針灸調(diào)節(jié)阿爾茨海默病患者線粒體SIRT3機(jī)制初探*

屈紅艷，邢文文，李 璐，張兆星，趙麗娟，李 倩，史曉燕，吳 濤，艾 霞，劉 奇

陜西中醫(yī)藥大學(xué)(咸陽(yáng) 712046)

阿爾茨海默病是由德國(guó)精神科醫(yī)師Alois Alzheimer首次提出的一種神經(jīng)退行性疾病，又稱為老年性癡呆(Alzheimer’s disease，AD)。數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)達(dá)國(guó)家65歲以上人群中，AD的發(fā)病率約為13%，已成為威脅健康的第五殺手。截止2015年，全球共有約4680萬(wàn)老年性癡呆患者，相關(guān)醫(yī)療支出高達(dá)8180億美元[1-2]，據(jù)世界衛(wèi)生組織估算，到2050年全球的AD患者將接近1.14億[3]，將會(huì)給患者的家庭及社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)壓力及社會(huì)負(fù)擔(dān)。神經(jīng)退行性疾病多數(shù)病理性表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的漸進(jìn)性喪失及功能障礙，臨床癥狀包括運(yùn)動(dòng)功能障礙伴有認(rèn)知功能減退[1]。除了阿爾茨海默病之外，還常見(jiàn)肌萎縮側(cè)索硬化癥，帕金森病，亨廷頓病等病。其中阿爾茨海默病起病較隱匿、呈進(jìn)行性發(fā)展、具有年齡相關(guān)性，會(huì)嚴(yán)重影響到老年人的生活質(zhì)量。

1 AD與線粒體能量代謝

AD特征性地表現(xiàn)為淀粉樣蛋白前體所產(chǎn)生的β淀粉樣蛋白(Aβ)在腦實(shí)質(zhì)中和血管壁處沉積、神經(jīng)纖維發(fā)生纏結(jié)及其學(xué)習(xí)和記憶功能的相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)元喪失[4]，即出現(xiàn)認(rèn)知功能的下降，記憶能力損害和癡呆。AD的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，到目前為止仍不完全清楚，學(xué)者認(rèn)為，氧化應(yīng)激和炎癥損傷等所致的錯(cuò)誤折疊蛋白積聚，能量代謝異常、線粒體結(jié)構(gòu)損傷等原因均參與了AD發(fā)生發(fā)展的重要過(guò)程。

線粒體(Mitochondrion)是一種被兩層膜所包繞的細(xì)胞器，存在于大多數(shù)細(xì)胞中，其中進(jìn)行的細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化和三磷酸腺苷(ATP)的合成，能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供大約95%的能量。因此，線粒體被稱作“Power house”。其直徑約為0.5～10μm。雖然擁有自身的遺傳物質(zhì)和遺傳體系，卻因基因組大小有限，因此線粒體是一種半自主細(xì)胞器。線粒體也是產(chǎn)生活性氧、超氧化物等的重要場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)證明，AD模型大鼠神經(jīng)元線粒體的平均體積增大、表面積卻減小，表明神經(jīng)元線粒體出現(xiàn)了腫脹；而線粒體數(shù)目的密度減低則意味著其線粒體的數(shù)目變少了[5]。此外，近些年有研究發(fā)現(xiàn)SIRT3能夠降低由活性氧所介導(dǎo)的線粒體DNA的損傷。

研究表明，能量代謝在老年癡呆等神經(jīng)退行性疾病的病理變化過(guò)程中起到重要的作用。線粒體作為糖類、脂肪及氨基酸最終氧化釋放能量的部位，是真核生物進(jìn)行氧化代謝的重要場(chǎng)所。線粒體內(nèi)主要進(jìn)行的是最終氧化的共同途徑三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化過(guò)程。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完成的糖酵解和在線立體基質(zhì)中完成的三羧酸循環(huán)還會(huì)產(chǎn)生還原性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等高能分子，而氧化磷酸化這一步驟的作用即為利用這些物質(zhì)還原氧氣而釋放能量并且合成ATP。線粒體功能障礙及氧化應(yīng)激是AD病理過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。臨床上對(duì)該病多采取綜合治療，包括膽堿酯酶抑制劑、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)藥、抗自由基藥及促智藥等。但這些藥物只能起到緩解癥狀的作用，無(wú)法阻止病程的發(fā)展，因?yàn)橥黄饾⒆?、神?jīng)元死亡和網(wǎng)絡(luò)破壞是引起AD功能障礙的主要原因[6]。

2 SIRT3與AD 線粒體能量代謝

作為NAD+依賴性去乙?；?，Sirtuins指的是一類具有高度保守性的蛋白質(zhì)家族，由細(xì)菌到人類均有廣泛分布。迄今為止，Sirtuins家族共發(fā)現(xiàn)有沉默信息調(diào)節(jié)因子1-7(Silent information regulator 1-7，SIRT1-7)七個(gè)成員，都是最初在酵母中發(fā)現(xiàn)的SIRT2的同源蛋白[7]。此后，組蛋白的乙酰化及去乙?；芯块_(kāi)始備受關(guān)注。在人類7種Sirtuin蛋白中，SIRT1,SIRT6和SIRT7主要定位在細(xì)胞核內(nèi)，而SIRT2則大部分位于細(xì)胞質(zhì)中。在線粒體中發(fā)現(xiàn)的主要有SIRT3，SIRT4和SIRT5。SIRT3對(duì)人類衰老具有重要的遺傳控制作用。Lombard研究小組在敲除了小鼠模型中的SIRT3,SIRT4和SIRT5后,發(fā)現(xiàn)只有SIRT3敲除小鼠的線粒體內(nèi)蛋白質(zhì)出現(xiàn)高度乙?；?，說(shuō)明SIRT3是一種廣泛作用于線粒體內(nèi)蛋白質(zhì)主要的去乙酰化酶[8]。

近年來(lái)，去乙?；窼irtuin-3(Sirt3)被學(xué)者發(fā)現(xiàn)具有依賴于NAD的組蛋白去乙酰化酶活性，對(duì)乙?；木€粒體蛋白具有脫乙?；?yīng)。SIRT3指煙酰胺腺嘌呤二核苷酸所依賴的去乙酰化酶3(NAD-dependent protein deacetylase Sirtuin-3，SIRT3)是去乙酰化酶家族的成員之一，稱為沉默信息調(diào)節(jié)因子3[9]。它是哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在的一類高度保守的、NAD依賴的組蛋白去乙酰化酶，能在一定程度上調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活、增值、代謝、死亡和衰老，以及器官的長(zhǎng)壽[10]。由于在機(jī)體的衰老及能量代謝過(guò)程中SIRT3的關(guān)鍵作用，它與神經(jīng)退行性病變之間的相關(guān)性受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛青睞，使他們進(jìn)一步關(guān)注其神經(jīng)保護(hù)的機(jī)制是否為調(diào)控SIRT3的活動(dòng)或者增加其表達(dá)，進(jìn)一步縮短神經(jīng)退行性疾病的康復(fù)進(jìn)程。

目前，關(guān)于SIRT3的細(xì)胞定位還沒(méi)有定論，但很多研究者認(rèn)為SIRT3在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中都有表達(dá)，在細(xì)胞處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞核內(nèi)SIRT3能遷徙至線粒體內(nèi)[11]。不同于SIRT1與SIRT2，SIRT3多數(shù)位于細(xì)胞線粒體內(nèi)。在細(xì)胞的代謝、產(chǎn)生ATP和活性氧以及細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路中，線粒體的作用尤其關(guān)鍵[12]。所以，SIRT3也許會(huì)在調(diào)節(jié)線粒體的穩(wěn)態(tài)方面具特別重要的意義。如SIRT3能通過(guò)去乙?；嚓P(guān)底物來(lái)調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)能量代謝的平衡。

能量代謝在AD等神經(jīng)退行性疾病的病理變化中作用關(guān)鍵，保護(hù)線粒體、改善能量代謝已成為病理機(jī)制研究和新藥開(kāi)發(fā)的新切入點(diǎn)。近年來(lái)進(jìn)行的流行病學(xué)調(diào)查表明，攝入的能量減低可對(duì)與年齡相關(guān)的某些神經(jīng)退行性疾病(例如AD)具有一定的保護(hù)作用[13]。研究表明，SIRT3是線粒體內(nèi)的主要去組蛋白乙?；?，其參與了糖、脂肪酸、氨基酸等代謝途徑中關(guān)鍵酶的乙?；^(guò)程，可保護(hù)線粒體，調(diào)節(jié)能量代謝延緩衰老。作為機(jī)體非組蛋白乙酰化的重要調(diào)節(jié)因子，Sirtuins除了具有去乙?；富钚院虯DP核糖基化活性以外，還有去琥珀?；腿ケ；让富钚訹14]。細(xì)胞中NAD+和NADH的含量多少還會(huì)影響其酶活性的發(fā)揮，相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)NAD+的含量增高時(shí)，能夠激活Sirtuins蛋白酶的活性，而如果NADH含量增高，Sirtuins蛋白酶的活性則會(huì)被抑制[15]。

SIRT3生物學(xué)作用包括減少活性氧生成，改善線粒體功能等，因而在AD的相關(guān)研究中愈發(fā)重要。有相關(guān)研究結(jié)果表明，采用藥物對(duì)線粒體的電子傳遞鏈進(jìn)行干預(yù)可以導(dǎo)致線粒體功能障礙的發(fā)生及細(xì)胞中活性氧的含量增加，從而引起海馬神經(jīng)元中SIRT3的表達(dá)上升，進(jìn)一步達(dá)到延長(zhǎng)細(xì)胞壽命的目的。AD細(xì)胞模型建立后，活性氧能夠調(diào)節(jié)SIRT3的表達(dá)。SIRT3調(diào)控線粒體功能也抑制線粒體相關(guān)的生物學(xué)進(jìn)程。有文獻(xiàn)研究表明，熱量控制(俗稱“節(jié)食”)能夠延緩動(dòng)物衰老的進(jìn)程，延長(zhǎng)其壽命，其作用機(jī)制或許即為激活了一種去乙?；窼IRT3的原因[16]。

3 針灸對(duì)線粒體形態(tài)、功能及數(shù)目等的影響

目前，線粒體作為細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)，與不同的藥物之間發(fā)生廣泛而復(fù)雜的反應(yīng)。如Wallace教授提出了中醫(yī)可以通過(guò)中藥的藥性來(lái)調(diào)節(jié)人體內(nèi)線粒體能量以治愈疾病。各種針灸臨床和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，針灸治療對(duì)老年癡呆、帕金森、腦老化等神經(jīng)退行性疾病的治療優(yōu)勢(shì)明顯。其對(duì)線粒體的保護(hù)效應(yīng)與中藥相類似，都會(huì)影響線粒體的形態(tài)與功能，在研究針灸治療不完全性截癱家兔損傷脊髓神經(jīng)元內(nèi)線粒體影響的動(dòng)態(tài)研究說(shuō)明，模型復(fù)制成功后6h針灸即可對(duì)線粒體的腫脹有一定的緩解作用，來(lái)對(duì)抗繼發(fā)性的損傷；在損傷7日后針灸組中線粒體的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于模型組；15日后針灸組線粒體的形態(tài)恢復(fù)至正常。表明針灸可以減輕損傷脊髓神經(jīng)元內(nèi)線粒體的腫脹變性，維持線粒體的有效功能面積和有效數(shù)目，促進(jìn)線粒體內(nèi)的能量代謝和神經(jīng)元的恢復(fù)，對(duì)抗繼發(fā)性損傷，縮短修復(fù)時(shí)間[17]。羅磊[18]等對(duì)Wistar大鼠海馬神經(jīng)元線粒體中的Aβ-結(jié)合性乙醇脫氫酶蛋白(AβAD)和細(xì)胞色素氫化酶(COX)Ⅳ進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)針灸療法能夠使AβAD水平有效下調(diào)，COXⅣ活性提高，表明針灸療法可通過(guò)提高COXⅣ活性和抑制AβAD的過(guò)度表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)線粒體的能量代謝，進(jìn)一步防治AD?，F(xiàn)有的研究表明，針刺可以有效地保護(hù)線粒體能量代謝，減少氧化應(yīng)激損傷，對(duì)能量代謝相關(guān)酶的活性具有一定的調(diào)節(jié)作用，而組蛋白去乙?；窼IRT3在線粒體抗氧化應(yīng)激、調(diào)控能量代謝中作用重大。尋找SIRT3作用的底物和SIRT3作用激動(dòng)劑，將有利于我們深入理解在神經(jīng)退行性疾病和人類長(zhǎng)壽中SIRT3的重要作用[9]。

4 小 結(jié)

就目前來(lái)看，人們對(duì)于SIRT3的功能及其在線粒體能量代謝中的作用方面，人們還缺乏全面的了解。今后我們要進(jìn)行的各種研究，應(yīng)該主要集中在揭示SIRT3在神經(jīng)退行性疾病中保護(hù)作用的分子機(jī)制方面，以期為SIRT3作為AD的治療靶點(diǎn)提供更充分的依據(jù)?？偠灾?，隨著我國(guó)人口老齡化的不斷發(fā)展，具有整體調(diào)節(jié)作用的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)針灸，可有效防治AD，提高生存質(zhì)量，進(jìn)一步減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)，將成為神經(jīng)退行性疾病的優(yōu)勢(shì)療法。因此，從SIRT3介導(dǎo)的線粒體保護(hù)機(jī)制入手，探索針刺治療改善線粒體的能量代謝，是探討AD防治可能機(jī)制的一個(gè)有效途徑。