SIRT1在特發(fā)性肺纖維化發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

何遠(yuǎn)芬，謝婷婷，閔香玉，楊信容，趙勇

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院呼吸與危重癥科，貴州 遵義 563000)

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一種以細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積、肺組織結(jié)構(gòu)異常重塑和肺功能進(jìn)行性減退為特征的慢性致死性的間質(zhì)性肺疾病，其病因不明，預(yù)后極差，治愈率低。診斷年齡一般在65歲以上，生存期僅為診斷后3年。目前美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)治療IPF的吡非尼酮和尼達(dá)尼布雖有一定療效，但存在價(jià)格昂貴、不良反應(yīng)多及不能逆轉(zhuǎn)肺功能下降等缺點(diǎn)。肺移植是唯一可延長(zhǎng)IPF患者預(yù)期壽命的干預(yù)措施，但也存在受體手術(shù)禁忌、供體肺組織稀缺和術(shù)后并發(fā)癥多等不足[1]。IPF的病理變化是成纖維細(xì)胞異常增殖和細(xì)胞外基質(zhì)積聚，這是由多種促炎和促纖維化介質(zhì)共同作用所致，包括腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-1β、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子等。其過程首先是氧化應(yīng)激、感染和衰老等因素造成肺泡上皮細(xì)胞損傷，然后肺成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞激活，細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，肺組織重塑，并啟動(dòng)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終導(dǎo)致氣體交換障礙，甚至發(fā)生呼吸衰竭[2]。IPF的診療成為臨床醫(yī)師和患者面臨的一大難題，進(jìn)一步研究IPF的發(fā)病機(jī)制是解決這一難題的關(guān)鍵。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1,SIRT1)在機(jī)體組織器官的生理及病理修復(fù)過程中起重要作用，并參與維持機(jī)體代謝平衡及調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)[2-7]。近年來，SIRT1在IPF中的作用受到越來越多的關(guān)注。SIRT1可能是一種新發(fā)現(xiàn)的對(duì)IPF有益的因子，其保護(hù)IPF的作用機(jī)制可能與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、纖維化、細(xì)胞衰老、自噬調(diào)節(jié)等有關(guān)，有望成為IPF的治療靶標(biāo)。現(xiàn)對(duì)SIRT1在IPF發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 sirtuins家族

組蛋白去乙酰化酶是組蛋白和非組蛋白的去乙?；?。目前已發(fā)現(xiàn)的組蛋白去乙?；阜譃?組，其中第一組、第二組和第四組均屬于鋅依賴的酶，第三組屬于依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD)的酶，由NAD氧化還原狀態(tài)的變化(NAD+/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)和NAD合成的限速酶煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的增加來調(diào)節(jié)。sirtuins家族廣泛存在于細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物三大生命體系中，具有不同長(zhǎng)度和翻譯后修飾的無序N端和C端，導(dǎo)致功能和催化活性不同，但它們共享化學(xué)和結(jié)構(gòu)保守的催化核心，具有共同的NAD結(jié)合位點(diǎn)、整體兩域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和催化重要活性位點(diǎn)氨基酸殘基。sirtuins去乙?；峭ㄟ^去除蛋白質(zhì)的乙?；托揎棻砻骐姾蓙砀淖儤?gòu)象及與其他分子的相互作用，參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分裂、DNA損傷修復(fù)和代謝、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞衰老、氧化應(yīng)激和線粒體生物發(fā)生等細(xì)胞過程[2-7]。sirtuins家族成員包括SIRT1～7。其中，SIRT1是哺乳動(dòng)物中sirtuins家族研究最多的成員之一。SIRT1主要存在于細(xì)胞核，可通過兩個(gè)核定位和核出口信號(hào)從細(xì)胞器轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)。SIRT1的亞細(xì)胞定位根據(jù)細(xì)胞類型、組織及對(duì)生理和病理刺激的反應(yīng)而改變，其C端序列能與催化核心相互作用，促進(jìn)底物結(jié)合并導(dǎo)致脫乙?；富钚栽鰪?qiáng)。SIRT1活性主要受NAD的代謝活動(dòng)、蛋白質(zhì)相互作用、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控及翻譯后修飾調(diào)節(jié)。SIRT1作為一種細(xì)胞代謝傳感器，可將細(xì)胞的代謝狀態(tài)與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)耦合，參與氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、代謝調(diào)節(jié)、細(xì)胞衰老、纖維化、線粒體功能、自噬調(diào)節(jié)、糖的合成分解、脂肪酸氧化合成、氧化磷酸化、尿素循環(huán)和腫瘤發(fā)生等過程[5-7]。SIRT1的多效性在多種疾病中占有重要地位，有望成為代謝性疾病的治療靶點(diǎn)。

2 SIRT1在IPF中的作用機(jī)制

SIRT1在肺部疾病和纖維化疾病中的研究已有相關(guān)報(bào)道。在慢性阻塞性肺疾病中，SIRT1的mRNA和蛋白水平均下降，并檢測(cè)到炎癥細(xì)胞的募集，促炎介質(zhì)和氧化應(yīng)激因子表達(dá)增加，激活SIRT1可以抑制上述變化，加入SIRT1抑制劑這種抑制作用減弱[8-9]，由此證明SIRT1可以改善慢性阻塞性肺疾病大鼠的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)。Han等[10]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1的表達(dá)上調(diào)可使過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α脫乙酰，增加核因子紅系2相關(guān)因子2和關(guān)鍵抗氧化劑靶基因的表達(dá)，進(jìn)一步說明SIRT1通過介導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)治療肺損傷。SIRT1的激活通過抑制炎癥因子及纖維因子表達(dá)，在皮膚、腎臟、心臟和肝臟纖維化疾病中發(fā)揮抗纖維化作用[11-14]。此外，也有相關(guān)研究報(bào)道了SIRT1在肺纖維化中的變化。Zeng等[15]在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型、IPF患者的肺部以及纖維化病灶聚集的肺成纖維細(xì)胞中均檢測(cè)到SIRT1下降。以上證據(jù)表明，SIRT1可能通過介導(dǎo)抗炎、抗氧化應(yīng)激改善IPF肺組織的炎癥損傷和氧化應(yīng)激損傷，且在纖維化疾病中發(fā)揮重要作用。炎癥、纖維化均是導(dǎo)致肺纖維化的關(guān)鍵機(jī)制，說明SIRT1與IPF關(guān)系密切，進(jìn)一步推測(cè)SIRT1的下調(diào)可能參與IPF的發(fā)病，SIRT1的上調(diào)可能延緩IPF的進(jìn)展。

2.1SIRT1抑制IPF炎癥反應(yīng) 核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)是參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的重要因子，可通過促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-1β和一氧化氮等促炎介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[9]。NF-κB主要由異二聚體p65/p50亞基組成。SIRT1能夠脫乙酰p65亞基的賴氨酸310，促進(jìn)賴氨酸314和315處的甲基化，導(dǎo)致p65/p50復(fù)合物與NF-κB抑制劑結(jié)合，NF-κB由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致其失活，最終降低促炎基因的表達(dá)[5]。SIRT1基因側(cè)翼的區(qū)域存在多個(gè)NF-κB結(jié)合元件，可能是SIRT1調(diào)節(jié)NF-κB活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。SIRT1可能通過抑制NF-κB而下調(diào)下游炎癥因子的表達(dá)，從而發(fā)揮有效的抗炎作用。

SIRT1可以減輕包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺部感染性疾病和肺纖維化在內(nèi)的炎癥性肺損傷[16]。Chu等[2]研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性硬化癥相關(guān)性肺纖維化患者外周血單個(gè)核細(xì)胞中SIRT1的表達(dá)降低，伴隨著NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和p65乙?；磻?yīng)增強(qiáng)，而SIRT1激活或過表達(dá)后NF-κB下調(diào)，p65乙酰化水平降低；在腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的人胎肺成纖維細(xì)胞中，SIRT1過表達(dá)可抑制炎癥因子白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-1β和基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)；在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，白藜蘆醇激活SIRT1可以減輕肺部炎癥。與上述研究一致，Mansour等[17]研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照組相比，大鼠肺纖維化模型組纖維化指標(biāo)、白細(xì)胞介素-1β和NF-κB水平升高，SIRT1和AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)水平下降。說明SIRT1在體內(nèi)外動(dòng)物模型及患者中均參與肺纖維化的炎癥反應(yīng)，且可能通過調(diào)節(jié)NF-κB/p65信號(hào)通路抑制下游靶標(biāo)來發(fā)揮抗炎作用。

2.2SIRT1抑制IPF纖維化反應(yīng) 上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化指上皮細(xì)胞失去特異性標(biāo)志物(上皮鈣黏素)而獲得間充質(zhì)細(xì)胞或肌成纖維細(xì)胞表型的過程。TGF-β是IPF中最主要的促纖維化因子之一。TGF-β通過激活重要下游蛋白使信號(hào)從受體傳遞至細(xì)胞核，進(jìn)一步誘導(dǎo)α平滑肌激動(dòng)蛋白、Ⅰ型膠原A1、Ⅰ型膠原A2和Ⅲ型膠原A1 mRNA等纖維因子的表達(dá)。TGF-β介導(dǎo)磷酸化的Smad2和Smad3，與Smad4結(jié)合形成異源二聚體，然后易位至細(xì)胞核并與DNA作用以調(diào)節(jié)TGF-β靶基因的轉(zhuǎn)錄。Smad4與Smad3/Snail形成活性復(fù)合物，影響上皮鈣黏素和基質(zhì)金屬蛋白酶7的表達(dá)[18]。TGF-β可誘導(dǎo)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)和活性以沉默SIRT1的表達(dá)[19-20]。在TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中，表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)改變，內(nèi)皮標(biāo)志物減少，成纖維細(xì)胞標(biāo)志物增加，遷移和侵襲能力增強(qiáng)。SIRT1在TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中表達(dá)下降，而SIRT1的激活使Smad4脫乙酰基從而抑制TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，防止纖維化的發(fā)生。

在纖維化疾病(如肝纖維化、腎纖維化)及系統(tǒng)性硬化癥模型中TGF-β和Smad水平升高，SIRT1的表達(dá)以TGF-β依賴性方式降低，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)積累和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。上調(diào)SIRT1可以減輕TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和纖維化，SIRT1特異性抑制劑Sirtinol可激活TGF-β1/Smad3通路并增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)積累[21-23]，表明SIRT1是TGF-β/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，并發(fā)揮抗纖維化作用。在TGF-β誘導(dǎo)的肺成纖維細(xì)胞模型和博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，膠原生成和肌成纖維細(xì)胞分化增加。SIRT1的激活可減弱肺成纖維細(xì)胞的分化，并改善肺纖維化樣病理變化和降低實(shí)驗(yàn)性肺纖維化模型小鼠的死亡率，而敲除SIRT1可以增強(qiáng)TGF-β在肺成纖維細(xì)胞中的促成纖維作用[15,24]。Yang等[25]研究證實(shí)，在二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，大黃素可通過靶向調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad纖維化信號(hào)的SIRT1改善肺功能。Chu等[2]也證實(shí)在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，激活SIRT1可通過抑制TGF-β/Smad3和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路改善肺纖維化。在肺纖維化中，SIRT1可以通過抑制TGF-β/Smad的激活發(fā)揮抗纖維化保護(hù)作用。值得一提的是，SIRT1在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中可以降低死亡率，為后續(xù)延長(zhǎng)患者預(yù)期壽命的研究提供了基礎(chǔ)。

2.3SIRT1抑制IPF細(xì)胞衰老 細(xì)胞衰老是一種永久性、不可逆的細(xì)胞增殖能力抑制及細(xì)胞生長(zhǎng)停滯的狀態(tài)，其受遺傳和環(huán)境等因素調(diào)節(jié)，包括基因組不穩(wěn)定、端粒磨損縮短和線粒體生物發(fā)生功能障礙等。衰老相關(guān)分泌表型包括多種細(xì)胞因子，其參與細(xì)胞增殖及纖維化等重要的細(xì)胞過程。衰老相關(guān)標(biāo)志物主要包括β-半乳糖葡萄糖苷酶和p16INK4A。p16INK4A是細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶6的選擇性抑制劑。在細(xì)胞衰老過程中NAD及其限速酶煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)下降，細(xì)胞周期抑制蛋白p16和p21表達(dá)增加，促細(xì)胞周期蛋白A和B下調(diào)。NAD作為SIRT1的底物之一，其水平上調(diào)可以延緩細(xì)胞衰老。另有研究表明，SIRT1可能改善與年齡相關(guān)的損傷及疾病[26-27]。

SIRT1被稱為長(zhǎng)壽基因，與衰老和壽命相關(guān)，可增加端粒長(zhǎng)度和端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶表達(dá)。在與年齡相關(guān)的疾病和衰老的器官中，SIRT1表達(dá)下降。SIRT1激活可以減輕血管平滑肌細(xì)胞衰老和內(nèi)皮細(xì)胞衰老[28-29]。衰老相關(guān)的分泌表型、端粒磨損、表觀遺傳學(xué)變化和線粒體自噬損傷可能介導(dǎo)衰老相關(guān)的IPF發(fā)病機(jī)制[30]。在肺纖維化模型中，肺上皮細(xì)胞凋亡、衰老，線粒體功能障礙，衰老相關(guān)標(biāo)志物β-半乳糖葡萄糖苷酶、p16和p21表達(dá)增加，并檢測(cè)到調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的細(xì)胞周期蛋白E2和E2F轉(zhuǎn)錄因子3表達(dá)下降，SIRT1活性減弱和表達(dá)降低。SIRT1過表達(dá)可以改善肺上皮細(xì)胞衰老[31-32]，說明SIRT1可以下調(diào)細(xì)胞衰老相關(guān)表型從而改善老年人肺纖維化模型。有研究報(bào)道，IPF患者肺組織中β-半乳糖葡萄糖苷酶、p21、p16陽性上皮細(xì)胞增加，肺功能呈水平依賴性下降，提示肺泡上皮細(xì)胞衰老程度與IPF嚴(yán)重程度相關(guān)[33-35]。IPF是一種與年齡相關(guān)的肺部疾病，衰老的上皮細(xì)胞促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞活化，進(jìn)一步加速纖維化瘢痕的形成，導(dǎo)致肺功能下降等一系列癥狀。SIRT1可以通過抑制衰老標(biāo)志物的表達(dá)，降低細(xì)胞衰老水平以下調(diào)纖維化因子的表達(dá)并緩解IPF癥狀，從而達(dá)到保護(hù)IPF的目的。

2.4SIRT1激活I(lǐng)PF自噬調(diào)節(jié) 自噬是一種在衰老或損傷的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)合成、降解和再循環(huán)之間保持平衡以滿足代謝需求的過程。分離膜(噬菌體)吞噬細(xì)胞質(zhì)組分是自噬的第一步，然后延伸和融合，導(dǎo)致雙膜囊泡(自噬體)的形成。隨后，自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，這對(duì)降解衰老或損傷的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)尤為重要。自噬不僅是一種響應(yīng)能量需求的氨基酸供應(yīng)機(jī)制，還是細(xì)胞應(yīng)激或病理損傷的一種有益的適應(yīng)性反應(yīng)機(jī)制，包括饑餓、活性氧類、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和微生物感染[36-39]。自噬標(biāo)志物Beclin1和微管相關(guān)蛋白輕鏈3(microtubule-associated protein light chain 3,LC3)的表達(dá)與自噬水平呈正相關(guān)，而p62的表達(dá)與自噬水平呈負(fù)相關(guān)。在自噬體的形成過程中，Beclin1蛋白介導(dǎo)自噬相關(guān)蛋白定位于吞噬泡，是自噬過程中必不可少的分子，在肺纖維化模型中表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。LC3是自噬體形成的重要組成部分，敲除LC3Ⅱ可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化。選擇性自噬接頭蛋白sequestosome 1(SQSTM1/p62,p62)上有泛素相關(guān)的結(jié)合域及與LC3相互作用區(qū)域，p62可以清除帶有泛素標(biāo)記的胞質(zhì)蛋白，并將LC3與這些蛋白質(zhì)結(jié)合，形成自噬體進(jìn)行降解。p62水平升高提示自噬溶酶體通路功能障礙，從而抑制自噬通量，自噬受損。饑餓和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白等自噬激活劑可以調(diào)節(jié)自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)。

有研究表明，SIRT1可以促進(jìn)自噬蛋白的表達(dá)，且與纖維化疾病相關(guān)。Yamai等[36]發(fā)現(xiàn)上調(diào)SIRT1蛋白表達(dá)，促進(jìn)自噬，可以改善肝纖維化，用siRNA敲除SIRT1可抑制自噬活性，加重肝纖維化。SIRT1的激活通過關(guān)鍵自噬蛋白上賴氨酸殘基的脫乙酰作用增加軟骨細(xì)胞的自噬[40]。自噬在維持肺泡上皮功能方面具有重要作用，可以減少上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，是抑制肌成纖維細(xì)胞分化的重要過程。在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化中，自噬體數(shù)量減少，LC3Ⅱ下降、p62升高；增強(qiáng)自噬體的產(chǎn)生可升高LC3Ⅱ的表達(dá)，降低p62的表達(dá)，抑制TGF-β的產(chǎn)生，降低肺組織膠原含量，從而對(duì)IPF起到保護(hù)和治療作用[37,41-42]。AMPK作為機(jī)體能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因子，能轉(zhuǎn)錄激活煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，上調(diào)NAD/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，從而調(diào)節(jié)下游分子SIRT1的活性水平，同時(shí)伴有LC3Ⅱ的表達(dá)升高，p62表達(dá)降低。AMPK-SIRT1-自噬通路在糖尿病、脂肪肝、腫瘤和心血管疾病中已有報(bào)道[3]。AMPK通過磷酸化其下游靶標(biāo)(如SIRT1、叉頭框蛋白O3a)減輕包括肺纖維化在內(nèi)的炎癥性肺損傷[16]。SIRT1作為AMPK/自噬通路的下游靶標(biāo)之一可能介導(dǎo)自噬在IPF的作用。

3 小 結(jié)

目前IPF仍是威脅人類生命健康的一大疾病。盡管已有多項(xiàng)針對(duì)IPF的國(guó)內(nèi)外研究，但結(jié)果仍不理想。IPF仍存在診療困難，發(fā)病率、死亡率高的難題。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1在肺部疾病和纖維化疾病發(fā)揮重要作用，可能通過抗炎、抗纖維化、抗衰老、調(diào)節(jié)自噬等機(jī)制改善IPF的纖維化。但SIRT1與IPF的關(guān)系尚未完全明確，需要大量的基礎(chǔ)研究及臨床研究進(jìn)行驗(yàn)證。隨著研究的深入，SIRT1可能成為新的治療靶標(biāo)。未來，SIRT1的激活劑可能成為治療IPF的新藥。