SIRT1與帕金森病的研究進展

楊晨,李紅燕

（1新疆烏魯木齊市新疆醫(yī)科大學(xué)，新疆 烏魯木齊；2新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，新疆 烏魯木齊）

0 引言

黑質(zhì)與多巴胺能神經(jīng)元的大量凋亡以及胞質(zhì)內(nèi)路易小體的積累是帕金森病發(fā)病的重要機制[1-3]。雖然沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator，SIRT1)與帕金森病的確切發(fā)病機制目前尚不明確，但已有一系列研究證明SIRT1在帕金森病的發(fā)病過程中發(fā)揮了重要作用，如參與調(diào)控線粒體功能、抗氧化應(yīng)激機制、脫氧核糖修復(fù)、凋亡、基因組穩(wěn)定等[4-7]。在多個研究中，我們發(fā)現(xiàn)sirtuin蛋白參與了細胞自噬及生命周期的調(diào)節(jié)。到目前為止，在哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)了7個sirtuin的同源物。其中SIRT1是目前研究最為廣泛的sirtuin酶類，其可以通過其NAD依賴性來調(diào)節(jié)去乙?；富钚?，在DNA損傷反應(yīng)、壽命調(diào)節(jié)和癌變中發(fā)揮作用[8-10]。

已有研究證明SIRT1在促進神經(jīng)退行性疾病的進展中起到突出作用，如SIRT1過表達可以減少αSyn寡聚體的形成，從而達到對帕金森的保護作用[11,12]。SIRT1還可以通過去乙酰化調(diào)節(jié)HSF1上調(diào)分子伴侶熱休克蛋白HSP70的轉(zhuǎn)錄，增加αSyn寡聚體的降解[13]。這些作用表明SIRT1與帕金森病的發(fā)病機制之間存在關(guān)聯(lián)。

此外，研究證明，SIRT1的過表達和活性受抑制很有可能與神經(jīng)元退行性疾病的發(fā)病機制相關(guān)，SIRT1的激活劑白藜蘆醇被發(fā)現(xiàn)可以通過激活SIRT1的表達水平來達到改善認知障礙的效果，但其具體分子機制仍需要進一步研究[14-16]，白藜蘆醇還可以通過miRNA調(diào)節(jié)小鼠小膠質(zhì)細胞中的SIRT1的表達，抑制脂多糖誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞活化和細胞增殖，從而起到保護神經(jīng)元的作用[17]。因此SIRT1水平的降低可能在體內(nèi)體外影響帕金森病神經(jīng)元損害進展。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明SIRT1激活是對帕金森病的潛在治療靶點。

利用這一靶點需要詳細了解SIRT1影響神經(jīng)元細胞自噬及線粒體損傷等的具體分子機制，進而了解SIRT1對帕金森病及相關(guān)神經(jīng)退行性病變的作用。本文首先討論了SIRT1、細胞自噬、氧化應(yīng)激之間的關(guān)系，這兩者都有助于帕金森病的進展。其次，我們分析了SIRT1對神經(jīng)元中線粒體功能的影響，這是一種與帕金森病發(fā)病分子機制的新的潛在聯(lián)系。

1 SIRT1與細胞自噬

SIRT1與細胞自噬是引發(fā)帕金森病的關(guān)鍵因素，細胞自噬影響帕金森病進展主要是因為帕金森病理中突變的α-synuclein 可以影響 Atg9 在 LC3 上的定位從而促進細胞自噬的發(fā)生[18]。Ashley R. Winslow對哺乳動物和轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)α-synuclein 能夠通過抑制 Rab1a，引起 Atg9 的錯誤定位，最終導(dǎo)致自噬體合成減少和錯誤折疊蛋白的聚集[19]。很多研究證據(jù)表明自噬是α-synuclein的一種有效清除途徑。使用海藻糖等自噬誘導(dǎo)物來誘導(dǎo)細胞自噬 ，從而達到清除突變的A30P 和 A53T 型α-synuclein 的目標，可以看作PD 的一種潛在療法[20]。多項研究表明SIRT1對細胞自噬也有一定的調(diào)節(jié)作用，如在Yuncheng Wu的研究中通過測試哺乳動物以及代謝能量傳感器amp激活的蛋白激酶(protein kinase，AMPK)是否參與白藜蘆醇誘導(dǎo)的自噬，來驗證SIRT1在神經(jīng)元細胞存活中的作用。他們的研究結(jié)果表明白藜蘆醇對魚藤酮誘導(dǎo)的SH-SY5Y細胞凋亡有保護作用，并增強了細胞的降解，我們可以得出SIRT1的表達增高有利于減少神經(jīng)元細胞凋亡的結(jié)論[21]。體外研究也表明，褪黑素可以上調(diào)SIRT1水平以及Beclin1和裂解的caspase3蛋白，而Bcl2的水平?jīng)]有變化[22]。還有研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過自噬增強的清除錯誤折疊的蛋白質(zhì)或受傷的線粒體在PD模型中具有神經(jīng)保護作用[23]。最近一項研究通過測試哺乳動物SIRT1和代謝能量傳感器AMP-激活蛋白激酶（AMPkinase，AMPK）的調(diào)制是否涉及白藜蘆醇的自噬誘導(dǎo)，對神經(jīng)元存活的影響，來判斷sirt1與線粒體損傷的的關(guān)系，研究結(jié)果表明，白藜蘆醇可防止SH-SY5Y細胞中魚藤酮誘導(dǎo)的凋亡，通過自噬誘導(dǎo)增強α-合成素表達PC12細胞系中的α-合成素的降解。抑制AMPK和/或SIRT1導(dǎo)致LC3-II蛋白水平下降，表明在白藜蘆醇中導(dǎo)自噬誘導(dǎo)中需要AMPK和/或SIRT1。此外，抑制AMPK對SIRT1活性的抑制和白藜蘆醇對魚藤酮誘導(dǎo)凋亡的保護作用減弱，進一步表明AMPK-SIRT1-自噬通路在PD細胞模型上白藜蘆醇對神經(jīng)保護起著重要作用[18]。因此SIRT1通過調(diào)節(jié)細胞自噬來參與帕金森的發(fā)病進展。

2 SIRT1與氧化應(yīng)激

越來越多的證據(jù)表明，氧化應(yīng)激與帕金森的發(fā)病機制息息相關(guān)。事實證明，氧化應(yīng)激是帕金森發(fā)病機制中不可或缺的一部分，黑質(zhì)細胞中的電子傳遞物酶的缺損以及小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞被激活大量產(chǎn)生細胞因子、趨化因子、ROS等被認為直接導(dǎo)致這一情況的發(fā)生[24-26]。SIRT1可以通過調(diào)節(jié)多種靶蛋白如FoxOs、eNOS、P66shc等去乙?；{(diào)控其轉(zhuǎn)錄活性從而調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)[27]。但是在一項研究中研究者們發(fā)現(xiàn)帕金森病與SIRT1基因多態(tài)性rs7895833和rs2273773之間的關(guān)系，這項研究包括40名帕金森病患者（患者組）和50名健康個體（對照組）。rs7895833和rs2273773多態(tài)性分別采用雙對底轉(zhuǎn)（PCR-CTPP）和聚合酶鏈反應(yīng)-限制性片段長度多態(tài)性（PCR-RFLP）方法的聚合酶鏈反應(yīng)。對于rs7895833 多態(tài)性，患者和對照組的基因型分布分別如下：AA（62.5%-53.1%）、AG（27.5%-40.8%）、GG（10.0%-6.1%）。對于 rs2273773 多態(tài)性，患者和對照組的基因型頻 率 如 下：TT（90.0%-98.0%）、CT（10.0%-2.0%）。在rs2273773 和 rs7895833 多態(tài)性 （P＞0.05） 方面，患者和對照組之間沒有統(tǒng)計學(xué)上顯著的差異。我們可以得出以下結(jié)論： SIRT1基因多態(tài)性在帕金森病的發(fā)展中沒有起到預(yù)謀作用[28]。

最近的一項研究為SIRT1在帕金森病發(fā)病機制中的作用提供了直接證據(jù)，SIRT1的上調(diào)節(jié)通過抑制NF-ββB保護SH-SY5Y細胞免受rotenone的感染[29]。此外，一些天然化合物，包括表皮膽-3-膽堿（EGCG）、紫錐體（ECH），通過調(diào)節(jié)SIRT1通路報告了對MPP+處理的PD細胞模型的神經(jīng)保護作用[30]。針對 SIRT1 的 PD 治療研究列表顯示在表中對SIRT1這一特殊特性的研究可以為研究帕金森等神經(jīng)退行性病變的抗炎治療提供新的思路。

3 SIRT1與線粒體功能

很多研究表明SIRT1在線粒體功能中發(fā)揮重要作用，但一個核心問題仍然是線粒體是否是實際疾病驅(qū)動因素，以及是否促進線粒體生物生成和功能增生病理學(xué)[31,32]。對此有研究表明過度錯折疊的蛋白質(zhì)和功能失調(diào)的線粒體，可能導(dǎo)致能量缺乏，導(dǎo)致帕金森病（parkinson’s disease，PD）的病癥發(fā)生。據(jù)研究表明跑步機運動（treadmill exercise，TE）通過改善線粒體功能，通過Sirtuin-1（SIRT1）信號通路促進自噬，降低α-Syn水平。通過使用慢性1-甲基-1，2，3，6-四氫核丁與針酸（MPTP/P）誘導(dǎo)小鼠模型的PD中TE可降低α-Syn水平，隨后可減輕多巴胺神經(jīng)元損失和α-Syn-media細胞死亡。最重要的是，TE增加了SIRT1表達，通過激活過氧化物增殖劑-活化受體伽馬共活器-1+（PGC-1+），導(dǎo)致線粒體生物發(fā)生率增加，氧化應(yīng)激降低。TE 的 SIRT1 激活還通過誘導(dǎo)微管相關(guān)蛋白 1 光鏈 3 （LC3） 的激活，促進 α-Syn 的自噬間隙。總的來說，我們的結(jié)果表明，TE可以通過改善線粒體功能和增加自噬通量來降低α-Syn水平，從而改善PD小鼠的慢性MPTP/P引起的運動缺陷。在David C. Sch?ndorf的研究中，研究者們使用患者衍生的誘導(dǎo)多能干細胞和GBA相關(guān)PD（GBA-PD）的果蠅模型來顯示患者神經(jīng)元顯示應(yīng)激反應(yīng)、線粒體死亡和NAD?代謝的變化。NAD前體被提出與改善與年齡相關(guān)的代謝下降和疾病有關(guān)，研究表明通過NAD前體煙酰胺核糖二聚酯（precursor nicotinamide ribose dipolyester，PNRD）增加NAD+顯著改善患者神經(jīng)元中的線粒體功能。人類神經(jīng)元需要煙酰胺磷酰胺轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide phosphoramidotransferase,NAMPT）來 維 持NAD+池，并利用NRK1從NAD?前體合成NAD+。值得注意的是，NR可防止GBA-PD果蠅模型中與年齡相關(guān)的多巴胺神經(jīng)喪失和運動下降。表明PNRD是PD和其他神經(jīng)退行性疾病中神經(jīng)保護的可行臨床途徑[33]。有研究表明使用Embelin進行藥物干預(yù)過的細胞表現(xiàn)出pAMPK、SIRT1和PGC1+水平的提高，從而增強線粒體生物生成。雖然使用MPP+治療細胞也增加了pAMPK水平，但是，SIRT1和PGC1+水平大幅下降，可能是由于線粒體電子傳輸鏈中的低NAD/NADH水平，Embelin導(dǎo)致NAD/NADH水平增加的線粒體非聯(lián)結(jié)效應(yīng)，隨后是SIRT1、PGC1+和線粒體功能發(fā)生增強，發(fā)現(xiàn)使用SIRT1抑制劑或siRNA治療細胞時，可減輕這種效應(yīng)。在PD的MPTP小鼠模型中，Embelin（10mg/kg）還賦予了體內(nèi)保護，其中，MPTP引起的TH染色損失、減少的石斑多巴胺和線粒體生物形成途徑的標記被盜用避免了[34]。這些研究表明SIRT1在體內(nèi)細胞功能方面有十分重要的地位，這為進一步研究帕金森的發(fā)病分子機制以及治療提供新的思路與方法。

4 結(jié)論

最近一些研究表明，一些療法可以調(diào)節(jié)SIRT1的活性，如熱量限制、運動和使用SIRT1激活劑治療。這些干預(yù)措施可被視為帕金森及神經(jīng)退行性病變相關(guān)疾病的潛在療法。SIRT1在減少細胞自噬，調(diào)節(jié)線粒體功能，參與氧化應(yīng)激的方面都有一定的影響，但其具體的研究機制還需要進一步的研究，我們可以在這些方面進行探討，以評估SIRT1在帕金森病中的作用。