沉默信息調(diào)節(jié)因子3 調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)早產(chǎn)兒腦損傷的神經(jīng)保護(hù)作用研究進(jìn)展

魏 佳綜述 毛姍姍審校

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 國(guó)家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（浙江杭州 310052）

早產(chǎn)是兒科面臨的世界性公共衛(wèi)生問題，發(fā)生率約占全球出生新生兒的10.6%[1]。早產(chǎn)所致腦損傷與神經(jīng)功能障礙，至今尚無有效根治手段。小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)重要的神經(jīng)免疫細(xì)胞，參與維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和正常腦功能。近年研究表明[2-3]，缺血缺氧及圍生期感染等不良環(huán)境因素可極化分型小膠質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生一系列氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥反應(yīng)，而減少線粒體氧化損傷可抑制神經(jīng)毒性小膠質(zhì)細(xì)胞功能，修復(fù)神經(jīng)損傷。沉默信息調(diào)節(jié)因子3（sirtuin 3，SIRT3）是一種定位于線粒體的高度保守Ⅲ類組蛋白去乙?；?，參與調(diào)控線粒體內(nèi)眾多分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)[4]。最新研究發(fā)現(xiàn)[5]，上調(diào)SIRT 3 水平可減弱活化小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)從而減輕腦損傷，在早產(chǎn)兒腦損傷保護(hù)中具有潛在作用。本文綜述SIRT 3 通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)早產(chǎn)兒腦損傷的神經(jīng)修復(fù)及其可能機(jī)制的研究進(jìn)展，以期為早產(chǎn)兒腦損傷治療提供新興策略。

1 早產(chǎn)兒腦損傷概述

早產(chǎn)兒腦損傷是指因產(chǎn)前宮內(nèi)環(huán)境不良、產(chǎn)后危險(xiǎn)因素刺激以及嬰兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不成熟等原因致使早產(chǎn)兒發(fā)生的不同程度缺血性和/或出血性腦損傷，最常見腦室周圍-腦室內(nèi)出血（periventricular hemorrhage-intraventricular hemorrhage，PVH-IVH）和彌漫性白質(zhì)損傷（white matter injury，WMI）[6]，其次亦可見腦室周圍白質(zhì)軟化（periventricular leukomalacia，PVL）、缺氧缺血性腦?。╤ypoxic-ischemic encephalopathy，HIE）等病理類型。報(bào)道顯示，約15%～25%的極早（＜32 周）和超早（＜28 周）早產(chǎn)兒可并發(fā)IVH，而PVL 在死亡的極低出生體質(zhì)量?jī)褐邪l(fā)生率更是高達(dá)25%以上[7-8]。盡管早產(chǎn)兒的優(yōu)化呼吸管理、早產(chǎn)兒重癥監(jiān)護(hù)救治與護(hù)理等技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步已顯著降低早產(chǎn)兒嚴(yán)重腦損傷的發(fā)生，但腦癱、認(rèn)知障礙、視力障礙、聽力障礙和癲癇等后遺癥仍不容忽視，嚴(yán)重影響患兒及家庭的生活質(zhì)量[9]。探索早產(chǎn)兒腦損傷的神經(jīng)修復(fù)機(jī)制，尋求針對(duì)性的臨床干預(yù)措施，對(duì)降低早產(chǎn)兒致殘率、改善生存質(zhì)量具有重要的醫(yī)學(xué)意義與社會(huì)意義。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞與早產(chǎn)兒腦損傷

早產(chǎn)兒腦組織在解剖結(jié)構(gòu)和生理功能上均未發(fā)育成熟，極易受缺血缺氧、低血糖等影響出現(xiàn)WMI等病理改變[10]，腦內(nèi)興奮性谷氨酸含量增加，超氧陰離子、羥自由基等活性氧（reactive oxygen species，ROS）過量堆積，將出現(xiàn)抗氧化-氧化系統(tǒng)失衡，促炎因子生成增加，導(dǎo)致氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥與線粒體功能障礙[9]。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)固有的免疫效應(yīng)細(xì)胞，約占神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的10%～15%[11]，腦內(nèi)微環(huán)境變化可刺激小膠質(zhì)細(xì)胞活化為M1/M2 不同分型，參與早產(chǎn)兒腦損傷的病理生理進(jìn)程[12]。

2.1 M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌ROS 與促炎因子致傷腦組織

生理?xiàng)l件下處于“靜息”或“監(jiān)控”的小膠質(zhì)細(xì)胞，可被缺血缺氧等各種病理因素激活分型，其中經(jīng)典途徑激活的M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，分泌ROS及促炎因子，氧化應(yīng)激與神經(jīng)炎癥加劇，具有神經(jīng)毒性[13]。而當(dāng)未成熟腦發(fā)生局部缺血再灌注時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的ROS如超過機(jī)體抗氧化能力，細(xì)胞內(nèi)氧化水平升高將進(jìn)一步加劇腦損傷。研究顯示，將0.3U VII型細(xì)菌膠原酶立體定向輸注至小鼠右側(cè)神經(jīng)節(jié)隆突建立生發(fā)基質(zhì)出血（germinal matrix hemorrhage，GMH）模型，可發(fā)現(xiàn)急性期大量小膠質(zhì)細(xì)胞極化為M1型并誘導(dǎo)促炎癥細(xì)胞因子釋放，提示M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥參與GMH后腦損傷發(fā)生[14]。

2.2 M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌神經(jīng)保護(hù)因子促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)

另替代途徑激活的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞可吞噬神經(jīng)元及受損組織碎片，并分泌多種營(yíng)養(yǎng)因子，如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、半乳凝素3（galectin-3）等，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。研究報(bào)道，電壓門控質(zhì)子通道敲除的WMI小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞趨向M2 型極化，釋放抗炎癥細(xì)胞因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，并伴ROS減少[15]。另有研究表明，經(jīng)過氧化物酶體增殖物激活受體γ 刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞活化為M2表型可提高GMH-IVH模型新生鼠腦室內(nèi)血凝塊清除率，減輕近遠(yuǎn)期神經(jīng)功能損傷[16]。以上研究均提示針對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的表型極化調(diào)控可能成為早產(chǎn)兒腦損傷修復(fù)的潛在治療靶點(diǎn)，但其具體調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步探究。

3 SIRT3的生理特征

Sirtuins 家族是一類煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴的Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶，含7 種同源物（SIRT 1～SIRT 7），在人體各器官中廣泛表達(dá)[17]。人類SIRT3基因位于11號(hào)染色體p15.5（11p15.5），由21 902 個(gè)堿基構(gòu)成，其編碼蛋白SIRT 3 分子量為44 kDa，包含399個(gè)帶有N端線粒體靶向序列的殘基，進(jìn)入線粒體基質(zhì)后經(jīng)酶切割形成分子量為28 kDa 的活性SIRT3[18]，參與能量合成、三羧酸循環(huán)、氧化應(yīng)激等線粒體代謝活動(dòng)[19]，具有抗氧化應(yīng)激、抗凋亡、維持代謝穩(wěn)態(tài)等功能[20]。

3.1 SIRT3與氧化應(yīng)激

生理狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生ROS 可被抗氧化因子錳超氧化物歧化酶（superoxide dismutase 2，MnSOD或SOD 2）清除以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，但ROS 累積若超過MnSOD 的清除能力，即發(fā)生氧化應(yīng)激致傷未成熟腦。研究發(fā)現(xiàn)，核內(nèi)SIRT3去乙酰化轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白O3（forkhead box O 3，F(xiàn)OXO 3 a）可促進(jìn)SOD 2活化，最終減輕氧化應(yīng)激所致細(xì)胞損傷[21]。另有研究表明，SIRT3通過去乙?；疢nSOD可防止ROS蓄積，減輕神經(jīng)元氧化應(yīng)激反應(yīng)，延長(zhǎng)細(xì)胞存活[22]，提示SIRT3可通過增強(qiáng)受損細(xì)胞的抗氧化能力促進(jìn)神經(jīng)元修復(fù)。

3.2 SIRT3與細(xì)胞凋亡

SIRT 3 去乙?；疜u 70 蛋白可穩(wěn)定Ku 70-BAX復(fù)合體，抑制促凋亡蛋白BAX 易位至細(xì)胞核引起細(xì)胞凋亡[23]。此外，ROS 過量堆積將觸發(fā)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，如Ca2+聚集、細(xì)胞凋亡蛋白酶caspase激活，SIRT3通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）活性，以減少caspase釋放，抑制細(xì)胞凋亡[24]。

3.3 SIRT3與能量代謝

大腦供能主要來自葡萄糖分解產(chǎn)生ATP，線粒體受損后細(xì)胞能量生成不足，極易造成大腦認(rèn)知功能受損，SIRT 3 通過去乙?；疉TP 合酶內(nèi)多種亞基為大腦供能，以維持日常活動(dòng)[25]。除直接調(diào)控ATP 合酶外，SIRT 3 還可去乙?；L(zhǎng)鏈酯酰輔酶A 脫氫酶使之活性增強(qiáng)，促進(jìn)細(xì)胞脂肪酸氧化維持機(jī)體能量供給。

4 SIRT3通過小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用

作為一種線粒體定位的蛋白去乙酰化酶，SIRT3可通過其強(qiáng)大的去乙酰化作用上調(diào)抗氧化損傷因子水平，減少ROS 蓄積，并進(jìn)一步調(diào)控下游轉(zhuǎn)錄因子與組蛋白的乙?；?，在細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡、能量代謝與抗氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用。最新研究表明，SIRT 3 也是一種重要的神經(jīng)炎癥反應(yīng)調(diào)控蛋白[26]，可通過去乙酰化FOXO 1 正向調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型極化，后者的抗炎和抗氧化應(yīng)激作用，正是早產(chǎn)兒IVH腦室內(nèi)血凝塊清除及出血后神經(jīng)元保護(hù)的重要機(jī)制之一[27-28]，提示減輕神經(jīng)炎癥、抑制神經(jīng)元凋亡及清除ROS 等途徑是SIRT 3 通過小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)腦損傷后神經(jīng)修復(fù)的可能靶點(diǎn)。

4.1 SIRT3對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的直接調(diào)控作用

4.1.1 SIRT 3 阻礙小膠質(zhì)細(xì)胞mPTP 開放抑制細(xì)胞凋亡 哺乳動(dòng)物線粒體mPTP 是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、線粒體基質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)之間物質(zhì)轉(zhuǎn)移的非特異性通道，具有維持Ca2+穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)等功能。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞中利用重組腺病毒過表達(dá)SIRT 3 可減輕氧化應(yīng)激損傷，改善線粒體功能，減少ATP 耗竭，阻礙小膠質(zhì)細(xì)胞mPTP 開放，緩解神經(jīng)元凋亡進(jìn)程[24]。mPTP還參與少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡反應(yīng)，大腦穩(wěn)態(tài)一旦失衡，M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞的激活將引起線粒體膜電位變化和mPTP 開放，釋放出Bax、caspase-3/9等促凋亡因子引起WMI[29]。

4.1.2 SIRT3調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞FOXO3a減輕氧化應(yīng)激損傷 M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生過量ROS 引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)被認(rèn)為是早產(chǎn)兒腦損傷發(fā)生的重要機(jī)制之一，而轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a是調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)、維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因子[30]。研究表明SIRT 3 激動(dòng)劑白藜蘆醇可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)SIRT 3 富集，乙?；疐OXO 3 a 并上調(diào)FOXO 3 a 介導(dǎo)抗氧化基因如SOD 2基因表達(dá)，加速清除ROS，以減輕氧化應(yīng)激對(duì)神經(jīng)元造成的損傷[31-33]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，早產(chǎn)胎盤中FOXO3a過表達(dá)可減少ROS異常積累，增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力，并同時(shí)促進(jìn)抗氧化基因的表達(dá)[34]，提示小膠質(zhì)細(xì)胞SIRT 3 調(diào)控FOXO 3 a 對(duì)修復(fù)早產(chǎn)兒受損神經(jīng)組織可能起關(guān)鍵作用。

4.2 SIRT3對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的間接調(diào)控作用

4.2.1 SIRT 3 阻斷Mst 1-JNK 信號(hào)通路提高小膠質(zhì)細(xì)胞抗炎能力 哺乳動(dòng)物Ste-20樣激酶1（mammalian sterile20-like kinase 1，Mst1）屬一種絲-蘇氨酸激酶，可有效調(diào)控氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等生物學(xué)效應(yīng)[35]。研究表明，作為JNK通路的上游激酶，Mst1表達(dá)增加可上調(diào)動(dòng)力相關(guān)蛋白-1水平、增強(qiáng)JNK表達(dá)，產(chǎn)生線粒體裂變與應(yīng)激反應(yīng)，經(jīng)caspase 依賴和非依賴調(diào)節(jié)途徑調(diào)控導(dǎo)致BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞死亡[36-38]，提示阻斷Mst 1-JNK 分子轉(zhuǎn)導(dǎo)可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，減輕神經(jīng)元損傷。最新研究發(fā)現(xiàn)，利用SRV 2 腺病毒轉(zhuǎn)染上調(diào)SIRT3水平可阻斷Mst1-JNK通路，抑制線粒體裂變，最終減輕炎癥介導(dǎo)線粒體功能障礙和細(xì)胞凋亡[39]。探究SIRT3與Mst1-JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路間相互作用，減少小膠質(zhì)細(xì)胞的非正常死亡將有望成為早產(chǎn)兒腦損傷治療的切入點(diǎn)。

4.2.2 SIRT3激活小膠質(zhì)細(xì)胞Wnt/β-catenin信號(hào)通路減輕神經(jīng)炎癥損傷 早產(chǎn)兒腦發(fā)育尚未成熟，極易發(fā)生缺血性腦損傷，缺血后再灌注是目前最為有效的腦損傷治療手段，但也極易伴發(fā)缺血再灌注損傷，對(duì)早產(chǎn)兒大腦造成二次傷害[40]。在缺血再灌注損傷小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，下調(diào)SIRT3表達(dá)可抑制Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，誘導(dǎo)線粒體過度分裂，所產(chǎn)生的大量片段化線粒體可加速細(xì)胞氧化，激活caspase-9 介導(dǎo)線粒體凋亡，最終發(fā)生神經(jīng)元凋亡[41]。此外，Wnt 分子通路激活還可增加缺血性腦損傷的神經(jīng)保護(hù)性自噬水平[42]。另有研究應(yīng)用3 DNA 納米載體將Wnt 激動(dòng)劑特異性遞送至早產(chǎn)兒腦病模型鼠小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)激活Wnt/β-catenin通路可減少M(fèi)1 型小膠質(zhì)細(xì)胞極化，白質(zhì)損傷和遠(yuǎn)期記憶缺陷均得到顯著改善[43]，SIRT3/Wnt/β-catenin信號(hào)途徑可能為早產(chǎn)兒腦損傷的神經(jīng)修復(fù)治療提供新靶標(biāo)。

綜上，早產(chǎn)兒腦損傷治療仍是亟待解決的重要臨床問題，積極探索腦損傷的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制是提升早產(chǎn)兒神經(jīng)發(fā)育水平與改善生存質(zhì)量的必然要求。線粒體SIRT3參與了不同分型小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的早產(chǎn)兒腦損傷及神經(jīng)保護(hù)過程，但其具體作用機(jī)制目前仍尚不明確。進(jìn)一步研究SIRT 3、小膠質(zhì)細(xì)胞與早產(chǎn)兒腦損傷之間的作用關(guān)系，明確SIRT3在早產(chǎn)兒腦損傷保護(hù)機(jī)制中的作用，將有望為早產(chǎn)兒腦損傷的神經(jīng)修復(fù)治療提供新藥物靶標(biāo)。