Sirt1治療后發(fā)性白內(nèi)障的研究進展△

畢雪 李軒

sirtuins是第3類組蛋白去乙?；?histone deacetylases,HDACs)，以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenie dinucleotide,NAD+)為輔助因子，催化組蛋白乙酰賴氨酸殘基的去乙?；?。除脫乙酰酶活性外，sirtuins還具有ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性[1]。沉默信息調(diào)節(jié)劑2(silence information regulator 2,Sir2)最早在酵母中描述，是在sirtuin家族中發(fā)現(xiàn)的第1個基因[2]。到目前為止，已經(jīng)確定了7個Sir2同系物，存在于原核生物和真核生物中，這些同系物被指定為Sirt1至Sirt7[3]。本文綜述了Sirt1生物學作用主要路徑的前沿研究和調(diào)節(jié)Sirt1相關(guān)信號轉(zhuǎn)導和下游效應可能在治療后發(fā)性白內(nèi)障方面具有潛在的應用價值。

1 Sirt1的生物學結(jié)構(gòu)及功能

Sirtuins家族共享的同一個保守的催化核心，是由一個羅斯曼褶皺組成的大區(qū)域構(gòu)成[4]。Sirt1是研究最多的人類亞型，它含有747個氨基酸，具有擴展的N-和c-末端，非常靈活和無結(jié)構(gòu)，這使得它能夠提供更多的活性調(diào)節(jié)位點(如翻譯后修飾、與蛋白質(zhì)和配體的相互作用)[4]。Sirt1維持染色質(zhì)沉默狀態(tài)和基因組穩(wěn)定性[5]，與各種生理和病理過程以及條件有關(guān)。Sirt1在限制卡路里的抗衰老作用[6]、限制熱量對神經(jīng)退行性疾病的保護作用[7]、增強大鼠海馬神經(jīng)元干細胞增殖狀態(tài)[8]以及參與保護細胞氧化應激和DNA損傷方面發(fā)揮了顯著作用[9]。

2 Sirt1在眼球的分布

Sirtuins的細胞定位、活性和功能不同，可分為4類(Ⅰ～Ⅳ)[3]，Sirt1屬于Ⅰa類。Sirt1蛋白定位于細胞核和細胞質(zhì)中[10]，很大一部分是與常染色質(zhì)相關(guān)的。Jaliffa等[11]通過免疫組織化學染色和Western blot分析檢測Sirt1在成年小鼠眼中的分布，發(fā)現(xiàn)Sirt1定位于包括角膜、晶狀體、虹膜、睫狀體和視網(wǎng)膜在內(nèi)的所有正常眼結(jié)構(gòu)的細胞核和細胞質(zhì)中[11]。在人眼中，Sirt1在老年性白內(nèi)障患者晶狀體上皮[12]及視網(wǎng)膜[13]中有表達。對于健康人角膜上皮，Alves等[14]報道，有50%的人表現(xiàn)出Sirt1的陰性表達，30%的人角膜上皮呈弱表達，20%的人角膜標本被認為具有明顯的免疫陽性反應。

3 Sirt1生物學作用的主要路徑

Sirt1具有多種生理功能，在病理環(huán)境中具有廣泛的作用。這是由于其上游有眾多聯(lián)系緊密的microRNA進行調(diào)控，以下僅總結(jié)了microRNA與晶狀體上皮細胞(lens epithelial cell,LEC)相關(guān)的一些研究。此外，Sirt1下游有大量的靶標，其中包含許多在細胞生存和重要代謝方面起關(guān)鍵作用的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子。

3.1 microRNA與Sirt1

3.1.1 microRNA-34a與Sirt1microRNA-34a(miR-34a)是miR-34 家族成員之一，miR-34a 的編碼基因位于1p36.2，在多種腫瘤組織中呈低水平表達[15]，促進miR-34a 的表達可使多種腫瘤細胞發(fā)生凋亡[16]，miR-34a 可通過調(diào)控心肌細胞凋亡和纖維化，參與心室重塑和修復，提示miR-34a參與細胞凋亡和衰老過程。Sirt1 已被大量研究證實是miR-34a 的靶作用基因之一。

Lamoke等[17]研究發(fā)現(xiàn)，與成年和衰老大鼠相比，糖尿病大鼠中miR-34a的視網(wǎng)膜水平顯著升高，從而抑制了Sirt1表達，其脫乙酰酶活性的喪失導致轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的持續(xù)乙酰化/活化以及隨后的促炎基因的表達。Li 等[18]首次發(fā)現(xiàn)氧化應激增加了miR-34a的表達；miR-34a的過表達抑制了Sirt1的表達，提示miR-34a誘導LEC凋亡的途徑之一是抑制Sirt1的表達，Sirt1在LEC中的表達降低可能是其發(fā)生年齡相關(guān)性白內(nèi)障(age-related cataract,ARC)的危險因素之一。季青山等[19]研究發(fā)現(xiàn)Sirt1在晶狀體增齡過程中起重要保護作用，Sirt1表達水平同miR-34a 表達呈負相關(guān)，miR-34a/Sirt1 可以通過調(diào)控p53 的去乙?；壤鴧⑴c白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展。

3.1.2 miR-211與Sirt1miR-211屬于一組在人玻璃體中高表達的特異性miRNA[20]。Lu 等[21]發(fā)現(xiàn)miR-211在老年性白內(nèi)障患者晶狀體前囊中的表達顯著增加，Sirt1表達水平顯著下降。miR-211與Sirt1表達呈顯著負相關(guān)，miR-211可以根據(jù)熒光素酶系統(tǒng)與Sirt1特異結(jié)合[22]，Sirt1是miR-211的直接靶點。miR-211通過Sirt1的表達誘導LEC凋亡，提示miR-211可能在白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用[21-22]。

3.1.3 miR-204與Sirt1miR-204在哺乳動物眼部表達豐富且分布廣泛，高表達于角膜上皮細胞、睫狀體、晶狀體以及視網(wǎng)膜色素上皮細胞。miR-204通過靶向作用于Sirt1基因調(diào)控細胞凋亡、增殖、遷移等過程，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展與轉(zhuǎn)歸[23]。Kubo等[24]利用芯片研究進一步證實，白內(nèi)障大鼠與正常大鼠的晶狀體相比，100種microRNA的表達具有顯著性差異，而其中miR-204為上調(diào)最為明顯的4種microRNA之一。解曉丹等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在人晶狀體上皮細胞系SRAO1/04的體外凋亡模型中，miR-204的表達量顯著高于正常對照組細胞。同時發(fā)現(xiàn)Sirt1基因的表達水平與miR-204呈顯著負相關(guān)。結(jié)果表明，miR-204極有可能通過Sirt1基因調(diào)控人LEC SRAO1/04的凋亡過程。

3.2 Sirt1與相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子

3.2.1 Sirt1與p53p53是通過眾多細胞凋亡來保護基因組完整性的真正的腫瘤抑制因子，參與多種生物學功能[26]。Sirt1通過拮抗p53乙酰化作用，抑制DNA損傷后細胞的死亡[27]。Carloni等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧缺血新生鼠模型中，褪黑素通過增加Sirt1的表達和活性、增加p53的表達和減少其乙?；约白允杉せ?，使BAX向線粒體的易位減少和保存細胞色素C的線粒體表達，從而使內(nèi)在凋亡早期階段的激活減少。Xu等[29]發(fā)現(xiàn)隨著Sirt1表達的增加，p53在糖尿病性白內(nèi)障(diabetic cataract,DC)晶狀體中的表達較對照組增加，Sirt1的上調(diào)既抑制了p53的轉(zhuǎn)錄活性，又抑制了p53依賴的凋亡。

3.2.2 Sirt1與FOXO家族哺乳動物的叉頭轉(zhuǎn)錄因子O(the forkhead box class O,FOXO)家族有4個成員：FOXO1、FOXO3a、FOXO4和FOXO6。這些蛋白質(zhì)具有高度的進化保守性，尤其是在叉頭DNA結(jié)合區(qū)[30]。FOXO1過表達在G0/G1期明顯抑制膠質(zhì)母細胞瘤細胞株(LN18和T98G) 細胞增殖，抑制細胞周期[31]，降低Sirt1的表達，可導致FOXO3a的表達和乙?；黾覽32]，Sirt1去乙酰化FOXOs，導致細胞凋亡和自噬加強或抑制[33]。此外，在某些條件下，sirtuins和FOXO轉(zhuǎn)錄因子可能存在協(xié)同作用，提高神經(jīng)細胞的存活率[33]。FOXO蛋白結(jié)合Sirt1通路可能具有保護抵御β淀粉樣蛋白(amyloid protein β,Aβ)的毒性作用[34]，而且FOXO3a依賴于Sirt1來減輕Aβ引起的線粒體氧化應激和細胞損傷[35]。

3.2.3 Sirt1與NF-κB通過進化，天然免疫和能量代謝的調(diào)節(jié)通過共同的信號機制緊密聯(lián)系在一起，NF-κB信號系統(tǒng)是免疫防御的主要介質(zhì)，是負責上調(diào)控制細胞存活的基因產(chǎn)物，而Sirt1則是能量代謝和細胞存活的重要調(diào)節(jié)因子。Sirt1基因的啟動子序列包含了許多與NF-κB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的位點[36]。Sirt1與NF-κB的RelA/p65亞基發(fā)生物理作用，通過在賴氨酸310處去乙酰化RelA/p65來抑制轉(zhuǎn)錄[37]。Sirt1對炎癥的影響取決于Sirt1的水平，早期低水平Sirt1通過增加NF-κB復合物rela/p65活性，引起急性炎癥相關(guān)的自身毒性；晚期炎癥時Sirt1的長時間增加可引起免疫抑制并增加病死率[38]。

3.2.4 Sirt1與AMP活化蛋白激酶Sirt1和AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是在細胞進化過程中共存的易感分子，在調(diào)節(jié)能量代謝和炎癥方面有密切的互擾，因為它們可以相互促進對方的活動[39]。Sirt1過表達降低了肝激酶(liver kinase B1,LKB1)的賴氨酸乙?；瑫r增加了其活性、細胞質(zhì)/核比以及與LKB1激活物STRAD的關(guān)聯(lián)，增加了AMPK和乙酰輔酶α羧化酶磷酸化，相反，RNA干擾介導的Sirt1敲低降低了AMPK和另一個LKB1靶點MARK1的磷酸化[40]，AMPK促進Sirt1活性所需的NAD的合成[41]。

3.2.5 Sirt1與PGC-1α調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator1α,PGC-1α)是Sirt/AMPK信號通路的重要下游靶點，可誘導線粒體生物發(fā)生，從而促進氧化代謝[42]。Sirt1可以去乙?；疨GC-1α，其隨后可以激活或抑制多種轉(zhuǎn)錄因子的反式激活[42]。Sirt1去乙?；腜GC-1α可以作為PPARα復合物中的共激活劑，控制多個代謝基因的表達[43]。

4 Sirt1與PCO的可能關(guān)聯(lián)

PCO是由白內(nèi)障手術(shù)引起的組織損傷導致的炎癥反應，從而引起的一種纖維化狀態(tài)，并伴隨著對植入人工晶狀體的異物反應[44]。PCO反應是LECs增殖、遷移和轉(zhuǎn)分化的結(jié)果，這些細胞通常位于晶狀體前囊內(nèi)側(cè)的單層，白內(nèi)障手術(shù)后仍留在囊袋中[45]。LECs的增殖率在手術(shù)后3～4 d最高，且與年齡有關(guān)[46]。其機制可能與炎癥反應引起的細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)成分和生長因子的變化有關(guān)[47]。第二個過程是LECs向后囊的遷移，可能是細胞黏附分子參與細胞-細胞和細胞-ECM接觸的形成和破壞所致[48]。此外，在PCO形成過程中，LECs發(fā)生了跨分化，赤道的LECs可分化為類似于正常晶體纖維的細胞[48]，后囊前側(cè)的LECs可轉(zhuǎn)分化為肌成纖維細胞，導致PCO[49]。

上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transformation,EMT)是上皮細胞轉(zhuǎn)分化為間充質(zhì)細胞的過程。這一過程可由炎癥反應引起[50]。受損的眼組織釋放趨化因子，吸引免疫系統(tǒng)的細胞，以去除受損的組織并促進隨后的組織修復。臨床上，其特點是前房存在細胞和耀斑[51]。傷口愈合反應會影響LECs的增殖、遷移和分化，從而導致PCO。PCO與術(shù)后炎癥的確切機制尚未完全清楚，但炎癥與EMT之間的關(guān)系已在其他組織中描述過[50]。EMT活躍于各種過程，如形態(tài)發(fā)生、器官發(fā)生(通過干細胞)、穩(wěn)態(tài)(組織再生、炎癥和傷口愈合)以及疾病(如器官纖維化和癌癥)[52]。

4.1 Sirt1與LECs的相關(guān)研究Sirt1在LECs中的表達隨著年齡增長而降低，但是相較于無白內(nèi)障人群，白內(nèi)障患者的Sirt1在LECs中的表達是升高的[53]。Kondo等[54]發(fā)現(xiàn)Sirt1的房水水平與ARC的進展呈正相關(guān)。p53通路的活化在ARC時降低，提示p53可能是因為Sirt1的表達升高而受到抑制，而FOXO通路被激活，表明Sirt1可能在ARC的形成中起保護作用[53]。

金尚麗等[55]研究中各組LECs中Sirt1的基因及蛋白均有表達，外傷性白內(nèi)障(traumatic cataract,TC)患者LECs中Sirtl mRNA及蛋白相對表達量均高于年齡相關(guān)和糖尿病白內(nèi)障患者，且DC患者LECs中表達最低，與TC組差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。這可能與患者的年齡具有一定的相關(guān)性，TC組患者年齡相對年輕，而ARC組患者的年齡較大，隨著年齡增加，Sirtl mRNA和蛋白水平下降[56]。而DC組患者不但是因為年齡增加，而且血糖升高進一步下調(diào)LECs中Sirt l的基因及蛋白的表達；因此年齡和血糖升高均可能是影響LECs中Sirt l基因及蛋白下調(diào)的因素，促進LECs細胞凋亡的誘因[55]。

4.2 Sirt1與EMT的相關(guān)研究目前，對Sirt1與EMT的研究多在腫瘤等相關(guān)疾病中展開。Sun等[57]報告了Sirt1通過自噬促進E-cadherin降解，并促進黑色素瘤轉(zhuǎn)移，從而誘導EMT。Li等[58]報道Sirt1高表達慢病毒載體可誘導Sirt1的過度表達，從而保護非小細胞肺癌細胞免受骨橋蛋白(osteopontin,OPN)誘導的NF-κB p65乙?；虴MT相關(guān)標記和細胞形態(tài)的改變。由于OPN通過激活NF-κB信號而誘導非小細胞肺癌細胞EMT，OPN誘導的Sirt1下調(diào)可能通過NF-κB信號在非小細胞肺癌細胞EMT中發(fā)揮重要作用。由此，推測Sirt1在PCO發(fā)生過程中對于EMT的作用也是有存在的可能。

5 總結(jié)

本文綜述了Sirt1生物學作用的主要路徑以及Sirt1在后發(fā)性白內(nèi)障治療中的前景。許多動物研究表明，Sirt1在ARC及DC中的重要作用。然而，目前國內(nèi)外的研究中尚未有Sirt1對PCO發(fā)生發(fā)展的體內(nèi)、外相關(guān)研究。PCO是導致白內(nèi)障患者術(shù)后視力下降最常見的并發(fā)癥，其中成人的發(fā)病率為12%～67%，而兒童的發(fā)病率接近100%[59]。因此若能尋找新型的作用靶點對PCO進行防治，臨床前景將一片光明。