SIRT3調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬研究進(jìn)展

盧 紅，王寶根，張 露，劉 磊

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，湖南長沙 410128)

自噬是細(xì)胞“自我吞噬”的過程，是真核細(xì)胞廣泛存在的生命現(xiàn)象[1]。自噬是一把雙刃劍，一方面，通過自噬，細(xì)胞可降解受損的細(xì)胞成分和蛋白質(zhì)，降解后其產(chǎn)物也可為蛋白質(zhì)合成提供必要原料，因此自噬是細(xì)胞清除廢物、重建結(jié)構(gòu)和生長發(fā)育的重要途徑[2]；另一方面，自噬被證實(shí)是癌細(xì)胞能在營養(yǎng)不良微環(huán)境中生存的重要機(jī)制，并可抵抗癌癥化藥治療，從而促進(jìn)癌癥的發(fā)生發(fā)展[3]。

根據(jù)降解物與溶酶體的結(jié)合途徑不同，自噬被分為3種類型，即大自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone mediated autophagy,CMA)[4]。其中，大自噬是最典型、研究最廣泛的自噬類型。大自噬的發(fā)生過程通常被分為以下5個(gè)階段：(1)吞噬泡形成，在應(yīng)激信號下， 自噬蛋白Beclin-1與Ⅲ型磷脂酞肌醇3-激酶Vps34(vacuolar protein sorting 34)復(fù)合物控制吞噬泡在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和其他細(xì)胞器膜上形成；(2) 自噬相關(guān)基因 (autophagy related genes，Atg)5-Atg12復(fù)合物形成，此過程需要多種Atg參與；(3) 微管相關(guān)蛋白輕鏈3II(microtubule-associated protein light chain 3II，LC3II)形成，LC3在Atg3、4、7等的作用下加工成LC3 II，插入到吞噬泡膜中，延伸吞噬泡膜；(4)自噬體形成，自噬體隨機(jī)捕獲或選擇性降解目標(biāo)物；(5)自噬體與溶酶體融合，降解其所包裹的內(nèi)容物[5]。微自噬的特征則是通過溶酶體膜內(nèi)陷直接攝取細(xì)胞質(zhì)底物，而CMA是通過溶酶體伴侶蛋白將可溶性蛋白送入溶酶體降解[4]。自噬對細(xì)胞存活、生物能量穩(wěn)態(tài)、機(jī)體發(fā)育和細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)至關(guān)重要。在過去20年中，大量聚焦于自噬在腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、心血管系統(tǒng)疾病、營養(yǎng)代謝病、自身免疫性疾病和感染性疾病等發(fā)生發(fā)展過程中作用的研究，證實(shí)了自噬與上述疾病有著密切聯(lián)系[6]。

Sirtuins是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴型去乙?；?，可對靶蛋白進(jìn)行去乙酰化，增強(qiáng)其活性，調(diào)控多種生物學(xué)過程。目前在哺乳動(dòng)物已發(fā)現(xiàn)7種Sirtuin蛋白，以SIRT1-SIRT7表示，每種成員有不同的亞細(xì)胞定位和特定功能[7]。沉默信息調(diào)控因子2樣蛋白3(silencing information regulator 2-like proteins 3，sirtuin3或SIRT3)是Sirtuins家族的主要成員，在細(xì)胞中有長型和短型2種形式。全長型SIRT3(44 ku)N-末端142位氨基酸被線粒體處理肽酶(mitochondrial-processing peptidase，MPP)切割，生成成熟型 SIRT3(28 ku)發(fā)揮功能[8]。SIRT3主要位于線粒體，調(diào)節(jié)線粒體蛋白的乙?；?去乙酰化(超過20%線粒體蛋白存在乙?；?去乙?；揎?[9-10]，維持細(xì)胞能量代謝和氧化還原穩(wěn)態(tài)。也有證據(jù)表明SIRT3也存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核[11-12]。SIRT3在胞核的某些底物已被確定，包括組蛋白H3、H4及FoxO3a[13-14]等。SIRT3在體內(nèi)廣泛表達(dá)，且在高代謝率組織如肝臟、大腦、腎臟、骨骼肌等表達(dá)量更高。已有大量研究證實(shí)，SIRT3在許多疾病，如心肌梗死、急性腎損傷、代謝相關(guān)脂肪性肝病、糖尿病、肥胖及多種癌癥等的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，而該作用與其對自噬的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。本綜述總結(jié)近年來SIRT3對自噬的調(diào)節(jié)作用及機(jī)制，以期為相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制提供線索，進(jìn)而為探尋防治新靶標(biāo)奠定理論基礎(chǔ)。

1 SIRT3通過AMPK/mTOR調(diào)節(jié)自噬

自噬受營養(yǎng)感知途徑調(diào)控。胞內(nèi)營養(yǎng)感知途徑主要包括AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和mTOR信號通路等。AMPK是胞內(nèi)能量傳感器，在能量不足條件下(AMP/ATP高)被激活，可調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和穩(wěn)態(tài)，有促進(jìn)自噬的作用[15]。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在氨基酸存在情況下被激活，可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖和生存，發(fā)揮抑制自噬作用[16]。目前，關(guān)于SIRT3介導(dǎo)自噬的分子機(jī)制研究主要集中在SIRT3-AMPK/mTOR通路。

肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)是AMPK的上游分子，是其T172位點(diǎn)磷酸化的主要激酶[15]。Zhang M等[17]報(bào)道，SIRT3通過LKB1/AMPK/mTOR信號通路調(diào)節(jié)自噬，對魚藤酮誘導(dǎo)的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞帕金森病模型具有保護(hù)作用。在人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞過表達(dá)SIRT3可增加LC3和Beclin-1的水平，提高LKB1磷酸化水平，繼而激活A(yù)MPK，降低mTOR磷酸化，從而發(fā)揮促進(jìn)自噬的作用；而在加入自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)后，SIRT3保護(hù)作用顯著減弱，出現(xiàn)細(xì)胞活力下降、凋亡率增加、活性氧產(chǎn)量增加、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和還原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)水平下降等現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)SIRT3對自噬的調(diào)節(jié)作用。Pillaid V B等[18]報(bào)道，外源性NAD+可以誘導(dǎo)心肌肥厚小鼠SIRT3/LKB1/AMPK級聯(lián)激活，而在SIRT3基因敲除鼠中未能觀察到LKB1和AMPK的激活，表明SIRT3作用于底物L(fēng)KB1，介入AMPK/mTOR通路激活自噬。Dai S H等[19]發(fā)現(xiàn)，SIRT3通過增加AMPK活性、誘導(dǎo)自噬緩解神經(jīng)元凋亡，保護(hù)缺血缺氧應(yīng)激下的神經(jīng)元存活?？寡仔》肿覣EDC可抑制白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)分泌；機(jī)制上，AEDC上調(diào)SIRT3表達(dá)，增強(qiáng)SIRT3活性，從而活化AMPK，誘導(dǎo)自噬，抑制NOD樣受體家族含吡啶結(jié)構(gòu)域3(NOD - like receptor family pyrin domain-containing 3，NLRP3)炎性小體激活[20]。

2 SIRT3通過FoxO調(diào)節(jié)自噬

叉形頭轉(zhuǎn)錄因子O(forkhead box O，F(xiàn)oxO)是細(xì)胞重要的轉(zhuǎn)錄因子之一，在細(xì)胞代謝、凋亡、壽命、細(xì)胞周期和應(yīng)激反應(yīng)等過程中起著關(guān)鍵作用[21]。其中，F(xiàn)oxO1和FoxO3a可調(diào)控Atg表達(dá)，與自噬激活密切相關(guān)[22]，而SIRT3可以介導(dǎo)FoxO1和FoxO3a的去乙?；?/p>

Li J等[23]報(bào)道，注射血管緊張素4周后，與野生型小鼠相比，SIRT3敲除小鼠心肌組織自噬受損，心臟功能惡化；心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)染SIRT3過表達(dá)腺病毒后，能夠通過促進(jìn)自噬緩解心肌細(xì)胞肥大；機(jī)制上，SIRT3與FoxO1結(jié)合并對其進(jìn)行去乙?；せ睿せ畹腇oxO1轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，促進(jìn)下游E3泛素連接酶，如肌肉環(huán)狀指基因1(muscle ring finger 1，MuRF1)和肌肉萎縮盒F基因(muscle atrophy F-box，MAFbx)等的表達(dá)，誘導(dǎo)自噬體形成，促進(jìn)自噬，從而減輕心肌肥厚。

FoxO3a是FoxO家族重要成員，控制自噬相關(guān)基因，如LC3、死骨片1(sequestosome 1，SQSTM1)和BCL2/腺病毒E1B 19 ku結(jié)合蛋白3(BCL2/ adenovirus E1B 19 ku interacting protein 3，BNIP3)等的轉(zhuǎn)錄[24]。Peng Y等[25]報(bào)道SIRT3表達(dá)上調(diào)能夠有效減少TCMK-1小鼠腎小管上皮細(xì)胞死亡，具體機(jī)制為，SIRT3去乙?；疐oxO3a，上調(diào)其活性，繼而活化的FoxO3a與LC3B啟動(dòng)子區(qū)相互作用，增加其表達(dá)，增強(qiáng)腎小管上皮細(xì)胞自噬，抑制細(xì)胞凋亡和壞死。Yu W等[26]研究表明，鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的小鼠糖尿病模型和高糖水平抑制了SIRT3/FoxO3a信號級聯(lián)反應(yīng)，下調(diào)線粒體自噬蛋白E3泛素連接酶Parkin表達(dá)，抑制Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬；相反，SIRT3過表達(dá)可激活線粒體自噬，抑制線粒體損傷和心肌細(xì)胞凋亡，而使用3-MA則會(huì)減弱對心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。

3 SIRT3通過SOD/ROS調(diào)節(jié)自噬

活性氧(reactive oxygen species，ROS)過量產(chǎn)生會(huì)造成基因毒性和細(xì)胞損傷，引起氧化應(yīng)激。然而，ROS也可作為一種信號分子調(diào)節(jié)自噬[27]。ROS增加能夠激活泛素蛋白體系統(tǒng)，使凋亡抑制因子B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，bcl-2)降解，導(dǎo)致Beclin-1/Atg6上調(diào)，促發(fā)凋亡并且誘導(dǎo)自噬[28-29]。

SIRT3底物包括參與能量代謝的線粒體酶，通過對這些酶進(jìn)行活性調(diào)節(jié)，SIRT3能夠間接控制ROS產(chǎn)生[12]。SOD是SIRT3的直接靶標(biāo)，SOD家族中的主要成員錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)主要存在于線粒體，能夠?qū)⒊踝杂苫?O-)轉(zhuǎn)化為過氧化氫(H2O2)和氧(O2)，降低 ROS含量，而SIRT3去乙?；梢栽鰪?qiáng)其酶活性[30-31]。因此，鑒于ROS是誘導(dǎo)自噬的關(guān)鍵信號，而SIRT3可通過激活MnSOD清除ROS，阻斷其激活自噬信號從而發(fā)揮抑制自噬的作用。

Liu T等[32]在研究5-氨基酮戊酸(5-aminolevulnilic acid，5-ALA)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞死亡機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，5-ALA處理引起成纖維細(xì)胞SIRT1表達(dá)下調(diào)和SIRT3表達(dá)上調(diào)，從而下調(diào)SIRT3-MnSOD-ROS依賴的自噬途徑，降低5-ALA誘導(dǎo)的自噬性死亡作用。

給小鼠飼喂富含飽和脂肪酸(棕櫚油)的高脂飲食，小鼠肝臟SIRT3表達(dá)顯著升高，而SIRT3過表達(dá)可使肝臟和肝細(xì)胞更易受棕櫚酸誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，且轉(zhuǎn)染SIRT3小干擾RNA(short interfere RNA，siRNA)能夠緩解肝細(xì)胞死亡；同樣地，SIRT3抑制劑可保護(hù)肝細(xì)胞免受棕櫚酸的細(xì)胞毒性作用[33]。機(jī)制上，SIRT3過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致MnSOD脫乙酰化和活化，從而耗盡細(xì)胞內(nèi)超氧化物含量，導(dǎo)致AMPK抑制和mTOR 復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1)活化，抑制自噬；相反，SIRT3 siRNA增強(qiáng)了自噬通量[33]。Pi H等[31]研究表明，鎘(Cd)處理降低了人肝癌細(xì)胞系(HepG2)細(xì)胞SIRT3蛋白豐度，致使MnSOD活性下降和線粒體活性氧含量升高，引起自噬性細(xì)胞死亡；SIRT3過表達(dá)抑制了Cd誘導(dǎo)的HepG2細(xì)胞自噬，而SIRT3催化位點(diǎn)突變(喪失去乙?；钚?不能抑制Cd誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬；褪黑素能夠調(diào)節(jié)SIRT3活性而不影響其蛋白表達(dá)來拮抗Cd誘導(dǎo)的自噬性細(xì)胞死亡，而使用SIRT3選擇性抑制劑后，SIRT3/MnSOD2通路受到抑制，褪黑素介導(dǎo)的自噬抑制作用被阻斷。

4 其他通路

有研究顯示，SIRT3通過SIRT3-過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α，PPARα)通路激活巨噬細(xì)胞自噬，在抗微生物感染天然免疫防御中發(fā)揮重要作用[34]。還有研究表明，SIRT3可通過SIRT3-谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P1(glutathione S-transferase P1，GTSP1)/c-Jun氨基末端激酶末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase，JNK)抑制自噬，加劇舒尼替尼誘導(dǎo)的心臟毒性[35]。

5 展望

自噬是細(xì)胞維持胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的主要機(jī)制。SIRT3介導(dǎo)的蛋白質(zhì)去乙酰化是線粒體蛋白的重要活性調(diào)節(jié)機(jī)制。自噬和SIRT3間存在復(fù)雜互作，共同影響許多疾病的發(fā)生發(fā)展。目前研究證實(shí)，SIRT3可通過SIRT3-AMPK/mTOR、SIRT3-FoxO1/FoxO3a等通路上調(diào)自噬，而以SIRT3-SOD/ROS通路下調(diào)自噬。隨著研究的深入，更多調(diào)控通路也將被發(fā)現(xiàn)，從而為全面理解SIRT3調(diào)控細(xì)胞自噬的分子機(jī)制提供線索，也將為SIRT3作為相關(guān)疾病治療靶標(biāo)奠定基礎(chǔ)。