SIRT1調(diào)控卵泡發(fā)育、延緩卵巢衰老的研究進(jìn)展

向恬 馬瑞紅 王寶娟 夏天 李南南

SIRT1是酵母長壽基因沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator，Sir2)的哺乳動物同源體，其編碼蛋白發(fā)揮去乙?；饔?，需要依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。SIRT1是SIRT家族成員之一，廣泛存在于各種體細(xì)胞與生殖細(xì)胞中，參與細(xì)胞增殖、分化、代謝、凋亡等多種生理過程。近年來，研究發(fā)現(xiàn)SIRT1所介導(dǎo)的一些信號通路在卵泡發(fā)育及延緩卵巢衰老方面發(fā)揮著重要作用。

一、SIRT1的結(jié)構(gòu)與功能

SIRT1位于10號染色體，基因全長約33 kb。SIRT1蛋白由747個氨基酸殘基構(gòu)成，Rossmann折疊形成的大結(jié)構(gòu)域和鋅指構(gòu)件與螺旋結(jié)構(gòu)形成的小結(jié)構(gòu)域一起組成NAD+的結(jié)合位點(diǎn)[1]。SIRT1屬于SIRT家族，SIRT家族有7個成員，分別為SIRT1～SIRT7,分布在不同的亞細(xì)胞區(qū)，在進(jìn)化過程中具有高度保守的結(jié)構(gòu)[2]。

近年來的研究發(fā)現(xiàn),SIRT1可通過對組蛋白、相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、信號傳導(dǎo)分子中特定的賴氨酸殘基進(jìn)行修飾，發(fā)揮其調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用，從而調(diào)控細(xì)胞能量代謝、自噬凋亡、抗氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)等過程。

SIRT1可通過調(diào)節(jié)葡萄糖、脂肪及胰島素水平來調(diào)控能量代謝。SIRT1可去乙酰化過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1α，PGC-1α)，誘導(dǎo)依賴SIRT1的糖異生基因的表達(dá)，同時抑制糖酵解基因表達(dá)的活性，增強(qiáng)肝臟的糖異生作用[3]；SIRT1可綁定過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPAR-γ)，抑制其目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄,來減少脂肪的儲存[4]；SIRT1還可直接作用于胰島細(xì)胞，通過抑制解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)的表達(dá)來促進(jìn)胰島素的分泌，進(jìn)而促進(jìn)葡萄糖的吸收和利用[5]。Mousavi等[6]在對1 514名肥胖患者的28項隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1激動劑白藜蘆醇能顯著降低肥胖患者的體重、體重指數(shù)以及腰圍。Zhao等[7]在對363名2型糖尿病患者的10項隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1激動劑白藜蘆醇能改善2型糖尿病患者甘油三酯水平。

SIRT1可通過調(diào)控叉頭轉(zhuǎn)錄因子(forkhead box-containing protain O,FoxO)干預(yù)細(xì)胞凋亡過程。SIRT1對細(xì)胞凋亡既有抑制作用也有促進(jìn)作用。有研究者[8]認(rèn)為，SIRT1可通過對腫瘤相關(guān)蛋白53(tumor associated protein 53,p53)的去乙酰化作用，抑制p53活性，抑制細(xì)胞凋亡。然而，SIRT1也被證實(shí)通過去乙?；艘蜃?κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)家族之一的RelA/p65,可抑制其轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)促進(jìn)細(xì)胞凋亡的活性[9]。這種雙重調(diào)控作用，可能與SIRT1在細(xì)胞中所處位置有關(guān)。Jin等[10]研究發(fā)現(xiàn)，定位于細(xì)胞核的SIRT1主要通過去乙?；痯53、DNA修復(fù)因子Ku70以及FoxO家族蛋白等來抑制細(xì)胞凋亡；而位于細(xì)胞質(zhì)中的SIRT1主要通過Caspase途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

二、SIRT1調(diào)控卵泡發(fā)育、延緩卵巢衰老的作用

原始生殖細(xì)胞[11](primordial germ cells，PGCs)從卵黃囊遷移至尿生殖嵴定植后，通過有絲分裂進(jìn)行增殖并進(jìn)入專門的減數(shù)分裂細(xì)胞周期，完成同源染色體聯(lián)會后停滯于減數(shù)第一次分裂前期，這些靜息于減數(shù)分裂前期的卵母細(xì)胞被稱為原始卵母細(xì)胞，它們與緊密環(huán)繞其周圍的體細(xì)胞(例如顆粒細(xì)胞)一起構(gòu)成原始卵泡。而原始卵泡是女性基本的生殖單位，也是卵細(xì)胞儲存的唯一形式。青春期前，原始卵母細(xì)胞一直處于第一次減數(shù)分裂前期，青春期開始后，在性激素的刺激下，一批原始卵泡被激活，但最后只有一枚優(yōu)勢卵泡完成排卵。因此，目前認(rèn)為任何可能影響原始卵泡數(shù)及過度消耗卵泡的因素都將對卵巢的壽命產(chǎn)生不良后果。

在人類族群中，SIRT1廣泛存在于卵巢組織中，在顆粒細(xì)胞、卵母細(xì)胞、卵泡膜細(xì)胞和黃體中均有表達(dá)[12]。

1.SIRT1可通過熱量限制過程調(diào)控卵泡發(fā)育及卵巢衰老：熱量限制(calorie restriction，CR)是唯一一種非基因干預(yù)，能延緩與年齡相關(guān)的生理退化方式，還能延長雌性小鼠的生育年齡[13]。Luo等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在中等CR水平下，可能通過激活SIRT1信號通路，抑制大鼠原始卵泡的激活，從而維持卵泡儲備，延緩卵巢衰老。在CR條件下，SIRT1及其家族SIRT6表達(dá)水平均有增加，共同參與了CR介導(dǎo)的調(diào)控卵泡發(fā)育的過程。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在CR條件下，大鼠卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a和核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1，NRF1)蛋白的表達(dá)水平上調(diào)，而FoxO3a在卵泡發(fā)育的最初階段起到抑制卵泡激活的作用[16]。Liu等[13]推測CR可能通過激活SIRT1-FoxO3a-NRF1-SIRT6信號通路，來抑制p53等SIRT1靶分子的活性，抑制卵泡發(fā)育和卵泡過度丟失，從而延長雌性小鼠卵巢的壽命；Liu通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，CR和SIRT1激動劑SRT1720均可上調(diào)卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a，NRF1蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步提示了SIRT1信號通路可能在卵泡發(fā)育和延緩卵巢衰老過程中起關(guān)鍵性作用。此外，Cheng等[17]發(fā)現(xiàn)未攜帶SIRT1等位基因小鼠出生后幸存下來的很少。Bordone 等[18]將SIRT1 cDNA移植到小鼠中，這種轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)出類似CR表型，小鼠壽命延長，但卵巢中卵泡發(fā)育受到抑制，性成熟延遲。這些均提示SIRT1參與了抑制卵巢中卵泡發(fā)育和成熟的過程。

2.SIRT1可通過影響細(xì)胞自噬調(diào)控卵泡發(fā)育過程：細(xì)胞自噬是真核細(xì)胞利用溶酶體對細(xì)胞內(nèi)受損的大分子蛋白或細(xì)胞器進(jìn)行降解的一種程序化過程，以維持細(xì)胞內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)[19]。Sun等[20]在研究自噬在原始卵泡池建立過程中的作用時發(fā)現(xiàn)，自噬可在原始卵泡池建立時抑制生殖細(xì)胞過度丟失。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1抑制劑可抑制細(xì)胞的自噬過程，F(xiàn)oxO1和FoxO3參與細(xì)胞自噬[21]，其過程需要SIRT1的去乙?；饔?。微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ)是自噬啟動子[22]，F(xiàn)oxO1與FoxO3去乙?；罂娠@著增加LC3Ⅱ的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞自噬[23]。SIRT1還可直接通過與自噬基因ATGs5、ATGs7、ATGs8形成復(fù)合物促進(jìn)細(xì)胞自噬[24]。由此可以推斷，SIRT1可能通過調(diào)控細(xì)胞自噬影響卵泡發(fā)育。

3.SIRT1抑制氧化應(yīng)激延緩卵母細(xì)胞衰老：氧化應(yīng)激即活性氧(ROS)的產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)的平衡被破壞，可進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[25]。氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡是卵泡發(fā)育過程中卵泡閉鎖、凋亡的主要途徑。Zhang等[26]對MⅡ期卵母細(xì)胞使用SIRT1抑制劑煙酰胺后，發(fā)現(xiàn)ROS表達(dá)增加，卵母細(xì)胞紡錘體缺陷率增加、線粒體分布紊亂；而將MⅡ期卵母細(xì)胞暴露于抗氧化劑咖啡因和SIRT1激動劑白藜蘆醇中時，相較于未干預(yù)的MⅡ期卵母細(xì)胞，以上兩組MⅡ期卵母細(xì)胞的SIRT1 mRNA表達(dá)水平下降被延遲，卵母細(xì)胞衰老進(jìn)程被延緩。綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SIRT1可能通過減少ROS的產(chǎn)生，發(fā)揮潛在保護(hù)作用，防止卵母細(xì)胞老化。Ding等[27]在研究人類脂肪來源的干細(xì)胞(human adipose-derived stem cells，hADSCs)對卵巢自然衰老的影響時發(fā)現(xiàn)，hADSCs可通過分泌肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic Fibroblast growth factor，bFGF)來延緩卵巢衰老。實(shí)驗(yàn)中生長因子(HGF和bFGF)聯(lián)合處理可提高SIRT1和FoxO1的表達(dá)，下調(diào)FoxO1乙?；剑瑥亩种芌OS的產(chǎn)生，說明SIRT1-FoxO1通路可能是抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵調(diào)控途徑。

此外，SIRT1可通過介導(dǎo)褪黑素的作用，抑制氧化應(yīng)激，改善卵母細(xì)胞衰老狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)證明，添加褪黑素可在很大程度上改善老化的卵母細(xì)胞質(zhì)量。研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充褪黑素能顯著上調(diào)SIRT1和抗氧化酶MnSOD的表達(dá)，但當(dāng)使用SIRT1抑制劑EX527后，褪黑素對改善卵母細(xì)胞衰老的作用消失，而當(dāng)使用SIRT1激活劑SRT1720對卵母細(xì)胞進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，排卵后的卵母細(xì)胞衰老過程明顯延緩。由此可以推斷褪黑素通過SIRT1信號通路抑制氧化應(yīng)激,延緩排卵后卵母細(xì)胞的衰老過程[28]。

4.SIRT1抑制顆粒細(xì)胞凋亡調(diào)控卵泡發(fā)育：卵泡閉鎖的潛在機(jī)制之一就是顆粒細(xì)胞凋亡[29]。Cinco等[30]在研究小鼠卵巢在體外培養(yǎng)條件下排卵前卵泡的代謝特點(diǎn)時發(fā)現(xiàn)，卵丘細(xì)胞和顆粒細(xì)胞主要產(chǎn)生煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)，而卵母細(xì)胞卻主要消耗NADH。通過卵泡代謝可側(cè)面反映出卵泡發(fā)育受到顆粒細(xì)胞功能的影響。顆粒細(xì)胞凋亡是由線粒體機(jī)制介導(dǎo)的，Han等[12]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與卵巢低反應(yīng)(poor ovarian response，POR)患者相比，正常女性和多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)患者的顆粒細(xì)胞中的凋亡抑制因子B細(xì)胞淋巴瘤-2(b-cell lymphoma-2，Bcl-2)和p-細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶1/2(p-Extracellular signal-regulated kinase 1/2，p-ERK1/2)的量升高，使得caspase-3的早期分裂受到抑制。而SIRT1 siRNA轉(zhuǎn)染增加了caspase-3的活化，減少了Bcl-2含量，抑制了ERK1/2的磷酸化，因此，SIRT1可能通過激活ERK1/2信號通路抑制顆粒細(xì)胞的凋亡，從而抑制卵泡閉鎖。然而，趙芳等[31]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)的SIRT1可促進(jìn)豬卵巢中顆粒細(xì)胞的凋亡。

p53基因是重要的抑癌基因，其編碼蛋白可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡。p53在閉鎖卵泡的顆粒細(xì)胞中表達(dá)增加提示其在促進(jìn)卵泡閉鎖的過程中發(fā)揮著作用[32]，而抑制p53表達(dá)可減少顆粒細(xì)胞凋亡及卵泡閉鎖[33]。Xiang等[34]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性SIRT1可下調(diào)p53的表達(dá)，維持卵巢儲備。

三、展望

SIRT1的功能復(fù)雜，能與多種信號傳導(dǎo)分子相互作用，參與糖代謝、胰島素分泌、神經(jīng)保護(hù)及細(xì)胞衰老凋亡等過程。SIRT1信號通路既能通過促進(jìn)細(xì)胞自噬抑制原始卵泡池建立時生殖細(xì)胞的過度丟失[20]，又可減少卵泡凋亡，增加卵巢儲備，延長卵巢壽命[35]。因此，在進(jìn)行相關(guān)研究時，應(yīng)該關(guān)注SIRT1的表達(dá)，并進(jìn)一步探索其機(jī)制作用。