Sirt3在心肌梗死中的作用研究進(jìn)展

黃 傳,姜俐洋,萬春曉

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，天津 300052）

心血管疾病是全球居民死亡的主要原因，其中缺血性心臟病導(dǎo)致的死亡人數(shù)在2019 年心血管疾病致死人數(shù)中占比高達(dá)49.2%[1-2]。心肌梗死是缺血性心臟病的主要表現(xiàn)形式之一，其是由于冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂，導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈急性血栓阻塞，嚴(yán)重或完全阻塞流向心肌的血流，從而剝奪心肌細(xì)胞的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡[3]。在過去的幾十年中，雖然溶栓、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療和冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)等治療手段大大降低了心肌梗死患者的病死率，但術(shù)后并發(fā)癥、血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定、冠狀動(dòng)脈再狹窄等仍然顯著影響患者的生活質(zhì)量[4-5]。

在正常的生理過程中，90%以上的心臟供能的腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）來自于線粒體的氧化磷酸化，其中以脂肪酸β氧化為主，其次是葡萄糖、乳酸和酮體的有氧氧化[6]。心肌梗死后，受損的心肌缺血缺氧，能量代謝發(fā)生紊亂，引發(fā)線粒體自噬、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)凋亡，進(jìn)一步加快了心功能的損害和心血管病變的進(jìn)程[7-9]。因此，尋求更多創(chuàng)新和有效途徑提高心肌梗死后的能量代謝，改善心功能，對(duì)臨床心肌梗死患者的治療具有重要意義。

Sirtuins 家族作為一種進(jìn)化高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴性去乙?；讣易?，參與氧化應(yīng)激[10]、細(xì)胞凋亡[11]、胰島素分泌[12]、炎癥[10]和線粒體能量代謝[13]等多種生物過程，近期受到廣泛關(guān)注。哺乳動(dòng)物中，Sirtuins 有7 個(gè)成員，即Sirt1～7，其中Sirt6 和Sirt7 主要存在于細(xì)胞核中，Sirt3、Sirt4 和Sirt5 定位于線粒體中，而Sirt1 和Sirt2 同時(shí)存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中[14]。研究發(fā)現(xiàn)，Sirt3 在調(diào)節(jié)線粒體乙?；降牡鞍字?，具有最強(qiáng)大的乙酰化酶活性，可以調(diào)節(jié)大部分線粒體蛋白的賴氨酸乙酰化水平，因此被認(rèn)為在調(diào)節(jié)心肌梗死后能量代謝中具有重要作用[15]。本文就Sirt3 在心肌梗死后能量代謝調(diào)節(jié)中的研究進(jìn)展展開綜述。

1 Sirt3的生理作用

研究表明，Sirt3 在心臟中高表達(dá)，Sirt3 敲除后動(dòng)物表現(xiàn)出線粒體蛋白的高乙?；絒16]。人Sirt3 蛋白在細(xì)胞核中以37 kDa 的前體形式表達(dá)，在轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體基質(zhì)中時(shí)被截短為28 kDa[17]。蛋白質(zhì)賴氨酸殘基的乙?；蔷€粒體蛋白的主要翻譯后修飾，影響酶活性、穩(wěn)定性和復(fù)合物形成，可以將帶正電荷的賴氨酸殘基轉(zhuǎn)變?yōu)椴粠щ姾傻挠H脂狀態(tài)，提高線粒體酶的活性，高度調(diào)節(jié)線粒體的代謝和功能。而Sirt3 受NAD+和乙酰輔酶A 濃度的調(diào)節(jié)，充當(dāng)能量和氧化還原代謝的傳感器，在維持線粒體氧化還原電位和代謝方面發(fā)揮重要作用[18]。Sirt3通過去乙?；瘉碚{(diào)節(jié)各種酶的活性，參與各種生物過程，如ATP 的產(chǎn)生、分解代謝和活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成[19-20]。此外，越來越多的證據(jù)表明，Sirt3 在調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡、血管生成、自噬和能量代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用[20]。飲食和營(yíng)養(yǎng)均會(huì)顯著影響機(jī)體內(nèi)Sirt3 的水平和活性，如長(zhǎng)期高脂飲食會(huì)降低Sirt3 表達(dá)，而限制卡路里攝入則可增加Sirt3水平[21]。

2 Sirt3在心肌梗死后的作用

代謝紊亂、心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)破壞和細(xì)胞死亡等是心肌梗死后的重要病理過程。越來越多的研究表明Sirt3 在缺血再灌注（ischemia reperfusion, I/R）損傷的病理事件中起關(guān)鍵作用[22-25]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心肌梗死后心肌的Sirt3 表達(dá)水平顯著下降[22]，Sirt3 敲除破壞了動(dòng)物的正常心臟功能，使其更容易發(fā)生I/R 損傷并導(dǎo)致更大面積的梗死[23]。血管緊張素系統(tǒng)在缺血性損傷中起關(guān)鍵作用，血管緊張素Ⅱ和Sirt3 之間存在相互作用。研究顯示，給予糖尿病大鼠血管緊張素Ⅱ會(huì)導(dǎo)致其Sirt3 表達(dá)水平顯著降低，而抑制該系統(tǒng)可以使心肌梗死后的Sirt3 水平正?；?，進(jìn)一步改善心臟功能[24]。Sirt3的另一個(gè)重要功能是增強(qiáng)線粒體有效處理ROS的能力。ROS生成顯著增加以及細(xì)胞內(nèi)鈣濃度升高是I/R 損傷進(jìn)展中的一些關(guān)鍵機(jī)制，最終導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）開放，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體腫脹，壞死和凋亡途徑激活以及細(xì)胞死亡[25]。動(dòng)物模型中，Sirt3 的敲除同樣導(dǎo)致mPTP 的開放和線粒體的損傷[26]。親環(huán)蛋白D 是mPTP 的一個(gè)調(diào)節(jié)亞基，參與I/R 損傷期間線粒體向鈣的轉(zhuǎn)變致敏。Sirt3 可以直接靶向親環(huán)蛋白D，并使其去乙酰化，從而延緩mPTP 的開放，改善心肌梗死后的缺血損傷[27]。此外，Sirt3 介導(dǎo)心肌梗死后的心室重塑，改善心肌收縮功能，Sirt3 的敲除則會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈微血管功能障礙以及心肌梗死后的梗死面積擴(kuò)大[28]。上述研究結(jié)果表明，Sirt3在心肌梗死或I/R損傷病理過程中發(fā)揮重要作用。

3 Sirt3在心肌梗死后調(diào)節(jié)線粒體能量代謝中的作用

3.1 Sirt3與脂肪酸氧化

羥基輔酶A 脫氫酶催化脂肪酸代謝的第一步，在所有的羥基輔酶A 脫氫酶中，Sirt3 對(duì)長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A脫氫酶（long-chain acyl-CoA dehydrogenase，LCAD）的活性調(diào)節(jié)作用已被廣泛研究。體外研究表明，Sirt3 可以通過去乙?；疞CAD，提高其75%的酶活性[29]。另外兩種?；o酶A 脫氫酶，包括?；o酶A 脫氫酶短鏈和?；o酶A 脫氫酶中鏈，同樣被發(fā)現(xiàn)是Sirt3 的底物[29]。在Sirt3 敲除小鼠肝線粒體中，參與脂肪酸氧化的蛋白中有一半以上乙?；皆黾?，且這些線粒體中脂肪酸氧化的中間產(chǎn)物也增加，表明脂肪酸氧化的水平降低[30]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，Sirt3 敲除小鼠心臟中的脂肪酸氧化水平下降了33%，LCAD乙?；斤@著提高，表明乙?；瘯?huì)對(duì)LCAD的活性產(chǎn)生抑制[31]。

Sirt3 的表達(dá)可以提高心肌梗死后的脂肪酸氧化水平。Chen等[32]使用人參皂苷Rb3對(duì)心肌梗死后誘導(dǎo)的心衰小鼠進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)其可以顯著增加心衰小鼠心臟Sirt3 的表達(dá)，上調(diào)脂肪酸氧化中肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1α 和LCAD 的表達(dá)，增加心肌脂肪酸氧化水平，改善能量代謝和細(xì)胞凋亡。Cheng 等[33]的研究同樣證實(shí)Sirt3 的表達(dá)與急性心肌梗死后的脂肪酸氧化水平密切相關(guān)。這些結(jié)果表明，Sirt3 可以調(diào)節(jié)心肌梗死后的脂肪酸氧化水平，改善能量代謝，保護(hù)損傷細(xì)胞。

3.2 Sirt3與三羧酸循環(huán)

在Sirt3 敲除小鼠中，參與三羧酸循環(huán)的蛋白有43%出現(xiàn)乙酰化水平升高[30]，表明Sirt3 在調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的能量代謝中具有重要作用。丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）復(fù)合物由PDH、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰基酶、二氫硫辛酰胺脫氫酶組成，這些酶催化丙酮酸脫羧（丙酮酸到乙酰輔酶A）的限速步驟，生成乙酰輔酶A 進(jìn)入三羧酸循環(huán)。這個(gè)過程至關(guān)重要，因?yàn)槠鋵⑻墙徒馀c通過三羧酸循環(huán)的有氧能量產(chǎn)生聯(lián)系起來。研究發(fā)現(xiàn)，Sirt3可以直接調(diào)節(jié)PDH 的去乙?；?，增加PDH 活性[34-35]。在心臟中同樣發(fā)現(xiàn)Sirt3 缺乏或血管緊張素Ⅱ刺激引起的蛋白質(zhì)乙?；黾优cPDH 的活性降低相關(guān)[36]。異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH2) 和蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase，MDH）均是參與三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)酶，IDH2 通過還原型輔酶Ⅰ（nicotinamide adenine dinucleotide，NADP）在三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH），催化異檸檬酸鹽形成α-酮戊二酸（α-ketoglutaric acid，α-KG），而MDH 催化蘋果酸氧化成草酰乙酸，后者重新進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生檸檬酸。IDH2和MDH的乙酰化受Sirt3調(diào)節(jié)已被研究證實(shí)，Sirt3的升高可以顯著降低二者的乙酰化水平及活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)，改善能量代謝[37-38]。此外，?；o酶A 合成酶短鏈家族成員2（acyl-CoA synthetase short-chain family member 2,ACSS2）通過將乙酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A 而在脂肪生成中起關(guān)鍵作用，乙酰輔酶A 進(jìn)入三羧酸循環(huán)以促進(jìn)氧化磷酸化并產(chǎn)生能量，而Sirt3 可通過去乙?；{(diào)節(jié)激活A(yù)CSS2實(shí)現(xiàn)該過程[39]。

Ma 等[40]對(duì)心肌梗死小鼠提前進(jìn)行心肌肥厚預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)該干預(yù)可以顯著提高心肌梗死小鼠心肌Sirt3的表達(dá)水平和活性，增加IDH2 表達(dá)，降低心肌梗死誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激水平，減輕心肌損傷。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入研究，通過Sirt3 過表達(dá)和敲除及乙?；稽c(diǎn)的突變模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)肥厚預(yù)處理是通過Sirt3 去乙?；{(diào)節(jié)IDH2 上的K143 乙?；稽c(diǎn)，減輕心肌缺血后的線粒體損傷，改善能量代謝，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[41]。表明Sirt3 可以調(diào)節(jié)心肌梗死后的三羧酸循環(huán)，減輕氧化應(yīng)激，保護(hù)受損心肌。

3.3 Sirt3 與電子呼吸傳遞鏈（electron transport chain,ETC）

三羧酸循環(huán)和ETC 將氧化還原平衡與ATP 生成聯(lián)系起來[42]。ETC 由5 個(gè)多亞基的復(fù)合物組成，即復(fù)合物Ⅰ～Ⅴ。Sirt3 敲除增加了復(fù)合物Ⅰ的乙?；?，使其活性降低了約20%。外源性Sirt3 的加入可以增加Sirt3 的去乙?；痆43]，證明Sirt3 對(duì)復(fù)合物Ⅰ具有調(diào)節(jié)作用。琥珀酸脫氫酶復(fù)合體黃素蛋白亞單位A（succinate dehydrogenase complex flavoprotein subunit A，SDHA）是復(fù)合物Ⅱ的催化亞基之一，Sirt3 可調(diào)節(jié)其乙?；絒30]。在Sirt3 敲除情況下，復(fù)合物Ⅱ的活性降低了25%，表明SDHA 亞基的高乙?；档土似潆娮觽鬟f的活性[44]。在HEK293T 和人類骨肉瘤細(xì)胞中，Sirt3 下調(diào)增加了復(fù)合物Ⅴ的寡霉素敏感相關(guān)蛋白(oligomycin sensitivity-conferring protein, OSCP)亞基和α亞基的乙酰化，這與ATP水平降低有關(guān)[45]。

Zhang 等[46]對(duì)心肌梗死小鼠進(jìn)行Polydatin 藥物治療，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明該藥物可通過上調(diào)心肌Sirt3 表達(dá)，增加復(fù)合物Ⅰ～Ⅴ的活性和檸檬酸合酶活性，增加ATP，減少心肌細(xì)胞凋亡。另外，研究發(fā)現(xiàn)褪黑素可以上調(diào)糖尿病I/R 損傷小鼠的AMPK-PGC1α-Sirt3 通路，增加復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的表達(dá)，減輕氧化應(yīng)激和心臟損傷，而Sirt3 的抑制消除了褪黑素的這種保護(hù)效應(yīng)[47]。這些結(jié)果表明，Sirt3 可以調(diào)節(jié)心肌梗死后的復(fù)合物水平，改善ETC，保護(hù)心肌免受心肌梗死損傷。

4 總結(jié)與展望

心肌梗死后，受損心肌因缺血缺氧導(dǎo)致的能量代謝紊亂會(huì)進(jìn)一步引發(fā)線粒體自噬、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等，加劇心血管病變的進(jìn)程。Sirt3 在調(diào)節(jié)心肌梗死后能量代謝中發(fā)揮重要作用，其參與能量代謝的各個(gè)生物過程，包括脂肪酸氧化、三羧酸循環(huán)和ETC。通過調(diào)節(jié)這些能量代謝相關(guān)蛋白的乙酰化水平，調(diào)節(jié)心肌能量代謝的平衡，保護(hù)心肌細(xì)胞免受損傷。針對(duì)Sirt3開發(fā)特異性激動(dòng)劑可成為臨床心肌梗死患者一種新的治療策略，幫助心肌梗死患者恢復(fù)心肌能量代謝，保護(hù)心功能。盡管針對(duì)Sirt3 在心肌梗死后的作用研究已經(jīng)有了很大進(jìn)展，但仍有很多問題有待進(jìn)一步解決，如同在線粒體中存在的Sirt4和Sirt5與心肌梗死之間的聯(lián)系目前研究尚少，二者是否與Sirt3 存在相互作用仍然未知；Sirtuins家族成員Sirt1～7的定位與生理功能彼此之間存在很大差異，Sirt1～7 成員之間的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)有待進(jìn)一步研究。針對(duì)這些問題的深入研究將有助于進(jìn)一步探索Sirt3 在心肌梗死治療中的潛在價(jià)值，并尋找新的藥物和治療策略來調(diào)節(jié)Sirt3 的功能，以改善心肌梗死后能量代謝紊亂所引起的心臟功能障礙。