SIRT1介導的信號通路在阿霉素誘導心臟毒性中的作用機制

李登科　張偉　黃從新

【摘要】沉默信息調節(jié)因子1（SIRT1）通過介導多種信號通路參與調節(jié)氧化應激、線粒體功能、細胞凋亡、炎癥反應、內質網(wǎng)應激、纖維化等病理生理過程，在阿霉素誘導的心臟毒性中發(fā)揮保護作用?，F(xiàn)總結SIRT1介導的信號通路在阿霉素誘導心臟毒性中的作用機制。

【關鍵詞】沉默信息調節(jié)因子1；信號通路；阿霉素；心臟毒性

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.03.015

The Mechanisms of SIRT1-Mediated Signal Pathway in Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity

LI Dengke，ZHANG Wei，HUANG Congxin

（Department of Cardiology，Renmin Hospital of Wuhan University，Cardiovascular Research Institute，Wuhan University，Hubei Key Laboratory of Cardiology，Wuhan 430060，Hubei，China）

【Abstract】Silence information regulator 1（SIRT1） plays a protective role in doxorubicin-induced cardiotoxicity by mediating a variety of signaling pathways to participate in the regulation of oxidative stress，mitochondrial function，apoptosis，inflammatory response，endoplasmic reticulum stress，fibrosis and other pathological and physiological processes.This review summarizes the mechanisms of SIRT1-mediated signaling pathways in doxorubicin-induced cardiotoxicity.

【Keywords】Silence information regulator 1；Signal pathway；Doxorubicin；Cardiotoxicity

阿霉素（doxorubicin，DOX）是一種廣泛應用的化療藥物，用于治療各種類型的癌癥，然而DOX的劑量依賴性心臟毒性極大地限制了其臨床應用，最終導致不可逆的退行性心臟病和充血性心力衰竭［1］。越來越多的證據(jù)表明，沉默信息調節(jié)因子1（silence information regulator 1，SIRT1）在心臟老化、糖尿病心肌病、DOX誘導的心臟毒性（DOX-induced cardiotoxicity，DIC）中發(fā)揮保護作用［2］。現(xiàn)綜述近年來SIRT1在DIC中發(fā)揮保護作用的潛在機制。

1 SIRT1/Nrf2通路

核轉錄因子紅系2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是一種抗氧化反應的主要調節(jié)因子，在大多數(shù)組織中表達，并且在調節(jié)心肌細胞抗氧化反應相關的酶的表達中起主要作用。各種體外和體內研究［3］表明靶向Nrf2可能具有改善心血管疾病的潛力。近年來有研究表明SIRT1可調節(jié)Nrf2的活性。Li等［4］報道了漆黃素通過增加SIRT1的表達和Nrf2的核易位逆轉了谷胱甘肽過氧化物酶4的表達水平來減輕心肌細胞鐵死亡，從而緩解了DOX引起的心功能不全、心肌纖維化和心臟肥大。也有研究表明Nrf2可調節(jié)SIRT1的活性。Lu等［5］的研究指出白藜蘆醇和天然成纖維細胞生長因子1（fibroblast growth factor 1，F(xiàn)GF1）聯(lián)合治療在DOX處理的心臟模型中表現(xiàn)出強大的抗氧化能力，進一步分析其機制表明白藜蘆醇和FGF1可激活SIRT1和Nrf2的表達，而抑制SIRT1或Nrf2都將消除白藜蘆醇和FGF1對心臟的保護作用，令人意外的是，短發(fā)夾RNA（short hairpin RNA， shRNA）介導的Nrf2沉默明顯降低了SIRT1的蛋白表達，并阻斷了白藜蘆醇誘導的SIRT1激活，提示SIRT1和Nrf2之間可能形成了正反饋回路。從目前的研究中可得出結論，即SIRT1/Nrf2信號通路介導了對DIC的保護作用，但SIRT1和Nrf2之間是否形成正反饋還需進一步證明。

2 SIRT1/PGC-1α通路

作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1）家族的成員，PGC-1α通過與過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor， PPAR）、雌激素相關受體、核呼吸因子的直接相互作用和共激活，在調節(jié)能量代謝、細胞分化、線粒體生成的過程中起重要作用。既往研究報道SIRT1是PGC-1α的重要上游調控因子［6］。DOX可增加心肌細胞中PGC-1α的乙?；讲⒁种凭€粒體生物發(fā)生相關基因的表達，進而導致氧化應激，DOX對心肌細胞的這些不良影響可通過激活SIRT1來改善。Li等［7］發(fā)現(xiàn)彌羅松酚可通過改善線粒體生物發(fā)生和脂肪酸氧化來緩解DOX引起的小鼠心功能障礙、心肌結構損傷和細胞凋亡，對其潛在機制進一步研究表明，彌羅松酚的保護作用與心臟SIRT1和PGC-1α的上調有關。另一項研究［8］發(fā)現(xiàn)，紫檀茋可通過AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和SIRT1級聯(lián)反應上調PGC-1α的表達和去乙?；?，進而改善DOX誘導的心肌細胞線粒體損傷和氧化應激。因此，通過維持線粒體穩(wěn)態(tài)、抑制氧化應激和凋亡、有效調控SIRT1/PGC-1α通路對預防和治療DIC發(fā)揮了重要作用。

3 SIRT1/PPARγ通路

PPARγ是核受體超家族的成員，是研究最廣泛的配體激活的轉錄因子之一，已被報道在調節(jié)自由基、炎癥和免疫反應等方面起著重要作用［9］。有研究表明甘草提取物可減輕DOX引起的氧化應激和脂代謝紊亂，從而維持線粒體功能，防止心肌細胞肥大。進一步探究其保護機制時發(fā)現(xiàn)甘草提取物恢復了核SIRT1和PPARγ水平，并且免疫共沉淀實驗證明了SIRT1和PPARγ的相互作用，這表明甘草提取物對心臟的保護作用是通過SIRT1/PPARγ通路介導的［10］。Liang等［9］發(fā)現(xiàn)補骨脂素通過激活SIRT1/PPARγ通路改善線粒體功能障礙、心肌纖維化、氧化應激和細胞凋亡，從而改善DOX誘導的心肌損傷。近年來，石蒜堿也被證明可通過調節(jié)SIRT1/PPARγ通路來減輕DOX誘導的心肌損傷和心臟射血功能下降［11］。因此，SIRT1/PPARγ通路在DIC的治療中發(fā)揮重要作用。

4 SIRT1/AMPK通路

AMPK是一種調節(jié)細胞代謝的保守能量傳感器，AMPK的激活能促進ATP的合成以維持細胞能量儲存［12］。AMPK是DIC的敏感靶點，DOX可抑制AMPK的磷酸化并激活下游哺乳動物雷帕霉素靶蛋白，導致心肌細胞凋亡增加和自噬減少，誘導小鼠心臟毒性［13］。SIRT1與心臟中AMPK的代謝調節(jié)有關，SIRT1可通過激活AMPK的磷酸化來減少心肌細胞凋亡和心肌細胞能量代謝紊亂，從而改善心臟功能，減少心肌梗死面積，改善心肌缺血/再灌注損傷［14］。在DIC模型中，金合歡素以濃度依賴性方式上調SIRT1/AMPK信號通路并增強Nrf2/HO-1信號通路，增強內源性抗氧化劑的表達和下調心肌細胞凋亡水平來預防DIC和心功能障礙［15］。Wang等［16］發(fā)現(xiàn)上調SIRT1可通過抑制鼠雙微體基因2介導的sestrin 2泛素化上調sestrin 2的表達，進而激活AMPK發(fā)揮抗氧化和抗凋亡作用，減輕DOX心肌毒性。此外，還發(fā)現(xiàn)sestrin 2導致的AMPK激活反過來也會促進SIRT1的表達，表明SIRT1和AMPK可形成正反饋調節(jié)環(huán)路。這揭示了一種SIRT1保護心臟免受DIC的新的調節(jié)機制，提示靶向SIRT1/sestrin 2/AMPK軸開發(fā)新藥物可能對于預防和治療DIC具有重要意義。

5 SIRT1/FOXO通路

叉頭框蛋白O（forkhead box protein O，F(xiàn)OXO）是具有高度保守的螺旋結構域的一類轉錄調控因子，屬于FOX家族中的一個亞類，在細胞增殖、凋亡、代謝、氧化應激、DNA修復和細胞周期停滯等病理生理過程中起著至關重要的作用［17］。Li等［18］表明激活SIRT1可促進FOXO3a的核易位，在DOX誘導的心肌損傷中發(fā)揮保護作用。但也有研究報道SIRT1負向調節(jié)FOXO的表達。Wang等［19］發(fā)現(xiàn)，SIRT1通過泛素化和降解FOXO3a，進而緩解氧化應激誘導的內皮祖細胞凋亡。與該研究一致的是，SIRT1降低FOXO1及其靶細胞死亡基因Bim的表達來保護心臟免受DOX誘導的凋亡，因此，SIRT1在DIC中的抗凋亡作用可能與負向調控FOXO1的表達有關［20］。上述關于SIRT1調控FOXO的研究存在爭議，可能是因為SIRT1對FOXO的去乙?；饔脮黾悠滢D錄活性，而FOXO的去乙?；瘎t會促進其自身的多泛素化和降解［21］。因此，SIRT1/FOXO通路在DIC中的具體作用機制有待進一步研究。

6 SIRT1/p53通路

p53是一種腫瘤抑制因子，調控細胞增殖、衰老、凋亡和DNA修復等。在血管緊張素Ⅱ誘導心肌細胞凋亡的研究［22］中發(fā)現(xiàn)，SIRT1可抑制p53乙酰化，并抑制p53與線粒體裂變蛋白Drp1啟動子結合，進而抑制線粒體裂變和心肌細胞凋亡。一般情況下，SIRT1通過依賴p53轉錄途徑（作用于凋亡相關靶基因Bax的表達）和不依賴p53轉錄途徑（線粒體釋放細胞色素C）兩種方式調控細胞凋亡。有研究［23］表明DOX通過促進細胞色素C從線粒體中釋放并增加p53乙酰化和p53依賴性Bax轉錄，進而促進細胞凋亡的發(fā)生，這些過程可被白藜蘆醇（SIRT1激動劑）減弱。有研究［24］發(fā)現(xiàn)一種新的FGF1變體可通過SIRT1抑制p53的乙酰化，并增強鼠雙微體基因2介導的p53泛素化來降低p53的活性，從而減少DOX誘導的細胞凋亡和氧化應激。此外，敲低熱休克蛋白25也可降低SIRT1的活性，增加p53的乙酰化，加重DOX誘導的H9c2細胞凋亡［25］。因此，調控SIRT1/p53通路可能為治療DIC提供了新途徑。

7 SIRT1/NLRP3通路

NOD樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體是先天性免疫系統(tǒng)的重要調節(jié)因子，由NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白和半胱天冬酶原1三部分組成，可對微生物感染、內源性危險信號和環(huán)境刺激作出反應。組裝好的NLRP3炎癥小體可激活半胱天冬酶原1誘導gasdermin D依賴性焦亡，促進白細胞介素-1β和白細胞介素-18的釋放，有助于先天免疫防御和穩(wěn)態(tài)維持［26］。然而，NLRP3的過度激活會引起炎癥、鐵死亡等多種類型的細胞死亡。既往研究［27］表明，NLRP3炎癥小體在動脈粥樣硬化、擴張型心肌病、心肌梗死、糖尿病心肌病、心力衰竭、DIC等心血管疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。據(jù)報道SIRT1可下調NLRP3炎癥小體來調節(jié)細胞炎癥。毛蕊異黃酮激活SIRT1不僅可上調心肌中谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性，還可降低心肌中活性氧、丙二醛、白細胞介素-1β、NLRP3水平，提示毛蕊異黃酮對DOX誘導的心功能障礙的保護作用可能與SIRT1/NLRP3通路有關［28］。此外，二氫楊梅素也可通過SIRT1/NLRP3通路抑制DOX誘導的炎癥反應［29］。因此，SIRT1/NLRP3信號通路可能是DIC的潛在治療靶點。然而在DIC中，SIRT1抑制NLRP3的具體機制尚不清楚，因此有必要進一步研究。

8 SIRT1/NF-κB通路

核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）是炎癥和免疫反應的關鍵調節(jié)因子，在DIC的發(fā)展中起著關鍵作用。既往研究［30］指出DOX可上調NF-κB的表達，引起心臟炎癥。Basak等［31］發(fā)現(xiàn)敲低G蛋白信號調節(jié)因子7可激活SIRT1的表達并抑制NF-κB的乙?；?，從而減弱DOX誘導的小鼠心臟中的無菌性炎癥、纖維化重塑和左心室功能障礙。與之類似的是，Yuan等［32］最近的一項研究表明，通過補體C1q/腫瘤壞死因子相關蛋白3激活SIRT1可通過降低腫瘤壞死因子-α水平和NF-κB核轉位，發(fā)揮抗炎作用，改善DIC。SIRT1對DIC的抗炎作用可能與其對NF-κB的抑制有關，而SIRT1對NF-κB在DIC中的調控機制尚需進一步研究。

9 SIRT1/H2AX通路

組蛋白H2AX是H2A蛋白家族眾多變體中的一種，是DNA損傷反應途徑的主要參與者。DNA雙鏈斷裂時絲氨酸/蘇氨酸激酶共濟失調-毛細血管擴張突變基因（ataxia-telangiectasia mutated gene，ATM）在Ser1981位點發(fā)生自磷酸化，導致其自身激活，激活后的ATM可磷酸化DNA雙鏈斷裂處組蛋白H2AX的Ser139位點，促進DNA雙鏈斷裂修復，從而維持基因組的完整性和穩(wěn)定性［33］。有研究報道，缺乏H2AX的小鼠表現(xiàn)出DNA修復缺陷。近期Kuno等［34］證明在受到DOX攻擊時，SIRT1可通過去乙酰化作用使H2AX的Lys5位點發(fā)生去乙?；瑥亩笻2AX的Ser139位點磷酸化水平升高，繼而減輕DNA損傷和細胞凋亡，減輕DOX心肌毒性。而在谷氨酰胺取代Lys5的H2AX突變體中H2AX的Ser139位點磷酸化水平降低，導致DOX誘導的心肌毒性加重。然而，目前尚不清楚乙酰化的Lys5是如何抑制H2AX的Ser139磷酸化的，因此還需進一步研究來闡述其具體機制。

10 總結

DOX引起的心肌損傷涉及多種病理生理過程，包括氧化應激、炎癥、細胞凋亡、細胞焦亡、鐵死亡、內質網(wǎng)應激和纖維化等。越來越多的研究表明，SIRT1通過介導多種信號通路在DIC中發(fā)揮保護作用。盡管之前的研究已證實SIRT1能緩解DOX誘發(fā)的心臟毒性，但目前尚無系統(tǒng)的研究來評估靶向SIRT1治療DIC的臨床效果。因此，深入了解SIRT1在DIC中的作用機制，有助于促進和推動靶向SIRT1相關藥物的研發(fā)，為DIC的防治提供新的潛在方案。

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收稿日期：2023-09-19

基金項目：湖北省技術創(chuàng)新專項（2016ACA153）

通信作者：黃從新，E-mail：huangcongxin@vip.163.com欄目