SIRT1與類風濕關(guān)節(jié)炎的研究進展

柳 曉 綜述 徐 濤 審校

類風濕關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一種慢性全身性自身免疫性疾病，以對稱性、進行性多關(guān)節(jié)滑膜炎為主要特征，已經(jīng)成為一種世界性疾病。RA發(fā)病高峰在20～45歲，女性多發(fā)，我國的患病率約為0.003 5～0.004 5[1]。復雜的病理過程不僅減少患者的壽命，同時也對患者自身經(jīng)濟情況造成負擔。RA的主要病理改變是關(guān)節(jié)滑膜的慢性炎癥和增生，從而導致血管翳的形成，侵蝕關(guān)節(jié)軟骨、軟骨下骨、韌帶等，破壞關(guān)節(jié)軟骨、骨和關(guān)節(jié)囊，最終致使關(guān)節(jié)畸形和功能障礙。其過程中伴有多種關(guān)節(jié)外表現(xiàn)，如發(fā)熱、皮下結(jié)節(jié)和淋巴結(jié)腫大等，血清中也可出現(xiàn)多種自身抗體，病變呈持續(xù)、反復發(fā)作過程[2]。免疫因素、感染因素、遺傳因素以及環(huán)境因素等都是引起該病發(fā)生的關(guān)鍵因素。最近，有研究[3-4]已經(jīng)檢測到RA患者中沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silence information regulator 1，SIRT1)的異常表達。其中有研究[5]發(fā)現(xiàn)，SIRT1在RA患者成纖維樣滑膜細胞(fibroblast-like synovial cells，F(xiàn)LS)和滑膜組織中均高表達。FLS中SIRT1的過表達可以促進炎癥因子的釋放以及抑制FLS的凋亡。而另一方面，沉默F(xiàn)LS中SIRT1的表達，可以減輕FLS誘發(fā)的炎癥反應(yīng)以及增加FLS凋亡，充分說明SIRT1對RA存在影響和在RA治療中的潛力。本文總結(jié)了SIRT1在RA發(fā)生發(fā)展中對免疫細胞、滑膜細胞、骨組織等方面的具體作用機制，并對SIRT1作為治療靶點的潛在可行性進行探討。

1 Sirtuin家族和SIRT1

SIRT1屬于Sirtuin蛋白家族，存在于多種生物中。根據(jù)X線晶體衍射顯示，Sirtuin蛋白具有高度的保守性。第一種被發(fā)現(xiàn)的Sirtuin蛋白家族成員是沉默信息調(diào)節(jié)因子2蛋白(Sir2)，由于它存在于釀酒酵母細胞內(nèi)，Sirtuin也因此得名。哺乳動物中已經(jīng)有7種Sirtuin蛋白被鑒定出來。它們具有不同的定位和功能，SIRT1、SIRT6和SIRT7主要分布于細胞核，而SIRT2主要存在于細胞質(zhì)，其他三種SIRT3、SIRT4和SIRT5蛋白分布于線粒體。其中有表現(xiàn)出ADP核糖轉(zhuǎn)移酶活性，也有表現(xiàn)出NAD+依賴的去乙酰化酶活性，或二者兼有。在低等生物體中，Sirtuin蛋白具有調(diào)節(jié)壽命的作用。而在高等生物中，其參與的生命活動非常多樣：細胞應(yīng)激反應(yīng)，DNA損傷修復、調(diào)節(jié)基因表達、代謝和存活等，Sirtuin還被發(fā)現(xiàn)具有復雜的免疫調(diào)節(jié)作用，在自身免疫疾病中發(fā)揮重要作用[6]。

SIRT1是Sir2的哺乳動物同源體，屬于Ⅲ類組蛋白去乙?；?。它定位于細胞核中，但是可作用于細胞質(zhì)靶點。SIRT1和其他Sirtuin蛋白類似，其核心催化區(qū)同樣由275個氨基酸組成。此外，構(gòu)成人體SIRT1蛋白的500個氨基酸殘基中，去乙?；钚缘谋匦杌鶊F是第363位組氨酸。SIRT1可以去乙?；M蛋白H1第26位、H3第9位、H4第16位賴氨酸。同時，SIRT1也可通過去乙?；{(diào)節(jié)多種轉(zhuǎn)錄因子活性，如核蛋白SIRT1作用于FOXO1、FOXO3、PGC-1α、p53等。而在細胞質(zhì)主要調(diào)節(jié)核轉(zhuǎn)錄因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)、HIF1α、Notch等。正是通過這些作用，SIRT1具有調(diào)節(jié)DNA修復、細胞代謝、自噬、細胞周期和炎癥等多種生理功能。

表1 SIRT1的介紹及其在RA中的功能

2 SIRT1對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用

由于RA的發(fā)病機制過于復雜，其理論一直處于發(fā)展中，因此確切病因及發(fā)病機制尚未明確。但隨著對RA更深入的研究發(fā)現(xiàn)，在RA患者的滑膜組織和滑膜液中，出現(xiàn)巨噬細胞、T細胞等細胞免疫調(diào)節(jié)的異常，故目前多認為其是導致發(fā)病的關(guān)鍵因素。然而，近期文獻[7]報道SIRT1作用于免疫系統(tǒng)。胸腺、脾臟和淋巴結(jié)以及純化的輔助性T細胞(CD4+T細胞)中均能檢測到SIRT1出現(xiàn)高表達的現(xiàn)象，表明SIRT1影響T細胞增殖分化從而參與免疫反應(yīng)。

2.1 SIRT1與巨噬細胞巨噬細胞是固有免疫系統(tǒng)中最主要的免疫細胞，由外周血單核細胞分化而來，二者在RA的發(fā)病過程中起著關(guān)鍵性的作用。在炎癥反應(yīng)中，巨噬細胞主要作用是在RA滑膜里局部增生，被活化T細胞分泌的細胞因子激活，釋放大量促炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素6(interleukin-6，IL-6)、白介素1(interleukin-1，IL-1)等。其中TNF-α是目前研究最多且最為深入的細胞因子，也是RA發(fā)病機制中關(guān)鍵的促炎因子。TNF-α刺激軟骨細胞合成IL-6與白介素8(interleukin-8，IL-8)，進一步引起炎性反應(yīng)的發(fā)生，以致血管翳的形成及軟骨壞死。而血管翳是RA病變過程中的重要病理產(chǎn)物，并且是導致關(guān)節(jié)病變、骨和軟骨破壞的主要原因及病理基礎(chǔ)。此外，活化的巨噬細胞引起組織相容性復合體Ⅱ分子過度表達，分泌大量的細胞黏附分子、趨化因子、細胞因子、生長因子和蛋白酶等，而這些炎癥介質(zhì)共同參與到RA病理機制。

在ApoE 基因缺陷小鼠實驗中，用SIRT1激動劑干預(yù)其巨噬細胞，發(fā)現(xiàn)細胞間黏附分子及炎癥因子表達水平降低。在膠原誘導的大鼠關(guān)節(jié)炎模型中，SIRT1通過去乙酰化 p65 和 p300 降低NF-κB轉(zhuǎn)錄活性，抑制由NF-κB信號通路活化介導的炎癥因子的合成與分泌，減輕關(guān)節(jié)炎癥。驗證了SIRT1可通過抑制NF-κB信號通路來減輕巨噬細胞的促炎癥表型。不僅如此，SIRT1通過抑制激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)的轉(zhuǎn)錄活性和下游基因COX-2的表達，來調(diào)控由巨噬細胞介導的炎癥反應(yīng)。此外，在腹膜巨噬細胞中，過表達的SIRT1可以降低COX-2 mRNA 的表達水平，進而下調(diào)巨噬細胞分泌前列腺素E(PGE)，以此來增強抗炎以及對腫瘤的殺傷作用。并且，SIRT1抑制巨噬細胞中未折疊蛋白的產(chǎn)生，從而調(diào)控巨噬細胞活性。除此之外，Hah et al[8]發(fā)現(xiàn)SIRT1缺失的巨噬細胞增加了M1極化，增加了促炎細胞因子的產(chǎn)生，SIRT1轉(zhuǎn)基因小鼠巨噬細胞表現(xiàn)為M2表型巨噬細胞極化的增強和M1表型巨噬細胞極化的減弱，并且伴隨抗炎因子的增多與促炎因子的減少。因此，SIRT1可以通過調(diào)節(jié)M1/M2極化，從而抑制RA炎癥反應(yīng)，促進組織修復。

2.2 SIRT1與T細胞T細胞是RA滑膜組織中的主要炎性細胞。在RA的自身免疫反應(yīng)中，其機制主要是自身抗原被MHC Ⅱ型陽性的抗原呈遞細胞(APCs)傳遞給CD4+T細胞，從而啟動免疫性應(yīng)答。CD4+T細胞在不同的特異性轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下，分化為不同的細胞亞群，包括Th1、Th2、Th17和調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)等細胞。Th1細胞主要介導細胞免疫，在APCs活化后，主要分泌IFN-γ、IL-2、TNF-α和TNF-β。區(qū)別于Th1細胞，Th2細胞主要介導體液免疫，Th2和Treg細胞主要分泌抗炎細胞因子，并且Treg細胞在介導免疫穩(wěn)態(tài)、維持免疫耐受及控制疾病進展方面起重要作用。而相關(guān)的Th1細胞因子可以抑制初始T細胞分化為Th2細胞并同時抑制產(chǎn)生相關(guān)抗炎細胞因子，以至抗炎細胞因子相對缺乏而前炎癥因子過量，最終造成Th1/Th2細胞失衡。RA的發(fā)生被認為與這種失衡密切相關(guān)[9]。此外，分泌高水平IL-17的Th17細胞具有致炎、促血管新生導致血管翳形成、破壞骨和軟骨作用，從而導致RA的發(fā)生發(fā)展[10]。

體外實驗和動物實驗均顯示，在SIRT1被沉默之后，T細胞更容易被激活、分化成效應(yīng)T細胞。而多種AP-1和NF-κB靶基因也因過度活化的T細胞對AP-1和NF-κB轉(zhuǎn)錄的抑制作用減弱而均能檢測到上調(diào)。其中SIRT1主要是通過去乙?；痗-Jun來抑制AP-1信號通路，從而抑制T細胞活化和增殖，以及IL-2的產(chǎn)生。除了直接調(diào)節(jié)AP-1、NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子的活性之外，SIRT1也可以調(diào)節(jié)影響T 細胞增殖和功能的相關(guān)基因。如 SIRT1可以抑制T細胞活化所必須一種結(jié)合蛋白Bclf1的轉(zhuǎn)錄，控制過度增殖和異常活化的T細胞。同時，SIRT1可以抑制STAT3的激活從而調(diào)節(jié)CD4+T細胞分化。T細胞被IL-6、IL-21等細胞因子刺激后，STAT3也隨之被JAK-STAT信號通路激活并進行轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)CD4+T細胞向Th2或Th17細胞方向分化。此外，STAT3激活后，還能通過抑制小鼠叉頭框蛋白P3(FXOP3)來抑制CD4+T細胞的表達。并且IL-6刺激STAT3后可以上調(diào)趨化因子(如CCL5)，促進T細胞遷移到炎癥部位，表明STAT3與促炎癥T細胞表型相關(guān)。即SIRT1通過抑制STAT3調(diào)節(jié)CD4+T細胞分化。對于FXOP3，有研究[11]發(fā)現(xiàn)SIRT1能直接去乙?；疐XOP3或者通過去乙酰p65而促進FXOP3的去乙?；?，其結(jié)果是SIRT1通過降低p65和FXOP3乙酰化，減少FXOP3表達并降低其穩(wěn)定性，進而抑制T淋巴細胞分化。此外，相比活化的T細胞或幼稚的T細胞，SIRT1 mRNA及其蛋白在無反應(yīng)T細胞中的表達水平明顯升高，這表明SIRT1在維持T細胞耐受中具有潛在作用。因此，SIRT1可以通過多種途徑調(diào)節(jié)T細胞活化和增殖以及CD4+T細胞的分化，從而抑制RA炎癥反應(yīng)。

圖1 SIRT1在RA中的免疫調(diào)節(jié)作用

3 SIRT1對滑膜細胞的作用

滑膜細胞增生是RA一個重要的病理特點，它與新生微血管、炎性細胞及機化的纖維素共同構(gòu)成RA病程中具有侵襲性的滑膜血管翳，分泌多種蛋白酶降解周圍的骨質(zhì)與軟骨，直接破壞軟骨的結(jié)構(gòu)。人類正常滑膜組織襯里層的細胞分為兩種類型：巨噬細胞樣滑膜細胞(A型)和成纖維細胞樣滑膜細胞(B型，即FLS)。FLS是滑膜增生的主要細胞，并且具有腫瘤細胞樣侵襲和遷移能力，在RA病理狀態(tài)下呈現(xiàn)異常增殖和凋亡抑制狀態(tài)。FLS不僅參與軟骨的破壞，還分泌多種細胞因子、趨化因子以及血管生成因子，在RA滑膜病理過程中起著關(guān)鍵性作用[12-13]。因此，通過抑制滑膜細胞侵襲和遷移能力促進滑膜細胞凋亡，抑制滑膜細胞增殖與炎性因子釋放，可有效控制關(guān)節(jié)變形與滑膜炎癥，保護關(guān)節(jié)軟骨和骨，減緩RA病程進展。

最近，已經(jīng)檢測到RA患者FLS和滑膜組織中SIRT1的異常表達。其中發(fā)現(xiàn)SIRT1的激活劑白藜蘆醇(Res)能促進caspase-3活化，誘導FLS細胞凋亡。同時發(fā)現(xiàn)Res能降低FLS細胞中Akt磷酸化水平，抑制3-磷酸肌醇激酶/蛋白激酶B信號通路的活化，減少其下游磷酸化相關(guān)死亡促進因子Bad抗原(Bcl-xl/Bcl-2 associated death promoter，BAD)的表達，從而誘導FLS細胞發(fā)生凋亡。Engler et al[14]發(fā)現(xiàn)沉默SIRT1降低了FLS的增殖率與潛在的黏附性。沉默NF-κB p65基因抑制FLS的增殖，并誘導其凋亡。 而p53也被證明在RA滑膜中過表達，并有助于調(diào)節(jié)滑膜細胞的侵襲、凋亡和增殖, SIRT1可以去乙酰化NF-κB與p53并且抑制其下游基因[15]，因此這提示SIRT1可通過去乙酰化NF-κB p65與p53 來促進FLS凋亡，并抑制其增殖。在膠原誘導的大鼠關(guān)節(jié)炎模型中顯示，SIRT1是誘導滑膜纖維細胞中參與RA發(fā)病機制重要細胞因子人富含半胱氨酸蛋白61(cysteine-rich protein 61,Cyr61)的關(guān)鍵[16]。Cyr61可以直接調(diào)節(jié)細胞黏附和遷移過程，同時又可通過自分泌和旁分泌調(diào)節(jié)反饋回路的其他細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生。由于RA滑膜細胞似腫瘤樣增殖并異常分泌炎性因子導致軟骨破環(huán)，軟骨凋亡退變釋放的降解片段引起滑膜細胞的炎癥反應(yīng)。而SIRT1通過抑制滑膜NF-κB轉(zhuǎn)錄，從而抑制IL-1、TNF-α、IL-6等下游因子的轉(zhuǎn)錄水平，打破了這種滑膜-軟骨的惡性循環(huán)。除此之外，滑膜微血管增生是由于滑膜細胞缺氧誘導因子-1(HIF-1)的表達，從而促進一些炎癥細胞因子、促血管生成因子和基質(zhì)金屬蛋白酶產(chǎn)生，在RA進程中發(fā)揮重要作用。上調(diào)的SIRT1通過去乙?；疕IF-1使其失活，而HIF-1與促進血管生成因子VEGF基因啟動子區(qū)域的低氧反應(yīng)元素結(jié)合激活了低氧細胞中VEGF的轉(zhuǎn)錄，因此 SIRT1-HIF-1-VEGF 信號通路有效地減少了滑膜細胞的缺氧反應(yīng)，也從根本上抑制了滑膜血管因缺氧而過度增生。

4 SIRT1對骨組織的作用

RA患者晚期常常會出現(xiàn)多關(guān)節(jié)軟骨和骨的侵蝕性破壞，其中骨密度下降直至骨質(zhì)疏松是RA患者的常見臨床合并癥，并最終導致關(guān)節(jié)畸形和嚴重的功能障礙，甚至致殘。而導致RA患者骨折的主要原因正是全身性骨質(zhì)疏松。RA患者的骨質(zhì)疏松程度較健康對照人群顯著升高，并且炎癥活動與骨代謝相關(guān)聯(lián)RA患者骨密度明顯低于健康人群。使用SIRT1雜合缺失的雌性小鼠表現(xiàn)出明顯的骨密度下降。另一方面，Edwards et al[17]觀察發(fā)現(xiàn)，成骨細胞特異性SIRT1基因敲除小鼠減少成骨細胞分化，導致骨量下降，同時破骨細胞特異性SIRT1基因敲除小鼠激活NF-κB信號通路以促進破骨細胞分化至成熟，從而導致骨量下降。而抑制NF-κB信號通路則可以逆轉(zhuǎn)骨量的下降，說明SIRT1可以憑借抑制NF-κB信號通路維持正常骨骼的形成，同時在骨關(guān)節(jié)病的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。NF-κB受體活化因子(RANK)/NF-κB受體活化因子配體(RANKL)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)破骨細胞分化、成熟和凋亡最重要的信號通路。RANKL通過結(jié)合破骨細胞表面的RANK，進一步激活NF-κB、p38、JNK和ERK等信號通路，達到介導滑膜巨噬細胞向破骨細胞分化與成熟的目的，引起骨質(zhì)丟失[18]。而STAT3可以促進IL-6家族炎癥因子的釋放，同時誘導RANKL的表達，最終導致關(guān)節(jié)的破壞。然而，由于SIRT1在骨細胞中發(fā)揮重要作用，并且可以下調(diào)STAT3抑制糖異生的作用。因此SIRT1可以通過下調(diào)STAT3來減緩關(guān)節(jié)的破環(huán)。

除此之外，基質(zhì)金屬蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13,MMP-13)缺失的關(guān)節(jié)炎進展明顯減慢，而過表達的MMP-13不僅促進炎癥反應(yīng)，也直接破壞關(guān)節(jié)軟骨[19]。MMP是分解關(guān)節(jié)軟骨膠原的重要的軟骨膠原酶，而作為內(nèi)源性調(diào)控性抑制劑金屬蛋白酶組織抑制因子1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)抑制膠原的分解。與之類似的是，丁永利 等[20]發(fā)現(xiàn)過表達的SIRT1可以下調(diào)MMP-13 mRNA 的表達，上調(diào)TIMP-1 mRNA的表達，表明SIRT1通過調(diào)節(jié)MMP及TIMP的平衡，來降低軟骨受損程度和抑制軟骨的退化。由于一些細胞因子也參與軟骨細胞的修復與凋亡活動，如IL-1β和TNF-α 都可上調(diào)MMP基因mRNA表達，抑制軟骨基質(zhì)中糖蛋白和膠原合成，增強軟骨基質(zhì)降解，還可誘導產(chǎn)生一氧化氮，抑制蛋白聚糖及Ⅱ型膠原合成，誘導軟骨細胞凋亡，IL-6不僅通過自分泌形式影響軟骨和滑膜細胞的正常增殖，還可協(xié)同 IL-1 阻礙成纖維細胞膠原合成，抑制軟骨細胞的合成修復[21]。而大量的文獻[22]都表明活化的SIRT1通過去乙?；疦F-κB p65與p53，來抑制IL-1β、TNF-α、IL-6等細胞因子誘導的關(guān)節(jié)軟骨細胞的炎癥反應(yīng)與軟骨細胞的凋亡。

因此，SIRT1能通過調(diào)節(jié)骨組織中成骨細胞、破骨細胞以及軟骨細胞的分化、成熟與凋亡來抑制關(guān)節(jié)軟骨和骨的侵蝕性破壞，從而促進關(guān)節(jié)炎癥的恢復，抑制骨密度的下降，降低RA患者致殘率。

5 展望

研究發(fā)現(xiàn)，除RA之外，SIRT1還作用于其他免疫疾病。如系統(tǒng)性紅斑狼瘡中，SIRT1能發(fā)揮其促進或抑制的作用。國外研究[23]已經(jīng)證明SIRT1可以對其他自身免疫疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡中B細胞進行調(diào)節(jié)。也有研究[24]顯示調(diào)節(jié)性B細胞(regulatory B cells, Bregs)可能具有免疫調(diào)節(jié)，抑制RA進程的作用。在此基礎(chǔ)上，SIRT1和Bregs的聯(lián)系以及SIRT1與Bregs能否共同對RA進程進行抑制都值得進一步去研究。這些疑問都說明RA中SIRT1的治療潛力值得關(guān)注，并需要更多的研究來進一步說明SIRT1和RA之間的關(guān)系。

已有研究[25]表明競爭性IL-1受體拮抗劑(IL-1RA, ANAKYRA)能緩解RA引發(fā)的疼痛感。但由于其多效作用和使用劑量的不規(guī)范性，這些治療可能具有重大的副作用。最近Brunger et al[26]使用CRISPR/CAS9技術(shù)，對促炎性趨化因子Ccl2的起始密碼子基因位點進行靶向性IL-1和TNF-α拮抗劑的基因添加，構(gòu)建具有指定的炎性細胞因子抗性特征的多能干細胞，其以自動調(diào)節(jié)、反饋控制的方式拮抗IL-1或TNF-α介導的炎癥，從而減輕關(guān)節(jié)炎癥。由于SIRT1在RA發(fā)展中發(fā)揮重要作用，因此通過探索SIRT1的轉(zhuǎn)基因位點，并將SIRT1靶向性地添加，定制干細胞內(nèi)的固有細胞信號通路，為RA提供更安全和更有效的創(chuàng)新性治療途徑。

此外，近年來研究[27]顯示，RA的發(fā)病與患者腸道菌群生態(tài)失調(diào)有著密切聯(lián)系。并且發(fā)現(xiàn)RA患者糞便中雙歧桿菌和脆弱類桿菌與正常組相比，數(shù)量明顯偏低。Wellman et al[28]研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變是導致結(jié)腸炎癥的主要原因，并且表明了SIRT1通過直接調(diào)節(jié)乳酸桿菌來調(diào)節(jié)腸道微生物群的穩(wěn)態(tài)，進而改善腸道炎癥和對傳染性法氏囊病的易感性。因此通過SIRT1調(diào)節(jié)腸道微生物群的穩(wěn)態(tài)可以為RA患者提供一種新的治療或預(yù)防方法，但其具體機制仍需進一步研究。

6 結(jié)論

綜上所述，SIRT1緊密作用于RA中，SIRT1通過負向調(diào)控多條信號通路來減緩RA的發(fā)生發(fā)展過程，主要包括調(diào)控免疫細胞與免疫因子的活化與釋放，從而調(diào)控RA的免疫反應(yīng)；調(diào)控骨組織中成骨細胞、破骨細胞以及軟骨細胞的分化成熟與凋亡；抑制FLS的增生，減少血管翳的生成，從而減少致畸率。若SIRT1活性下降或缺失，則可以增加炎癥與自身免疫性疾病的發(fā)病概率。這些研究結(jié)果提示SIRT1可以作為治療RA的潛在靶點。