SIRT1在老年性耳聾中的作用研究進展

黃孟思 劉穎 肖玉麗

老年性耳聾（age-related hearing loss，AHL）是由于衰老而引起的聽覺障礙，當(dāng)老化過程累及聽覺系統(tǒng)，出現(xiàn)聽力減退，言語分辨失真時即表現(xiàn)AHL，因此AHL也是全身組織器官衰老表現(xiàn)之一。AHL是指雙耳對稱性、緩慢進行性的聽力下降，早期以高頻損失為主逐漸發(fā)展到全頻，純音聽閾以緩降型為主，嚴(yán)重的AHL可造成交流障礙，甚至導(dǎo)致老年心理和精神疾病。2007年于麗玫等[1]對第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)分析推算出全國聽力障礙者共有2045.41萬，其中AHL有136.49萬，占66.87%。2019年根據(jù)WHO公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球致殘性聽力損失已有4.66億，65歲以上人口殘疾性聽力損失達2.18億[2]，我國65歲以上老年聽力殘疾人口數(shù)量已達到了4917萬。AHL不僅影響了患者本身的生活質(zhì)量，使其變得孤立、抑郁，降低患者老年生活的幸福指數(shù)，還會給社會造成沉重的經(jīng)濟負擔(dān)。衰老過程介導(dǎo)的各種機理是導(dǎo)致AHL的重要原因，其中包括氧化應(yīng)激損傷、炎性衰老、線粒體損傷等。SIRT1近年在老年性疾病的研究中成為熱點。沉默信息調(diào)節(jié)因子相關(guān)酶1（silent mating type information regulation 2 homdog 1，SIRT 1)在AHL中的表現(xiàn)也多有研究，它的抗衰老機制在延緩AHL發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。本文對SIRT1在老年性聾中的作用研究進展做一綜述。

1 SIRT1概述

SIRT1屬sirtuin蛋白家族成員，存在于哺乳動物，是酵母染色質(zhì)沉默子SIR2的同源體，是具有NAD+依賴性的組蛋白?；D(zhuǎn)移酶[3]，其從細菌到人類廣泛分布，在其進化過程中具有高度保守的特性，SIRT1通過乙?；叭ヒ阴；煌姆墙M蛋白及組蛋白，以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子P53、FOXO和KU70的活性來抑制細胞凋亡、參與DNA損傷修復(fù)、細胞凋亡及衰老調(diào)控，并且在抵抗氧化應(yīng)激、參與能量限制等方面也發(fā)揮了重要作用，目前有研究顯示調(diào)節(jié)SIRT1可以影響前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌細胞的侵襲能力[4～6]，SIRT1還具有神經(jīng)保護的作用，大量研究證實SIRT1在減緩神經(jīng)退行性疾病（阿爾茲海默病[7]、帕金森癥[8]、亨廷頓氏病[9]等）的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，SIRT1還被證實與年齡相關(guān)性疾病，如糖尿病、心腦血管疾病等密切相關(guān)，因此SIRT1也被稱為長壽基因。龐嘉琪等[10]利用健康的C57BL/6小鼠（分為老年組和青年組）通過對其組織、細胞及分子水平的研究測定出sirt1mRNA在青年組及老年組小鼠耳蝸中均有表達，主要表達在內(nèi)毛細胞、外毛細胞、支持細胞血管紋細胞和螺旋神經(jīng)細胞，且隨著年齡的增長在老年組的表達低于青年組，因此認(rèn)為SIRT1可能參與耳蝸的年齡相關(guān)性病理改變及AHL的發(fā)生。

2 老年性耳聾發(fā)病機制的相關(guān)研究

目前認(rèn)為老年化的膜假說，即線粒體生物鐘假說是AHL的發(fā)病基礎(chǔ)。衰老的過程主要源于氧自由基對細胞及組織的損害，自由基是指最外層電子軌道上具有未配對價電子的原子、原子團和分子，常見的氧自由基有超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（OH-），這些都是氧分子的不完全還原代謝產(chǎn)物，也稱活性氧。它們對生物大分子具有很強的損傷作用，可直接損傷細胞膜，使胞膜磷脂結(jié)構(gòu)內(nèi)多不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化，降解DNA分子的堿基，破壞氫鍵，影響核酸主鏈的形成，還能破壞蛋白質(zhì)、粘多糖、膠原和彈性纖維的結(jié)構(gòu)，從而對機體的細胞、組織和結(jié)構(gòu)造成損傷。在正常健康人體內(nèi)，自由基的產(chǎn)生與超氧歧化酶、過氧化氫酶等內(nèi)源性防御機制對自由基的清除，始終維持著動態(tài)平衡，只有當(dāng)體內(nèi)的氧自由基生成增加或清除系統(tǒng)功能下降時，自由基才會在體內(nèi)蓄積，造成組織細胞的損傷。隨著年齡增長，耳蝸的血流量減少，耳蝸螺旋韌帶中的毛細血管逐漸減少，血管紋萎縮，且其基底轉(zhuǎn)毛細血管血流量減少，而血流量及紅細胞的脆性被證實與高頻聽力損失有關(guān)；Hara等[11]通過檢測短暫窒息豚鼠（即耳蝸缺氧）耳蝸外淋巴液中的2，3 DHBA及2，5 DHBA(機體內(nèi)OH-作用水楊酸時的產(chǎn)物)，得出耳蝸缺血缺氧時可以導(dǎo)致大量氧自由基產(chǎn)生。Clerici等[12]在離體耳蝸外毛細胞實驗中發(fā)現(xiàn)O2-與OH-可引起耳蝸外毛細胞突觸前膜的數(shù)量增加而外毛細胞的平均長度縮小，且二者變化與H2O2的濃度密切相關(guān)，這一變化也意味著核膜磷脂的過氧化作用，從而證實活性氧對耳蝸外毛細胞具有損傷作用，進而影響了耳蝸的功能；氧自由基也可損傷線粒體及線粒體DNA，導(dǎo)致線粒體DNA丟失，使得在編碼蛋白質(zhì)亞單位的呼吸酶產(chǎn)生的增多，進一步加重了線粒體DNA的氧化損傷，這一惡性循環(huán)使細胞不能正常進行氧化磷酸化，從而使三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）產(chǎn)生減少。哺乳動物的耳蝸組織對缺血缺氧非常的敏感，耳蝸僅需缺氧8秒，其復(fù)合動作電位、耳蝸內(nèi)電位即消失，而耳蝸組織很少或幾乎沒有細胞更新，所以隨著年齡的增長，又可以積累大量的線粒體DNA的損傷，最終導(dǎo)致AHL的發(fā)生。

在延緩衰老的研究中，熱量限制（calorie restriction，CR）是唯一經(jīng)過廣泛科學(xué)實驗驗證的有效延緩衰老的方法，而目前唯一被證實可延緩AHL的方法就是CR[13]。典型的CR飲食特征為攝入量是隨意飲食的60%～70%，提供充足的維生素和礦物質(zhì)等必須營養(yǎng)素，但總熱量在實際熱量之下，CR動物在經(jīng)歷了開始的急性強制期和隨后的適應(yīng)期后，其生理變化形成穩(wěn)定狀態(tài)：較低體溫，較低血糖和胰島素水平以及脂肪和體溫降低[14]，并且CR動物有更強的應(yīng)激耐受能力，包括熱應(yīng)激和氧化應(yīng)激。自從1935年McCay發(fā)現(xiàn)減少食物的供給能顯著延長大鼠的壽命以來，已經(jīng)在多種生物，如線蟲、果蠅、獼猴、酵母等證明CR的抗衰老作用，最?？梢匝娱L50%的壽命，而CR的作用機制就是改善代謝特性，增加胰島素的敏感性，增強抗氧化的能力，很多報道已經(jīng)表明在哺乳動物中CR能減輕與衰老相關(guān)的肥胖、胰島素抵抗、高血壓及動脈粥樣硬化等癥狀，從而減少高血糖、高血脂、高血壓及氧自由基對于機體器官及組織的損傷[15，16]。另研究顯示CR的代謝變化與禁食相似，禁食時體內(nèi)的SIRT1蛋白水平提高，故CR狀態(tài)下體內(nèi)的SIRT1大幅增加，而CR狀態(tài)下SIRT1通過對轉(zhuǎn)錄因子P53、FOXO3a和KU70等的蛋白的去乙酰化作用而抑制細胞凋亡，從而延緩機體器官的衰老進程，還通過對PGC-1α、PPARγ、UCP-2等的調(diào)控，穩(wěn)定了機體的血糖和血脂水平，從而減小了高血糖、高血脂對機體器官的損傷[17]。

3 老年性聾與其他疾病的相關(guān)研究

AHL與全身疾病密切相關(guān)。既往認(rèn)為糖尿病會引起耳蝸廣泛的血管損傷導(dǎo)致神經(jīng)病變，ABR結(jié)果也顯示病變不僅局限于耳蝸，也可影響聽覺腦干通路，致使沖動傳遞延遲。王建等[18]調(diào)查研究也顯示，糖尿病老人的聽力障礙重于健康老年人，故認(rèn)為在生理上聽覺器官老化的基礎(chǔ)上糖尿病的血管病變加重了聽覺器官老化的程度，目前也認(rèn)為長期高血糖還會導(dǎo)致內(nèi)皮快速老化，抗氧化能力減弱，誘發(fā)活性氧產(chǎn)生，所以糖尿病是致聾的病因也是加重AHL的因素。美國最新的研究顯示，與無心血管疾病者相比，有心血管疾病史的中老年人發(fā)生耳蝸功能障礙的幾率高54%，提示AHL與心血管疾病有關(guān)[19]，以高血脂為例，其導(dǎo)致內(nèi)耳損傷的機理一般認(rèn)為是血脂增高使脂代謝異常，形成微血栓，進而缺氧引起活性氧增多，造成內(nèi)耳細胞、生物膜及亞細胞結(jié)構(gòu)損傷，從而導(dǎo)致毛細胞功能障礙引起耳聾。王利文等[20]提示排除其他因素的干擾，患有高血脂、高血壓、冠心病等心血管疾病的患者更易發(fā)生AHL。在人體衰老的過程中，中樞神經(jīng)會發(fā)生萎縮，耳蝸基底部的柯蒂氏器及支配基底膜的耳蝸神經(jīng)也會萎縮，導(dǎo)致AHL發(fā)生。衰老退化時機體代謝發(fā)生障礙，不能充分提供聽覺器官所需要的ATP而致內(nèi)耳感受器萎縮變形，最終導(dǎo)致耳聾[21]。

4 SIRT1介導(dǎo)與AHL相關(guān)的抗衰老機制

SIRT1是近年來最熱門的抗衰老基因研究之一，SIRT1在氧化應(yīng)激中具有保護作用。機體的活性氧主要在線粒體中生成，激活SIRT1可以誘導(dǎo)線粒體的生物合成，保護線粒體功能[22]。

哺乳動物FOXOs屬O類叉頭轉(zhuǎn)錄超級家族，其亞型種類繁多，在各種生理過程中起重要作用，研究顯示FOXO既可以參與氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)，提高機體抗氧化應(yīng)激能力而延長壽命，也可以誘導(dǎo)包括細胞周期抑制因子P27、P21，促凋亡因子bim，生長抑制及DNA損傷誘導(dǎo)基因GADD-45等在內(nèi)的多種基因的轉(zhuǎn)錄，從而引起促凋亡因子的激活，導(dǎo)致細胞死亡。SIRT1主要通過去乙?；饔脕碚{(diào)節(jié)FOXOs而發(fā)揮作用，作為轉(zhuǎn)錄因子FOXOs必須與DNA結(jié)合才能激活或者抑制目標(biāo)基因的表達，SIRT1可以通過控制FOXOs轉(zhuǎn)錄因子的核穿梭調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄活性，相關(guān)研究顯示SIRT1既可以激活FOXOs轉(zhuǎn)錄活性，發(fā)揮抵抗氧化應(yīng)激，也可以抑制FOXOs參與凋亡的基因轉(zhuǎn)錄活性，從而保護細胞免受凋亡[23]。此外當(dāng)胰腺β細胞中H2O2誘導(dǎo)出現(xiàn)氧化應(yīng)激時，SIRT1通過去乙?；饔檬笷OXO1在細胞核表達升高，激活轉(zhuǎn)錄因子NeuroD和MafA以對抗氧化應(yīng)激，保護胰腺β細胞分泌功能及促進其存活[24]，從而穩(wěn)定了機體的血糖水平。SIRTI還可以通過調(diào)節(jié)FOXOs轉(zhuǎn)錄因子，提高兩種重要的抗氧化酶MnSOD和過氧化氫酶在體內(nèi)的表達，清除體內(nèi)多余的活性氧，降低氧化應(yīng)激水平[25]，氧化應(yīng)激時FOXOs因子向細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，與SIRT1相互作用而去乙?；?，使其與DNA結(jié)合活性增強而高表達，這與MnSOD和過氧化氫酶的mRNA和蛋白的表達上調(diào)密切相關(guān)[26]。此外，F(xiàn)OXOs也可以調(diào)節(jié)SIRT1的轉(zhuǎn)錄[26]，F(xiàn)OXO1可與SIRT1啟動子的結(jié)合元件相結(jié)合而激活SIRT1啟動子的活性，從而上調(diào)SIRT1的蛋白質(zhì)和mRNA的表達水平，在氧化應(yīng)激及衰老相關(guān)疾病中發(fā)揮重要作用。

P53是腫瘤抑制因子，與細胞凋亡和腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，它需要轉(zhuǎn)錄后修飾包括磷酸化和乙?；せ?，這些修飾在各種應(yīng)激情況中出現(xiàn)，氧化應(yīng)激時P53核轉(zhuǎn)移增加，DNA結(jié)合能力和轉(zhuǎn)錄活性增強，導(dǎo)致細胞周期停止或凋亡。SIRT1通過去乙?；疨53抑制其活性，從而阻止氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡[27]。此外在營養(yǎng)剝奪的細胞中，P53還可以和FOXO3a相互作用，形成復(fù)合物，促進P53的兩個結(jié)合位點與SIRT1啟動子結(jié)合，刺激SIRT1的表達，抑制細胞凋亡。

過氧化物酶體增殖物激活受體-α(peroxisome proliferator activated receptor-α，PPAR-α)能減少NADPH氧化酶所引起的氧自由基產(chǎn)物，PGC-1α是PPAR-α的共激活因子，其可以增加線粒體DNA和上調(diào)包括谷胱甘肽過氧化物酶（GPx1）、MnSOD等在內(nèi)的抗氧化酶水平。Brunet等[28]發(fā)現(xiàn)SIRT1通過降低PGC-1α的乙?；綇亩せ頟PAR-α，下調(diào)NADPH氧化酶亞單位的表達，從而使血管氧自由基減少，抵抗氧化應(yīng)激。SIRT1通過去乙?；疨GC-1α，激活并誘導(dǎo)其表達，促進線粒體生物合成，提高體內(nèi)抗氧化酶的水平，維持細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)。

細胞核因子-κB(nuclear factor kappa B，NFκB)是炎癥調(diào)節(jié)的關(guān)鍵蛋白，在急性炎癥期，由于細胞吞噬功能較活躍，機體需消耗的ATP大大增加，線粒體會產(chǎn)生多余的活性氧，從而對機體產(chǎn)生損傷。而超過正常生理需要的活性氧會進一步激活NF-κB誘導(dǎo)促炎因子的表達，加重炎癥反應(yīng)，SIRT1可以下調(diào)NF-κB抑制其它促炎因子的表達，發(fā)揮抗炎作用[29].SIRT1還可以通過去乙?；疦F-κB的亞單位P65抑制其信號通路，使NF-κB與抑制劑IκBα結(jié)合，降低其活性，減少炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激[30]。因此，SIRT1抵抗氧化應(yīng)激反應(yīng)機制在減少活性氧對耳蝸損傷及延緩AHL發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。

5 SIRT1在其他全身疾病中的研究

SIRT1可調(diào)控與血脂、血糖密切相關(guān)的因素，從而穩(wěn)定機體的血糖和血脂，降低糖尿病及高脂血癥的發(fā)生幾率，還可以降低糖尿病及高血脂對機體器官的損傷。過氧化物酶增殖物激活受體γ（PPARγ）是調(diào)節(jié)脂肪形成最主要的轉(zhuǎn)錄因子之一，它可誘導(dǎo)脂肪酸結(jié)合ap2的表達[31]。有研究發(fā)現(xiàn)SIRT1可直接結(jié)合于PPARγ陰性的協(xié)同因子2NCOR和SMPT上，在脂肪特異性基因的啟動子處與PPARγDNA的結(jié)合位點相聯(lián)合，從而促進脂肪動員，減少脂肪的生成[32]，減少細胞的脂質(zhì)過氧化的損傷，在一定程度上延緩了衰老的發(fā)生；解偶聯(lián)蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）是存在于線粒體內(nèi)膜上的重轉(zhuǎn)運蛋白，通過向線粒體基質(zhì)漏泄質(zhì)子，消除了線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，使線粒體呼吸作用中的氧化磷酸化解偶聯(lián)，導(dǎo)致產(chǎn)生熱能而非ATP，在β細胞中，UCP2可以使葡萄糖刺激后的胰島素分泌功能受損，而SIRT1可以結(jié)合其啟動子區(qū)從而抑制UCP2的轉(zhuǎn)錄活性，實現(xiàn)對胰島β細胞功能的調(diào)節(jié)[33]，增加胰島素的敏感性，穩(wěn)定集體的血糖水平，抑制高血糖對機體的損害。SIRT1還被證實具有神經(jīng)保護作用，可以延緩神經(jīng)退行性病變的發(fā)生。NAD的限速酶尼克酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT)對腦缺血損傷具有保護作用，NAMPT的這種保護效應(yīng)依賴于SIRT1[34]。白藜蘆醇或SIRT1通過激活α-分泌酶抑制Aβ（β樣淀粉樣蛋白，Aβ沉積形成的斑塊是AD的主要病理特征）的生成。因此，SIRT1通過增強α-分泌酶介導(dǎo)的途徑減少Aβ的生成或者拮抗Aβ，從而有效預(yù)防阿爾茲海默病（alzheimer's disease，AD）的發(fā)生[7]。由α-synuclein蛋白組成的路易氏小體是帕金森氏?。╬arkinson's disease，PD）的主要病理特點，在離體PD模型中發(fā)現(xiàn)，過表達SIRT1或給予白藜蘆醇激活SIRT1，均可促進α-synuclein蛋白降解，減緩神經(jīng)變性，證實SIRT1對PD的神經(jīng)保護作用[8]。另外，SIRT1通過使TORC1（transducer of regulated CREB activity 1）去乙?；?，促進CREB、PGC-1α、FOX03等的轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用，抑制HTT突變引起的神經(jīng)元死亡，從而改善亨廷頓氏?。╤untington's disease，HD）患者的行為障礙，并減輕其認(rèn)知損傷[9]；另外SIRT1在對心血管疾病的保護中也發(fā)揮了重要作用[35]，SIRT通過對P53、Ku70和FOXOs等轉(zhuǎn)錄因子的去乙酰化作用阻斷凋亡反應(yīng)的下游通路從而減少心肌細胞的凋亡，起到保護心肌的作用，SIRT1通過FOXO1及其下游Rab7的調(diào)節(jié)，增強心肌細胞自噬清潔功能，SIRT1通過調(diào)節(jié)不同的信號通路還能夠抑制心臟重塑、抵抗心血管氧化應(yīng)激、減輕心血管炎癥反應(yīng)，SIRT1在保護心臟功能的同時也減輕了心血管疾病對全身組織、器官的危害。

6 總結(jié)

大量的臨床和實驗研究直接或間接證明了SIRT1在老年性聾的病程進展中扮演重要的角色，發(fā)揮了重要作用。近年來對SIRT1的大量研究表明SIRT1可能作為治療AHL的藥物的新靶點，通過明確SIRT1在聽覺器官中的分布、表達及其參與的信號通路、作用底物，可以在明確其復(fù)雜作用機理的同時有望研發(fā)出AHL的特效治療藥物。

但是在機體復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境中，SIRT1的其他調(diào)節(jié)機制以及對AHL產(chǎn)生的效果方面仍有許多問題尚待解決。已知SIRT1主要定位于細胞核，但有研究發(fā)現(xiàn)SIRT1有兩個核定位區(qū)和兩個核輸出信號區(qū)[36]。因此，SIRT1在不同的狀態(tài)下可以定位于細胞質(zhì)或者細胞核，從而表現(xiàn)出不同的生物活性，現(xiàn)有明確的研究表示。SIRT1在肺癌中的作用具有兩面性[37]，SIRT1通過不同的信號通路既可以促進又可以抑制肺癌的生長，SIRT1這一雙面性的作用在AHL中是否也會表達尚未有明確的研究加以證明。有研究顯示，SIRT1還可以通過增強P19ARF/P53信號通路的活性，縮短哺乳動物的壽命[38]，這種促進機體衰老死亡的過程是否會加速AHL的發(fā)生及發(fā)生機制還不明確。目前用于臨床的SIRT1激動劑有多種，如白藜蘆醇、SRT1720等，有研究證明它們各自在抗動脈硬化、降血壓、降血脂、保護缺血性心臟病[39]及腦出血的神經(jīng)保護方面有明確的作用效果，能否延緩AHL的發(fā)生及其治療效果仍缺乏專業(yè)的評估及臨床試驗研究。

綜上所述，SIRT1在AHL中發(fā)揮著不可否認(rèn)的重要作用，通過干預(yù)以上調(diào)節(jié)機制并進一步深入探索SIRT1調(diào)控AHL過程的特異性途徑，相信SIRT1會為AHL患者帶來曙光。