SIRT1在腦缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展

張佳秀 鄒玉安

1.河北北方學(xué)院研究生學(xué)院，張家口，075000，中國

2.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，張家口，075000，中國

缺血性腦卒中是目前我國成人因疾病導(dǎo)致生命受損的首要病因，最新全球疾病負(fù)擔(dān)研究（Global Burden of Disease Study，GBD）顯示，我國總體卒中終生發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)為39.9%，位居全球首位［1］。發(fā)生急性缺血性腦卒中時(shí)，中心壞死區(qū)缺血缺氧嚴(yán)重，很快出現(xiàn)腦細(xì)胞的死亡；而在缺血半暗帶區(qū)，仍然有側(cè)支循環(huán)存在，部分血液供應(yīng)可通過側(cè)支循環(huán)獲取，因此雖然神經(jīng)細(xì)胞受到損害，但是短時(shí)間內(nèi)尚能夠存活，表現(xiàn)為可逆性狀態(tài)［2］。因此臨床上改善缺血半暗帶區(qū)缺血、缺氧狀態(tài)，并使受損的神經(jīng)細(xì)胞功能恢復(fù)是治療腦梗死的關(guān)鍵［3］。沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator1，SIRT1）是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的去乙?；福瑸椴溉閯游颯irtuins 家族成員之一。研究表明，SIRT1 參與細(xì)胞周期調(diào)控、DNA 修復(fù)、凋亡和炎癥等大量生物學(xué)過程［4］。在這篇綜述中我們討論SIRT1 在急性缺血性腦卒中治療中的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。

1 腦缺血再灌注損傷的機(jī)制

急性缺血性腦卒中疾病的難治性不僅因?yàn)槿毖毖跻鸬脑l(fā)性腦組織損傷，應(yīng)用溶栓制劑恢復(fù)再灌注后會發(fā)生一系列“瀑布式”缺血級聯(lián)反應(yīng)加重腦組織損傷，即腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia reperfusion injury，CIRI）。腦組織是人體需氧量最高的器官，更容易發(fā)生缺血再灌注損傷。因此，尋找預(yù)防腦缺血再灌注損傷的方法對治療急性缺血性腦卒中具有重要意義。據(jù)研究表明，缺血再灌注損傷機(jī)制主要由自由基損傷、線粒體損傷、炎癥反應(yīng)、鈣離子超載等因素引起［5］。

1.1 自由基損傷

自由基是機(jī)體正常代謝產(chǎn)物，具有化學(xué)性質(zhì)活潑、氧化性強(qiáng)等特點(diǎn)［6］。當(dāng)自由基的產(chǎn)生和清除失去平衡，常常會對人體造成損害。腦組織中有大量的不飽和脂肪酸和高濃度的脂質(zhì)，抗氧化能力較弱，因此大腦更容易受到氧自由基的損傷［7］。特別是常見的兩種自由基：活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）。ROS 和RNS 在人腦中具有強(qiáng)烈的氧化或硝化作用，在腦缺血再灌注過程中，特別是缺血再灌注時(shí)，大量ROS 和RNS 的產(chǎn)生引起氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞死亡、DNA 損傷、蛋白質(zhì)功能障礙、脂質(zhì)過氧化［8］，從而加重腦組織損傷。

1.2 炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)伴隨CIRI 的整個過程，被認(rèn)為是CIRI發(fā)病過程中級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵部分［9-10］。腦缺血初期內(nèi)皮細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞被激活釋放大量炎性因子如白介素1（ilterleukin-1，IL-1）、白介素6（ilterleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞增加了黏附分子的表達(dá)，促進(jìn)了白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，激活了白細(xì)胞，使其穿透內(nèi)皮細(xì)胞屏障進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，浸潤的白細(xì)胞在缺血損傷中進(jìn)一步釋放炎癥介質(zhì)，使缺血損傷加重［11］。再灌注時(shí)激活的內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放大量生物活性物質(zhì)如ROS 引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)進(jìn)一步加重腦組織的損傷。

1.3 鈣離子超載

血栓形成后腦組織缺血缺氧無氧代謝增強(qiáng)使細(xì)胞內(nèi)H+濃度升高，pH 值降低，細(xì)胞膜內(nèi)外H+濃度差激活Na+-H+交換體引起Na+內(nèi)流。此外，缺血缺氧導(dǎo)致細(xì)胞膜表面ATP 酶活性降低，鈉泵失活，細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高。細(xì)胞膜內(nèi)外Na+濃度梯度增大可激活Na+-Ca2+交換蛋白（Na+/Ca2+exchanger，NCX），并且細(xì)胞內(nèi)高H+也可間接激活NCX，NCX 是另一種Ca2+處理蛋白，可雙向進(jìn)行離子交換，在“正向模式”下，交換器擠出Ca2+以交換Na+內(nèi)流，而在“反向模式”下進(jìn)行相反的離子位移［12］。因此，激活Na+-Ca2+交換蛋白“反向模式”可引起Ca2+內(nèi)流增加導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載。此外，腦缺血再灌注時(shí)產(chǎn)生的一些自由基等有毒物質(zhì)，這些自由基作用于細(xì)胞膜表面膜磷脂引起膜脂質(zhì)過氧化，增加細(xì)胞膜對Ca2+的通透性，細(xì)胞外Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增高［13］。

1.4 線粒體自噬

自噬是一個將一部分胞質(zhì)、變性的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器包裹形成自噬體，并與溶酶體結(jié)合形成自噬溶酶體，降解包裹其中的物質(zhì)，使之重新回收利用的過程［14］。近年來，對于線粒體自噬在CIRI 中的研究越來越多。李媛等［15］在大鼠腦缺血再灌注模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)給予線粒體自噬激活劑雷帕霉素可明顯減少梗死體積，神經(jīng)細(xì)胞凋亡程度降低，自噬體數(shù)量增多，自噬相關(guān)蛋白beclin-1 和LC3Ⅱ表達(dá)量均增加；而給予自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）大鼠的腦梗死體積則增大，神經(jīng)細(xì)胞凋亡壞死增多，自噬體數(shù)量減少，自噬相關(guān)蛋白beclin-1 和 LC3-Ⅱ表達(dá)量降低。此外，有研究表明再灌注前給予3-MA 抑制自噬起到神經(jīng)保護(hù)的作用，而再灌注后給予3-MA 會加重腦損傷［16］。有學(xué)者認(rèn)為線粒體自噬是一把雙刃劍，即適當(dāng)?shù)木€粒體自噬有助于保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，而線粒體自噬失調(diào)或過度可能是有害的［17］。

2 SIRT1

Sirtuin有7個哺乳動物同源物（SIRT1-7），而SIRT1 是最早發(fā)現(xiàn)也是目前研究最多的一種。SIRT1首先于1999 年在人體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)，該基因定位于人類染色體10q21.3，基因組序列長度（在69 644 427～69 678 147）約為33.72 kb，無剪接變異，具有高度保守性。cDNA 序列包含長約2.4 kb 的開放閱讀框（open reading frame，ORF），9 個外顯子，編碼747 個氨基酸，翻譯后蛋白質(zhì)相對分子量約81.7 kDa［18］。SIRT1 廣泛作用于多種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，如蛋白53（protein 53，p53）、叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子（forkhead-box transcription factor，F(xiàn)OXO）、解耦聯(lián)蛋白（uncoupling protein 2，UCP2）、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子1α（α subunit of peroxisome proliferators-activated receptor-γcoactivator-1，PGC-1α）、核因子κB（nuclear factor-Kappa B，NF-κB）等［19-21］。SIRT1 與不同底物相互作用發(fā)揮不同的生物學(xué)功能，而在腦缺血再灌注損傷中相關(guān)生物學(xué)功能如下（Fig.1）。研究表明各器官組織對缺血/缺氧的易感性可能是由衰老機(jī)制介導(dǎo)的，而SIRT1 作為一種抗衰老蛋白可能通過活化延緩衰老過程參與缺血/缺氧過程［22］。在SIRT1 缺陷小鼠中，缺血再灌注損傷時(shí)表現(xiàn)為炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡的水平增加［23］。實(shí)驗(yàn)證明白藜蘆醇通過激活SIRT1 信號通路抑制或逆轉(zhuǎn)腦缺血再灌注神經(jīng)損傷的發(fā)生［24］。因此可以推斷SIRT1 在腦缺血再灌注損傷中具有神經(jīng)保護(hù)作用。

Fig.1 The related biological functions of SIRT1 in cerebral ischemia reperfusion injury

3 與保護(hù)腦缺血再灌注損傷相關(guān)的SIRT1 信號通路

3.1 SIRT1/NF-κB 信號通路

NF-κB 家族轉(zhuǎn)錄因子幾乎存在于所有的動物細(xì)胞中，主要調(diào)控免疫和炎癥過程應(yīng)對損傷和感染［25］。腦缺血再灌注損傷后可以使 NF-κB 信號通路激活，促進(jìn)多種炎癥因子的大量表達(dá)，如TNF-α、IL-6，而 TNF-α、IL-6 的大量產(chǎn)生又可以進(jìn)一步激活更多NF-κB 的表達(dá)，進(jìn)一步加重腦組織的損傷［26］。因此激活SIRT1 信號通路抑制NF-κB 轉(zhuǎn)錄活性和促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表達(dá)能減少腦缺血再灌注損傷［27］。

3.2 SIRT1/FOXO 信號通路

FOXO 家族是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子，促進(jìn)細(xì)胞抗氧化防御［28］。SIRT1 可以激活其下游靶點(diǎn)FOXO1，并表現(xiàn)出抗凋亡和抗氧化的作用［22］。SIRT1還可以通過組蛋白修飾的表觀遺傳機(jī)制和FOXO 作用的翻譯后機(jī)制調(diào)節(jié)自噬［29］。SIRT1 激活劑白藜蘆醇可激活SIRT1/FOXO1 信號通路降低炎癥因子TNF-α、IL-1β釋放和抗凋亡因子Bcl-2 的表達(dá)改善大鼠腦缺血再灌注損傷［30］。

3.3 SIRT1/PGC-1α信號通路

PGC-1α是線粒體相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄輔激活因子，參與線粒體生物合成及功能的調(diào)節(jié)。線粒體結(jié)構(gòu)或功能損傷會引起細(xì)胞凋亡，因此SIRT1 可以通過調(diào)節(jié)PGC-1α的乙?；絹碚{(diào)節(jié)線粒體的功能狀態(tài)，間接控制細(xì)胞凋亡［31］。PGC-1α可直接抑制相關(guān)凋亡蛋白的活性阻斷細(xì)胞凋亡的過程。有研究表明上調(diào)SIRT1、PGC-1α的表達(dá)能減輕局灶性腦缺血再灌注損傷程度，保護(hù)神經(jīng)元［32］。

3.4 SIRT1/P53 信號通路

P53 是一種重要的抑癌基因，在促進(jìn)細(xì)胞凋亡過程中起重要的調(diào)控作用，P53 通過上調(diào)凋亡蛋白Bax和（或）下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞凋亡，SIRT1 激活可以下調(diào)P53 的信號通路，從而下調(diào)促炎、促凋亡基因的表達(dá)［22］。因此激活SIRT1，下調(diào)P53 及其下游Bax 的表達(dá)能改善腦缺血再灌注損傷大鼠神經(jīng)功能缺損癥狀［33］。

4 總結(jié)與展望

缺血性腦卒中是腦血管疾病的常見病因，目前的治療方案是靜脈溶栓。但是靜脈溶栓的時(shí)間窗非常短暫，導(dǎo)致大多數(shù)患者不能得到及時(shí)的治療，而且溶栓恢復(fù)血供后還會引起再灌注損傷加重神經(jīng)元損傷。因此，急需尋找有效治療缺血性腦卒中的藥物。SIRT1 通過乙?；c不同的底物相互作用介導(dǎo)多種信號通路發(fā)揮不同的生物學(xué)功能，對CIRI 具有保護(hù)作用。然而在腦缺血再灌注損傷中的作用機(jī)制尚不明確，需要進(jìn)一步研究證實(shí)，為發(fā)現(xiàn)有效治療缺血性腦卒中提供思路。