基因的轉(zhuǎn)錄活性。該分子通路通過激活線粒體適配器p66Shc和增加ROS產(chǎn)生得到加強。應(yīng)用抗miR-200c處理增強SIRT1、eNOS和FOXO1活性并改善肢體灌注，表明在氧化應(yīng)激條件下miR-200c破壞SIRT1/FOXO1/eNOS調(diào)節(jié)環(huán)，參與內(nèi)皮功能障礙[23]。p66Shc增加細胞內(nèi)ROS水平的機制包括與膜結(jié)合的NADPH氧化酶活化和GPx-1、MnSOD和Ref-1的下調(diào)[23-24]。

染色質(zhì)水平上SIRT1抑制p66Shc轉(zhuǎn)錄，并通過SIRT1過表達調(diào)節(jié)p66Shc，這與乙?；M蛋白3型(H3)與p66Shc啟動子區(qū)的結(jié)合減少有關(guān)[25-28]。核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)信號的調(diào)節(jié)受SIRT1介導(dǎo)的RelA/p65亞基去乙?；绊?。SIRT1與NF-κB復(fù)合體中RelA/p65蛋白相互作用，并使Lys-310去乙?；?，這種效應(yīng)引起NF-κB調(diào)節(jié)基因表達功能喪失[29]。SIRT1激活劑(如白藜蘆醇和SRT1720)可改善糖尿病引起心臟氧化應(yīng)激，保護ECs免受腫瘤壞死因子α(TNF-α)誘導(dǎo)的損傷，并通過抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性逆轉(zhuǎn)血管內(nèi)皮功能障礙[25，27-28]。激活內(nèi)皮細胞核因子紅細胞2-相關(guān)因子2(Nrf2，調(diào)節(jié)關(guān)鍵抗氧化細胞反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子)，是白藜蘆醇發(fā)揮血管保護的另一重要機制[30-31]。培養(yǎng)人冠狀動脈ECs中，白藜蘆醇增加的Nrf2轉(zhuǎn)錄活性與血紅素加氧酶-1和NADPH-醌氧化還原酶-1上調(diào)有關(guān)，該酶可保護細胞免受代謝應(yīng)激[30]。適當刺激Nrf2/抗氧化反應(yīng)信號可保護內(nèi)皮免受高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，而Nrf2敲除消除白藜蘆醇介導(dǎo)的線粒體和細胞氧化應(yīng)激的減少[32]。

3 SIRT1與動脈硬化

衰老過程有助于解釋動脈粥樣硬化的發(fā)病機制，這是老年心血管疾病及糖尿病、血脂異常、代謝綜合征和高血壓病人死亡的常見原因[33-34]。動脈粥樣硬化是由ECs、VSMCs和單核/巨噬細胞中的SIRT1缺陷引起，其主動介導(dǎo)氧化應(yīng)激、炎癥、泡沫細胞形成和血管壁自噬受損[35]。由炎癥或氧化應(yīng)激刺激的嚴重自噬導(dǎo)致膠原合成減少、纖維帽變薄、斑塊不穩(wěn)定、再狹窄和急性冠脈綜合征。SIRT1通過增加NO產(chǎn)生，HERC2介導(dǎo)的LKB1降解，阻斷NF-κB介導(dǎo)的炎癥過程，減少氧化應(yīng)激和控制自噬發(fā)揮動脈保護作用[35-36]。載脂蛋白E敲除(ApoE-/-)SIRT1轉(zhuǎn)基因小鼠受損的內(nèi)皮依賴性血管舒張功能恢復(fù)并伴有主動脈eNOS上調(diào)[37]。ApoE-/-小鼠內(nèi)皮特異性SIRT1過表達可激活eNOS，阻止內(nèi)皮細胞黏附分子表達，并減輕高脂飲食引起的主動脈斑塊形成過程[37]。根據(jù)上述研究，口服低劑量紅葡萄酒(作為白藜蘆醇來源)后，高膽固醇血癥小鼠主動脈eNOS和SIRT1表達均上調(diào)，此證據(jù)支持SIRT1在預(yù)防動脈粥樣硬化病變進展中的意義[38]。Arunachalam等[15]研究發(fā)現(xiàn)SIRT1水平和活性在易發(fā)生動脈粥樣硬化ApoE-/-小鼠肺組織中顯著降低，且進一步減輕香煙煙霧反應(yīng)，導(dǎo)致由eNOS乙?；黾雍褪Щ钜鸬姆蝺?nèi)皮功能障礙。SIRT1通過抑制AP-1活性和減少cyclin D1和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)的表達抑制新內(nèi)膜形成[39]。

血管平滑肌細胞SIRT1通過激活修復(fù)蛋白(nijmegenbreakage syndrome-1，NBS-1)[40]免受DNA損傷并抑制動脈粥樣硬化。ApoE-/-小鼠平滑肌細胞表達非活性截短的SIRT1(Δex4)顯示動脈粥樣硬化增加，且相對纖維帽厚度和內(nèi)側(cè)退化減少。患有2型糖尿病受試者動脈粥樣硬化斑塊的特征在MMP-9活性增加和組織金屬蛋白酶抑制劑3(TIMP3)表達減少，TIMP3表達降低與SIRT1水平降低相關(guān)[41]。平滑肌細胞SIRT1過表達增加TIMP3啟動子活性，抑制SIRT1活性，降低TIMP3表達。平滑肌細胞中，SIRT1能維持膠原合成，防止斑塊不穩(wěn)定，并通過促進X-box(RFX5)活性的調(diào)控因子核移除和蛋白酶體降解，抑制其與膠原蛋白Ⅰ型(COL1A2)基因啟動子的結(jié)合[42]。

Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶b(CaMKKb)對單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)和SIRT1的共調(diào)作用有助于動脈粥樣硬化保護性表型。AMPK和SIRT1在細胞質(zhì)中共同作用激活eNOS，激活NO介導(dǎo)的抗炎作用通過抑制單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)和E選擇素(E-selection)活性。細胞核中AMPK和SIRT1激活過氧化物增殖物激活-受體因子γ輔助激活因子(PGC-1α)，導(dǎo)致抗氧化酶SOD和CAT上調(diào)[43]。AMPK/NADPH/蛋白激酶B(Akt)/eNOS信號通路受槲皮素調(diào)節(jié)，槲皮素是一種抗氧化劑，能激活SIRT1并抑制氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)誘導(dǎo)的內(nèi)皮氧化損傷[44]。類似于槲皮素，白藜蘆醇通過上調(diào)AMPK/SIRT1或CAMP-PRKAAMPK-SIRT1信號通路減弱血管內(nèi)皮炎癥和oxLDL誘導(dǎo)的損傷[45-47]。oxLDL抑制自噬流，通過oxLDL誘導(dǎo)的SIRT1依賴性溶酶體功能障礙機制[48-49]。

通過對內(nèi)皮祖細胞(EPCs)衰老和外膜成纖維細胞遷移的精細調(diào)控，SIRT1發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[50-51]。在EPCs中，煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(NAMPT)是NAD+生物合成途徑中的限速酶，通過磷脂酰肌醇3激酶/絲氨酸激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(PI3K/Akt/ERK)途徑上調(diào)SIRT1表達，從而減弱oxLDL誘導(dǎo)的衰老[51]。來自代謝綜合征受試者的外周血單核細胞中，高糖和棕櫚酸酯依賴性損害SIRT1，與NAMPT表達減少，之后細胞內(nèi)NAD+消耗和ROS產(chǎn)生增加有關(guān)[52]。

動脈粥樣硬化的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是由單核細胞衍生的巨噬細胞浸潤到內(nèi)皮下，通過清道夫受體凝集素樣oxLDL受體1(Lox-1)攝取oxLDL促進巨噬細胞中膽固醇的積累并形成泡沫細胞。SIRT1+/+ApoE-/-小鼠通過NF-κB信號傳導(dǎo)途徑顯示，巨噬細胞泡沫細胞形成減少和oxLDL攝取伴隨Lox-1表達降低[53]。銀杏內(nèi)酯B是一種血小板活化因子抑制劑，引發(fā)抗炎特性，通過NF-κB抑制并減少ICAM-1和MCP-1表達，在oxLDL刺激的人臍靜脈ECs觀察可見，SIRT1表達增加和Lox-1表達水平降低[54]。體內(nèi)血栓形成的Lox-1調(diào)節(jié)取決于oxLDL激活程度，Lox-1在低水平oxLDL激活保護性SIRT1通路，在高水平oxLDL中轉(zhuǎn)換為血栓形成性ERK1/2依賴性通路[55]。

4 SIRT1在心臟中的作用

SIRT1在維持心臟功能方面發(fā)揮不同作用，特別是防止氧化損傷、缺血再灌注損傷(I/R)和肥厚刺激。SIRT1認為與心力衰竭的發(fā)病機制和心臟電活動的調(diào)節(jié)密切相關(guān)[56-58]，已提出可能作為心肌梗死發(fā)生的預(yù)后工具。心臟中SIRT1負調(diào)節(jié)促凋亡蛋白Bax，并通過FOXO激活正調(diào)節(jié)抗凋亡蛋白(Bcl-xL)的表達。SIRT1通過特異性地控制心肌細胞p53的乙?；娃D(zhuǎn)錄活性而在心臟中發(fā)揮保護作用[59]。慢性1型糖尿病模型中，心臟SIRT1水平降低與心肌肌質(zhì)鈣ATP酶(SERCA2a)水平降低有關(guān)[60]。Prola等[61]報道，SIRT1通過與Lys-141(K141)和Lys-143(K143)殘基上的真核翻譯起始因子2α(eIF2α)的相互作用和去乙酰化保護心肌細胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激損傷。SIRT1作為Lin28a下游靶標抵抗心肌梗死損傷[62]；反之抑制SIRT1可誘導(dǎo)核破裂和半胱氨酸蛋白酶-3切割，SIRT1缺陷小鼠表現(xiàn)為心臟發(fā)育異常和產(chǎn)前致死率[63]。

4.1 氧化應(yīng)激和I/R SIRT1對不同心臟壓力反應(yīng)不同，在壓力超負荷、營養(yǎng)饑餓、運動和急性缺血預(yù)處理過程中，這種蛋白質(zhì)表達上調(diào)，而I/R損傷期間表達下調(diào)。SIRT1通過去乙酰化和激活PGC-1a和FOXO途徑活化CAT和MnSOD，從而保護心肌細胞免受氧化應(yīng)激介導(dǎo)的損傷[4，64]。

I/R后SIRT1在心臟中表達減少，SIRT1心臟特異性過表達通過上調(diào)MnSOD，硫氧還蛋白-1(Trx1)和Bcl-xL表達和下調(diào)促凋亡Bax表達，改善I/R后的功能恢復(fù)。白藜蘆醇對SIRT1的激活是通過增加ERK磷酸化和減少p38和JNK表達水平，從而減弱心臟I/R損傷[65]。SIRT1對心臟氧化應(yīng)激的反應(yīng)與濃度有關(guān)。小鼠心臟高水平SIRT1表達反之通過線粒體功能失調(diào)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。經(jīng)歷I/R的雄性Wistar-Kyoto大鼠心臟顯示，心肌細胞凋亡增加，半胱天冬酶3切割，SIRT1瞬時上調(diào)，F(xiàn)OXO1表達增加，與SIRT1啟動子區(qū)域的結(jié)合[66]。糖尿病小鼠研究顯示，白藜蘆醇通過SIRT1/FOXO1/Rab7通路增強自噬流改善心肌氧化應(yīng)激損傷[67]。

4.2 氧化應(yīng)激與心肌肥大 SIRT1能防止心臟肥大，盡管SIRT1根據(jù)與其他因素的相互作用和應(yīng)激嚴重程度顯示出相反的作用[68-69]。心臟壓力超負荷通過上調(diào)PPAR-a-SIRT1復(fù)合物，抑制雌激素相關(guān)受體(ERRs)轉(zhuǎn)錄途徑，誘導(dǎo)心臟肥大和心里衰竭。SIRT1依賴性Akt活化加劇心臟肥大。SIRT1介導(dǎo)Akt的pleckstrin同源性(PH)結(jié)構(gòu)域和其上游激酶PDK1的去乙酰化促進其與質(zhì)膜中的磷脂酰肌醇(3，4，5)三磷酸(PIP3)的相互作用，其中PDK1磷酸化并激活A(yù)kt，引起心臟肥大[70]。SIRT1缺陷型心臟在體育鍛煉和血管緊張素Ⅱ刺激下Akt激活減少和心臟肥大發(fā)展降低[70]。

5 小 結(jié)

血管老化和心血管疾病的細胞機制揭示SIRT1信號途徑，包括它們之間的可能聯(lián)系是這一領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)，同時對Sirtuins的氧化還原調(diào)節(jié)深入了解。應(yīng)特別注意SIRT1藥理調(diào)節(jié)劑應(yīng)用，注意潛在Sirtuins活化的慢性影響，不應(yīng)排除使用膳食抗氧化劑化合物和健康生活方式的干預(yù)措施，包括適度的體育鍛煉和卡路里限制，成為控制血管老化和心血管疾病的細胞氧化應(yīng)激狀況的重要工具。