沉默調(diào)節(jié)蛋白4在肝臟疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

謝 黎， 張寧萍， 吳 健,

1 復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 病原生物學(xué)系， 上海 200032； 2 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院 消化科，上海 200032； 3 上海市肝病研究所， 上海 200032

沉默調(diào)節(jié)蛋白(Sirtuin, SIRT)家族是一高度保守的組蛋白去乙?；割?，依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)，由7個家族成員(SIRT 1～7)組成，多數(shù)兼具去乙?；富钚院虯DP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性。該家族酶調(diào)節(jié)一系列生物過程，包括轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期、應(yīng)激、代謝、衰老、凋亡及基因組穩(wěn)定等。SIRT-4主要定位于線粒體，廣泛存在于胰臟、睪丸、腎臟、肝臟和肌肉等組織。除了具有去乙酰基酶和ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性外，SIRT-4還發(fā)揮依賴NAD+蛋白脂酰胺酶和脫酰酶活性。因其功能多樣，在某特定組織和細(xì)胞由其作用底物不同而發(fā)揮不一樣的酶活性。

線粒體代謝異常和氧化應(yīng)激是誘導(dǎo)肝臟損傷的主要病理機(jī)制。線粒體作為細(xì)胞代謝中樞參與體內(nèi)多個重要生化過程，包括三羧酸循環(huán)、脂肪酸β-氧化和氧化磷酸化，對維持機(jī)體正常代謝起關(guān)鍵作用。線粒體蛋白多數(shù)需經(jīng)不同程度的翻譯后修飾來維持其正常功能。而SIRT-4通過改變底物的翻譯后修飾調(diào)節(jié)線粒體蛋白功能，影響機(jī)體代謝。

1 SIRT-4結(jié)構(gòu)

SIRT家族具有相似的分子結(jié)構(gòu)：由275個氨基酸組成的保守催化核心及特異性的N端和C端結(jié)構(gòu)域，后者有助于發(fā)揮調(diào)控作用及細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)定位。其催化核心由兩個高度保守、大小不等的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，其中大結(jié)構(gòu)域主要呈現(xiàn)Rossmann折疊，小結(jié)構(gòu)域含一個鋅指結(jié)構(gòu)，后者對催化位點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。大小結(jié)構(gòu)域通過4個連接環(huán)組合在一起，構(gòu)成NAD+分子與乙?；嚢彼釟埢Y(jié)合區(qū)，催化賴氨酸殘基去乙?；磻?yīng)[1]。而在SIRT-4中，該催化核心沒有C端結(jié)構(gòu)域，只有約28個殘基的N端延伸，作為線粒體定位序列[2]?？傊琒IRT-4催化核心二級結(jié)構(gòu)高度保守，推測其為α-螺旋，具有促進(jìn)戊二?；?、甲基戊二?；⒘u甲基戊二?；?、3-甲基戊二?；然鶊F(tuán)的賴氨酸去修飾作用，影響亮氨酸代謝[3](圖1)。

圖1SIRT-4結(jié)構(gòu)示意圖[4]

2 SIRT-4的酶活性

SIRT-4位于線粒體內(nèi)，最初認(rèn)為它是作用于谷氨酸脫氫酶(GDH)的ADP -核糖轉(zhuǎn)移酶[5-6]。然而，因其酶活性較弱受到質(zhì)疑，可能不具有生理學(xué)意義[7]。隨后發(fā)現(xiàn)SIRT-4具有去乙?；富钚?，其底物為丙二酰輔酶A脫羧酶(MCD)、 過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)α、線粒體功能蛋白-α亞基(MTP-α)、腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)運蛋白2(ANT2)、依賴AMP蛋白激酶(AMPK)等[8]。但有研究[9-10]表明，SIRT-4對二羧基、?；揎棢o去酰化作用，不能有效地去除長鏈?；揎梉9,11]。此外，SIRT-4可以作用于二硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙?；?DLAT)，發(fā)揮脂酰胺酶活性[12]。SIRT-4還具有脫酰酶活性，作用于甲基巴豆酰輔酶A羧化酶復(fù)合物 (MCCC)，控制亮氨酸代謝和胰島素分泌[3]。總之，SIRT-4存在多種酶活性，參與體內(nèi)多個代謝調(diào)節(jié)，但主要的酶功能尚無定論。

3 SIRT-4與肝臟疾病的關(guān)系

3.1 SIRT-4與病毒性肝炎 HBV是世界范圍內(nèi)一個主要的公共衛(wèi)生問題，特別是在我國，雖然HBV的感染率下降，但目前仍有約10%的成年人慢性感染HBV，導(dǎo)致肝癌和其他嚴(yán)重肝病的風(fēng)險較高。現(xiàn)有資料[13]顯示，包括SIRT-4在內(nèi)的全部SIRT家族成員均對HBV轉(zhuǎn)錄具有正向調(diào)節(jié)作用，但SIRT-4在病毒性肝炎發(fā)展過程中的相關(guān)研究較少，其具體機(jī)制和直接證據(jù)匱乏，值得深入探討。

3.2 SIRT-4與非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)

NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，其主要病理特征表現(xiàn)為肝細(xì)胞脂肪變性及脂肪堆積，而脂質(zhì)代謝紊亂是NAFLD進(jìn)展的關(guān)鍵。線粒體異常是非酒精性脂肪性肝炎肝細(xì)胞病變的特征之一[14]。由于SIRT-4對胰島素及脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)、線粒體能量代謝等具有重要意義，同時SIRT-4在NAFLD肝組織中表達(dá)異常增加[15-16]，而其他SIRT家族成員，SIRT-1、3、5、6的蛋白及mRNA表達(dá)水平明顯減少[16]，故推測SIRT-4可能影響NAFLD進(jìn)展。

3.2.1 SIRT-4通過調(diào)節(jié)胰島素分泌影響NAFLD發(fā)展 NAFLD患者常伴發(fā)胰島素抵抗[17]。反之，胰島素抵抗加重脂質(zhì)代謝紊亂，繼而參與NAFLD發(fā)生。GDH是調(diào)節(jié)胰島素分泌的關(guān)鍵酶。SIRT-4作為ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶作用于GDH，降低其活性，抑制谷氨酰胺代謝，影響線粒體ATP的產(chǎn)生，最終抑制胰島β細(xì)胞分泌胰島素。而SIRT-4敲低后，由葡萄糖和氨基酸刺激胰島素分泌的效應(yīng)會增加[5]。另有研究[3]證明，SIRT-4通過調(diào)節(jié)亮氨酸代謝影響胰島素分泌，引起糖耐量和胰島素抵抗。亮氨酸氧化促進(jìn)SIRT-4對MCCC的脫酰酶活性，抑制胰島素分泌；相反，抑制亮氨酸氧化可以變構(gòu)激活GDH，谷氨酰胺合成增加，刺激胰島素分泌。研究[3]證實，SIRT-4敲除小鼠7個月即可形成胰島素抵抗。此外，SIRT-4還可作用于胰島素降解酶、ADP/ATP載體蛋白(ANT2/ANT3)等，調(diào)節(jié)胰島素分泌[6]。因此，SIRT-4通過調(diào)節(jié)不同組織的代謝影響胰島素敏感性。SIRT-4缺失引起的胰島素抵抗會加速脂質(zhì)降解，大量游離脂肪酸進(jìn)入肝臟線粒體進(jìn)行β氧化，導(dǎo)致線粒體內(nèi)氧化應(yīng)激，不能處理過多的脂肪酸，從而造成其在肝細(xì)胞內(nèi)堆積，加重肝細(xì)胞損傷，促進(jìn)NAFLD發(fā)展。

3.2.2 SIRT-4通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)影響NAFLD發(fā)展 脂質(zhì)代謝紊亂是NAFLD發(fā)生及進(jìn)展的重要特征。β氧化是脂肪酸分解代謝的主導(dǎo)過程。線粒體MTP-α具有烯酰輔酶A水合酶及L-3-羥基?；?輔酶A脫氫酶活性，分別介導(dǎo)β氧化的第二、三步反應(yīng)。研究[18]發(fā)現(xiàn)，SIRT-4可使MTP-α去乙?；Щ?，脂肪酸氧化減少，促進(jìn)NAFLD進(jìn)展。相反，高脂高糖喂食SIRT-4敲除小鼠肝臟脂肪變性比野生鼠減輕。另有研究[8]證實，SIRT-4使MCD去乙?；Щ睿龠M(jìn)丙二酰輔酶A的表達(dá)，抑制肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1，從而促進(jìn)脂質(zhì)合成，抑制脂肪酸氧化。在肝臟，SIRT-4還影響PPARα的表達(dá)，后者影響參與脂肪酸分解代謝相關(guān)下游基因的表達(dá)[19]。此外，SIRT-4作為脂酰胺酶調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物活性，其底物是E2組分DLAT，SIRT-4通過介導(dǎo)DLAT脂?；胶捅崦摎涿富钚哉{(diào)節(jié)脂肪酸氧化[12]。因此，SIRT-4通過抑制脂肪酸氧化，促進(jìn)脂質(zhì)合成影響脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)NAFLD進(jìn)展。

3.3 SIRT-4與肝纖維化 肝纖維化是對各種慢性損傷的修復(fù)應(yīng)答，其主要病理過程為細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在肝臟內(nèi)過多沉積。肝星狀細(xì)胞(HSC)在肝纖維化形成過程中居核心地位，促使ECM合成增加與降解減少，導(dǎo)致纖維結(jié)締組織肝內(nèi)過度沉積而形成不同程度的纖維化，甚至進(jìn)展為肝硬化。研究[15]發(fā)現(xiàn)，在紫外線β或γ射線照射后，真皮組織成纖維細(xì)胞內(nèi)SIRT-4表達(dá)增加，提示SIRT-4參與皮膚結(jié)締組織沉著過程?；钚匝踝杂苫?ROS)可直接激活HSC，促進(jìn)ECM合成，而脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物亦可促進(jìn)HSC合成膠原，在肝纖維化形成過程中起重要作用。錳超氧歧化酶(MnSOD)可以保護(hù)細(xì)胞免受過氧化損傷，MnSOD催化超氧自由基產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)，H2O2隨后被過氧化氫酶轉(zhuǎn)化為H2O，以避免過多ROS在線粒體中積累。SIRT-4通過抑制MnSOD與SIRT-3結(jié)合，增加MnSOD乙?；剑档推浠钚?，導(dǎo)致ROS累積[14]。此外，SIRT-4可作用于線粒體融合調(diào)控蛋白影響線粒體膜電位，促使線粒體ROS的產(chǎn)生[20]。因此，SIRT-4可經(jīng)不同途徑增加ROS，進(jìn)而激活HSC，促進(jìn)ECM合成和肝纖維化發(fā)展。但目前相關(guān)研究較少，其具體機(jī)制和直接證據(jù)匱乏。

3.4 SIRT-4與肝細(xì)胞癌(HCC) HCC是消化系統(tǒng)最常見的實體惡性腫瘤之一，侵襲性強，死亡率高。很多研究證實SIRT家族與HCC密切相關(guān)。其中，SIRT-1和SIRT-2在HCC中表達(dá)水平尚存在爭議[21-23]，SIRT-3下調(diào)與SIRT-5上調(diào)提示HCC患者的臨床預(yù)后較差[24-25]，SIRT-6高表達(dá)可能影響HCC轉(zhuǎn)移[26]。HCC細(xì)胞通過糖酵解來維持代謝和生長。SIRT-4作為調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)翻譯后修飾酶，調(diào)節(jié)谷氨酰胺和脂肪酸代謝，影響HCC糖脂代謝。研究[27]發(fā)現(xiàn)，人HCC組織中SIRT-4表達(dá)降低，其機(jī)制為組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶SET8與Kruppel樣因子4結(jié)合并失活，抑制其下游SIRT-4表達(dá)，影響丙酮酸脫氫酶復(fù)合物活性，葡萄糖代謝從線粒體氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒猓龠M(jìn)HCC的生長。相反地，SIRT-4高表達(dá)不僅可以抑制糖酵解關(guān)鍵基因的表達(dá)導(dǎo)致糖酵解受損，還可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移[27]。此外，SIRT-4通過抑制谷氨酰胺代謝，增加ADP/ AMP水平，影響肝激酶B1介導(dǎo)的AMPK-α磷酸化，阻斷mTOR信號傳導(dǎo)途徑，阻止HCC的進(jìn)展[28]?？傊?，SIRT-4對HCC發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥等環(huán)節(jié)還缺乏系統(tǒng)研究。

4 結(jié)語

肝臟中線粒體數(shù)量眾多，SIRT-4蛋白定位于線粒體，通過去乙?；浮DP-核糖轉(zhuǎn)移酶、依賴NAD+蛋白脂酰胺酶和脫酰酶等多種酶活性參與肝臟的多種代謝功能。因此與多種肝臟疾病相關(guān)，在不同疾病類型中SIRT家族成員蛋白表達(dá)水平也存在差異(表1)。因其催化功能的多樣性，在不同組織及細(xì)胞中的功能不盡相同。表2總結(jié)了SIRT-4在不同組織中的分布及作用。SIRT-4還與其他多種代謝性疾病關(guān)系密切，如2型糖尿病[34]、小細(xì)胞肺癌、胃癌、乳腺癌和白血病等惡性腫瘤[35]。癲癇、創(chuàng)傷性腦損傷和肌萎縮側(cè)索硬化等神經(jīng)疾病也與SIRT-4有關(guān)[36]。但SIRT-4與肝臟或其他系統(tǒng)疾病研究尚在起步階段，需要深入探討SIRT-4在疾病發(fā)生和進(jìn)展中的具體作用機(jī)制，以期尋找新的疾病干預(yù)靶點。

表1 肝臟疾病中SIRT家族成員蛋白表達(dá)變化

注：“-”表示暫無相關(guān)研究。

表2 SIRT-4的組織分布與基本功能

注：PGC-1α，過氧化物酶體增殖激活受體共激活因子1α。