Sirt1 調(diào)控上皮細(xì)胞衰老的研究進(jìn)展

朱蜜蜜， 高艷， 高玉光

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔科，山東 濱州（256600）

牙釉質(zhì)位于牙冠的最外層，是人體中最堅(jiān)硬的組織，為牙齒正常行使咀嚼功能提供有力保障。在釉質(zhì)開始形成之前，成釉器內(nèi)釉上皮細(xì)胞分化為成釉細(xì)胞。成釉細(xì)胞經(jīng)歷分泌期、過(guò)渡期和成熟期3 個(gè)階段［1］，最終形成礦化的釉質(zhì)基質(zhì)。在整個(gè)過(guò)渡期和成熟期，大約50%的成釉細(xì)胞發(fā)生衰老凋亡。一旦成釉細(xì)胞不能正常經(jīng)歷以上3 個(gè)階段，即可形成遺傳性釉質(zhì)發(fā)育不全。比如在成熟期，成釉細(xì)胞合成多種牙釉質(zhì)生物礦化相關(guān)蛋白，如礦物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Slc24a4、激肽釋放酶4 等，這些蛋白基因突變均可導(dǎo)致釉質(zhì)發(fā)育不全［2］。遺傳性牙釉質(zhì)發(fā)育不全主要臨床特點(diǎn)是累及乳恒牙列的牙體硬組織廣泛?jiǎn)适?，常伴有牙本質(zhì)敏感，影響患者的口腔功能和美觀，但大多數(shù)牙釉質(zhì)發(fā)育不全的病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚。

在生物體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞過(guò)早衰老可導(dǎo)致相應(yīng)器官的功能障礙。成釉細(xì)胞正常發(fā)生衰老凋亡在釉質(zhì)發(fā)育中起重要作用，一旦成釉細(xì)胞過(guò)早衰老會(huì)引起牙釉質(zhì)發(fā)育不全［3］。沉默信息調(diào)節(jié)因子2 相關(guān)酶1（silent matingtype information regulator 2 homolog 1，Sirt1）是一種依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的脫乙酰酶，通過(guò)對(duì)多種底物去乙酰化，介導(dǎo)一系列重要的信號(hào)通路，包括調(diào)控基因表達(dá)、DNA 修復(fù)以及調(diào)控凋亡和衰老通路［4］。Sirt1 可通過(guò)多種途徑影響細(xì)胞的衰老從而在應(yīng)激情況下保護(hù)上皮細(xì)胞免受損。本文就Sirt1 調(diào)控上皮細(xì)胞衰老具體機(jī)制作一綜述，為遺傳性牙釉質(zhì)發(fā)育不全病因的探討及相關(guān)疾病的治療提供參考。

1 Sirt1 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Sirtuins 為Ⅲ類賴氨酸脫乙酰化酶，是一個(gè)依賴NAD+的酶家族，在進(jìn)化過(guò)程中高度保守。Sirtuins 家族在哺乳動(dòng)物中有7 個(gè)亞型：Sirtuin1 ～Sirtuin7，每種亞型具有不同的作用模式、靶點(diǎn)和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。Sirt1 和Sirt2 在細(xì)胞核和胞漿中均有表達(dá)，Sirt3、Sirt4 和Sirt5 主要定位于線粒體，而Sirt6和Sirt7 定位于細(xì)胞核［5］。Sirt1 是其中最為保守的一個(gè)亞型，也是目前該家族研究最多的成員［6］。人類Sirt1 基因位于10 號(hào)染色體上，編碼的蛋白質(zhì)由747 個(gè)氨基酸殘基組成，該蛋白包括一個(gè)控制酶活性的保守催化核心區(qū)、一個(gè)COOH 末端區(qū)域和一個(gè)位于核心區(qū)兩側(cè)的NH2 末端區(qū)域。核心區(qū)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)部分組成：大結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)Rossmann 折疊構(gòu)件，是連接NAD+/NADH 的結(jié)構(gòu)區(qū)域；小結(jié)構(gòu)域包含鋅帶結(jié)構(gòu)和螺旋構(gòu)件［4］。Sirt1 同時(shí)以組蛋白和非組蛋白為靶點(diǎn)，通過(guò)去乙?；鞍字械馁嚢彼釟埢{(diào)節(jié)廣泛的生物學(xué)過(guò)程和細(xì)胞功能［7］。

2 Sirt1 與衰老的關(guān)系

衰老是一種生物過(guò)程，可在多種外界壓力下發(fā)生，是生理和病理過(guò)程中的一個(gè)特征。短暫的衰老可以消除受損的細(xì)胞，對(duì)生物體有益。然而，持續(xù)存在的衰老細(xì)胞會(huì)帶來(lái)有害的影響，衰老細(xì)胞的積累是衰老過(guò)程的驅(qū)動(dòng)因素［8］。Sirt1 與多種生物的衰老過(guò)程密切相關(guān)，包括酵母、蒼蠅、蠕蟲和哺乳動(dòng)物。1999 年，Kaeberlein 等［9］在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)Sirt1 可延長(zhǎng)壽命。隨后研究表明，增加Sirt1 基因表達(dá)也可延長(zhǎng)秀麗線蟲、蒼蠅和線蟲的壽命［10］。Sirt1 的過(guò)表達(dá)在抑制髓核細(xì)胞衰老［11］、促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制凋亡方面發(fā)揮了作用，Sirt1在腦中過(guò)表達(dá)時(shí)延長(zhǎng)了小鼠的壽命［12］。此外，Sirt1 的激活也抑制了紫外線照射引起的人類皮膚成纖維細(xì)胞的衰老［13］。研究證明，在動(dòng)物和人類組織中（包括肝、心、腎、腦和肺），Sirt1 蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄水平隨年齡增長(zhǎng)而下降［14］。

Sirt1 與許多衰老相關(guān)性疾病相關(guān)，通過(guò)調(diào)控上皮細(xì)胞的衰老抑制疾病的發(fā)展。上調(diào)Sirt1 的表達(dá)能抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老，減少老年人群中深靜脈血栓的發(fā)生［15］。四羥基二苯乙烯苷是何首烏的一種主要活性成分，也可通過(guò)Sirt1 延緩H2O2誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞衰老［16］。肺上皮細(xì)胞衰老會(huì)促進(jìn)慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）的 發(fā) 展，Sirt1 激 動(dòng) 劑SRT2104 在大鼠及人的肺上皮細(xì)胞中均可提高Sirt1 的表達(dá)量［17］，緩解細(xì)胞衰老，降低COPD 的病理特征，改善肺功能參數(shù)。因此，Sirt1 作為上皮細(xì)胞中抗衰老因子，在預(yù)防和治療與衰老相關(guān)的疾病方面給予了新的角度。

3 Sirt1 通過(guò)多種途徑影響上皮細(xì)胞衰老

3.1 Sirt1 通過(guò)抑制端粒磨損緩解上皮細(xì)胞衰老

在脊椎動(dòng)物中，端粒是每個(gè)DNA 末端的保護(hù)帽，由線性染色體末端的重復(fù)TTAGGG 序列組成。端?？杀Ｗo(hù)染色體免受惡化或端到端融合，保持基因組穩(wěn)定性。由于重復(fù)的端粒序列在細(xì)胞分裂過(guò)程中會(huì)丟失，端粒長(zhǎng)度與衰老呈負(fù)相關(guān)［18］。當(dāng)端粒達(dá)到臨界長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞增殖會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的停滯，在細(xì)胞中即表現(xiàn)為衰老［19］。Sirt1 調(diào)節(jié)端粒延伸所需的端粒逆轉(zhuǎn)錄酶的表達(dá)，使組蛋白3 賴氨酸9（histone 3 lysine 9，H3K9）和H3K56 去乙?；瑥亩蛘{(diào)節(jié)端粒的穩(wěn)態(tài)［20］。

哈欽森-吉爾福德早衰癥（Hutchinson-gilford progeria syndrome，HGPS）是一種加速衰老綜合征，與早產(chǎn)兒血管疾病有關(guān)，并在患兒的血管內(nèi)皮細(xì)胞中表現(xiàn)出端?？s短以及Sirt1 核表達(dá)減少。有研究者從患有HGPS 的兒童中誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，培養(yǎng)出人血管內(nèi)皮細(xì)胞，用端粒酶mRNA 處理HGPS 內(nèi)皮細(xì)胞，結(jié)果顯示Sirt1 和端粒信號(hào)的共定位增加，治療后內(nèi)皮功能恢復(fù)［21］。此外，Ahmad 等［22］發(fā)現(xiàn)吸煙者和COPD 患者的肺中端粒保護(hù)蛋白1（telomere protection protein 1，TPP1）水平降低；在香煙煙霧提取物處理的人小氣道上皮細(xì)胞中，Sirt1 缺乏可降低TPP1 水平，導(dǎo)致端粒DNA 損傷和細(xì)胞衰老；Sirt1 過(guò)表達(dá)和藥理激活對(duì)TPP1 減少和端粒損傷有保護(hù)作用。

3.2 Sirt1 通過(guò)促進(jìn)DNA 損傷修復(fù)緩解上皮細(xì)胞衰老

氧化應(yīng)激是活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成和細(xì)胞抗氧化活性失衡的結(jié)果，ROS 水平的升高表明DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化損傷［23］。ROS 產(chǎn)生過(guò)量會(huì)導(dǎo)致廣泛的不可修復(fù)的DNA 損傷，引發(fā)DNA 損傷反應(yīng)（DNA damage response，DDR），如細(xì)胞周期停滯、DNA 修復(fù)機(jī)制的激活和細(xì)胞死亡等。受損DNA 會(huì)經(jīng)歷損傷修復(fù)，未修復(fù)的DNA 損傷會(huì)引起細(xì)胞衰老。Sirt1 通過(guò)多種途徑防止DNA 損傷和促進(jìn)DNA 修復(fù)［24］。Sirt1既是DNA 損傷位點(diǎn)的組蛋白去乙?；?，也是參與DNA 修復(fù)和DDR 的蛋白質(zhì)的去乙酰化酶。

腫瘤抑制因子p53 被激活后可參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停滯和衰老的發(fā)生，Sirt1 對(duì)p53 的脫乙?；梢种艱NA 損傷和應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞衰老凋亡［25］。在牙釉質(zhì)發(fā)育過(guò)程中，高劑量的氟化物會(huì)加劇成釉細(xì)胞來(lái)源的LS8 細(xì)胞中的ROS 產(chǎn)生，誘發(fā)線粒體損傷和DNA 損傷。研究表明在LS8 細(xì)胞中，增強(qiáng)Sirt1 去乙?；痯53 可減輕氟誘導(dǎo)的LS8 細(xì)胞DNA 損傷［26］。用H2O2與Sirt1 激活劑白藜蘆醇共同培養(yǎng)晶狀體上皮細(xì)胞，顯示H2O2處理后Sirt1 表達(dá)明顯增加，白藜蘆醇處理后Sirt1 表達(dá)進(jìn)一步增加，且呈劑量依賴關(guān)系；在氧化應(yīng)激條件下，白藜蘆醇呈劑量依賴性降低乙酰化p53 水平［27］，表明Sirt1 通過(guò)抑制p53 通路，保護(hù)晶狀體上皮細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的影響，緩解晶狀體上皮細(xì)胞衰老。

3.3 Sirt1 通過(guò)影響線粒體功能緩解上皮細(xì)胞衰老

線粒體作為細(xì)胞的主要能量來(lái)源，在細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝方面也發(fā)揮重要作用。線粒體功能障礙加重衰老表型［28］，線粒體紊亂促進(jìn)ROS 的產(chǎn)生并加劇氧化應(yīng)激。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1α，PgC1α）是一種核轉(zhuǎn)錄共激活因子，也是線粒體生物發(fā)生的主要調(diào)節(jié)因子。Sirt1 參與線粒體功能和代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，通過(guò)PgC1α 的脫乙酰基增加線粒體的生物合成和氧氣消耗［29］。大鼠實(shí)驗(yàn)性牙周炎可導(dǎo)致腎組織線粒體功能障礙，Sirt1 激活劑白藜蘆醇可通過(guò)增加Sirt1 和PgC1α 的表達(dá)量，減少線粒體中ROS 聚積，預(yù)防線粒體功能障礙對(duì)牙周炎所致的腎臟損傷［30］。有研究表明，在內(nèi)皮細(xì)胞中Sirt1 通過(guò)PgC1α 脫乙?；せ睿瑢?dǎo)致ROS 下調(diào)，防止內(nèi)皮細(xì)胞損傷衰老［31］。另外，有研究證明血管緊張素Ⅱ處理腎小管上皮細(xì)胞后，會(huì)出現(xiàn)線粒體的異常，同時(shí)檢測(cè)到ROS 增加；使用槲皮素可激活Sirt1，減輕血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞衰老［32］。

線粒體影響衰老表型的另一個(gè)研究機(jī)制是NAD+/NADH 比率。低NAD+/NADH 比率是衰老的一個(gè)特征［33］，這種低NAD+/NADH 比率源于線粒體功能障礙，稱為線粒體功能障礙相關(guān)衰老。在調(diào)節(jié)Sirt1 的眾多機(jī)制中，NAD+的系統(tǒng)性下降是影響Sirt1 表達(dá)的一個(gè)重要因素［34］。NAD+水平的缺陷及Sirt1 活性下降會(huì)推動(dòng)上皮細(xì)胞的正常衰老。視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細(xì)胞衰老是視網(wǎng)膜退行性疾病的重要過(guò)程。葡萄籽原花青素提取物（grape seed proanthocyanidin extract，GSPE）可減輕衰老相關(guān)的退行性疾病，研究表明GSPE 能顯著提高衰老小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞NAD+含量，可減輕衰老RPE 細(xì)胞線粒體DNA損傷，提高Sirt1 表達(dá)水平，延緩RPE 細(xì)胞衰老［35］。

3.4 Sirt1 通過(guò)緩解炎癥癥狀抑制上皮細(xì)胞衰老

慢性炎癥與許多年齡相關(guān)的病理生理過(guò)程有關(guān)，包括阿爾茨海默病、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、骨關(guān)節(jié)炎和癌癥等［36］。衰老細(xì)胞是慢性炎癥的來(lái)源，慢性炎癥也可以多種方式促成衰老，例如：衰老細(xì)胞表達(dá)大量的分泌蛋白，這種表型稱為衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。SASP 含有大量的炎性細(xì)胞因子和趨化因子，一旦激活SASP，大量因子共同作用以產(chǎn)生促炎環(huán)境，在組織增殖衰老中具有關(guān)鍵作用［37］。

核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，NF-κB 的持續(xù)激活會(huì)促進(jìn)衰老過(guò)程。研究表明，由NF-κB 亞基p50 和p105 減少（致NF-κB 活化）引起的小鼠慢性炎癥可導(dǎo)致端粒功能障礙并加速衰老［38］。同時(shí)，在細(xì)菌感染、氧化應(yīng)激和抗原免疫等刺激下，NF-κB 在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中作為炎癥調(diào)節(jié)器和中樞發(fā)揮作用［39］。Sirt1 直接作用于NF-κB 亞基p65，抑制其轉(zhuǎn)錄活性，下調(diào)其下游基因的表達(dá)。解析素E1（resolvin E1，RvE1）和脂氧素A4（lipoxin A4，LXA4）可通過(guò)減少炎性細(xì)胞浸潤(rùn)來(lái)減少促炎基因的表達(dá)。RvE1 和LXA4 聯(lián)合使用可上調(diào)Sirt1 的表達(dá)，抑制NF-κB 活化，促進(jìn)牙髓炎的消退［40］。Sirt1 激活劑SRT1720 介導(dǎo)去乙酰化抑制NF-κB 活性，減少炎癥細(xì)胞因子在老年小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞中的的表達(dá)，從而改善隨年齡增長(zhǎng)的血管內(nèi)皮功能障礙［41］。miR-132-3p 在多種疾病的炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖和凋亡中發(fā)揮重要作用。有研究表明，在順鉑誘導(dǎo)下，小鼠和人近端腎小管上皮細(xì)胞中miR-132-3p 顯著上調(diào)，抑制Sirt1 mRNA的表達(dá)，激活NF-κB 信號(hào)通路，降低炎癥標(biāo)志物（腫瘤壞死因子-α、白介素1β 和白介素6 等）的表達(dá)，從而延緩腎小管上皮細(xì)胞的衰老［42］。

4 小 結(jié)

Sirt1 在牙周病、牙髓病以及牙本質(zhì)形成缺陷等口腔疾病中都有研究［30,43-44］，但Sirt1 影響牙釉質(zhì)發(fā)育的相關(guān)研究很少見(jiàn)。在未來(lái)的研究中可重點(diǎn)關(guān)注Sir1 對(duì)成釉細(xì)胞衰老的影響，探究其對(duì)成釉細(xì)胞的具體作用機(jī)制，以期在釉質(zhì)發(fā)育不全病因及治療中找到突破。

【Author contributions】Zhu MM wrote the article. Gao Y revised the article. Gao YG selected the topic. All authors read and approved the final manuscript as submitted.