SIRT1在糖尿病及其并發癥中的研究進展及治療潛力

郭淑芹 朱春英 張云良

SIRT1即沉默信息調節因子1是依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的組蛋白脫乙酰化酶，它參與糖代謝和胰島素的分泌過程。SIRT1基因沉默或蛋白抑制導致SIRT1下調可以誘導胰島素抵抗(IR)，增加SIRT1的表達尤其是在IR的情況下，可以增加胰島素的敏感性，促進胰島素分泌，降低血漿葡萄糖的含量，從而改善胰島素抵抗，成為治療糖尿病的新潛在靶點。

1 SIRT1的基本結構

SIRT1是第Ⅲ類HDACs(組蛋白去乙酰化酶)，從細菌到人類都高度保守，是Sir2的哺乳動物同源物，定位于第10條染色體的q21.3，基因長度為33 kb，無剪接變異，SIRT1主要定位于細胞核，也可位于細胞漿，有核漿胞質的穿梭運動。此外，它在胎兒及成人組織中廣泛表達，在肝、腦、腎、脂肪、肌肉組織中高表達，并且相對特異地、均勻地表達在胰島細胞中，胰島之外的外分泌腺細胞幾乎未見表達。

2 SIRT1與糖尿病

2.1 SIRT1與糖異生 SIRT1被認為是肝糖異生的一個調節因子，在空腹狀態下機體主要依靠糖異生來維持血糖的穩定，然而在糖尿病患者中，肝糖異生則是高血糖的一個主要因素。SIRT1在禁食期間通過增強其底物PGC1-α的乙酰化作用，來誘導PEPCK、FBPase、G6Pase基因轉錄，增加肝糖原的輸出，從而促進肝糖異生［1，2］除此以外sirt1可去乙酰化肝臟X受體，并且下調PTP1B導致膽固醇的轉運增加，胰島素抵抗減弱［3，4］。

2.2 SIRT1與胰島B細胞壽命

2.2.1 通過能量限制，延緩 β細胞的衰老 降低能量的20% ～40%被稱作能量限制(calorie restrict，CR)，CR上調SIRT1可提高胰島素的利用率，促進胰島素分泌，延緩β細胞的衰老.研究顯示缺失SIRT1的能量限制的小鼠處于高代謝狀態并且肝臟線粒體功能改變，此外還顯示小鼠利用能量障礙［5］。在讓β細胞特異性地高表達SIRT1的轉基因小鼠中發現小鼠的糖耐量增加了，β細胞壽命延長且功能得以保持，在SIRTl基因敲除和能量限制時，SIRTl轉基因后也可以直接增高胰島素的敏感性。

2.2.2 通過p53延長/縮短B細胞壽命:p53是SIRTl的生理性底物之一，SIRTl通過對p53蛋白第283位降低P53蛋白與DNA順式元件的結合能力，并由此減少由其誘導的細胞凋亡。Luo等［6］研究發現，SIRT1與p53在細胞核中相互作用，使p53的lys382脫乙酰基來抑制p53調控的細胞凋亡，通過賴氨酸殘基的去乙酰化，可以減少由p53誘導的細胞凋亡，有利于細胞的存活，從而延長胰島B細胞壽命，同時在突變的細胞中，過量表達SIRT1可以增加胰島B細胞對環境的應急適應能力。然而也有研究發現SIRT1參與了胰島B細胞包括凋亡在內的生命活動，引起B細胞的功能下降，從而導致胰島素分泌減少［7］，提示了它是糖尿病發生的一種潛在因素。因此SIRT1通過p53途徑在糖尿病中的作用仍有待進一步深入研究。

2.3 SIRT1與胰島素抵抗

2.3.1 通過FOXO影響胰島素分泌:FOXO(forhead box class 0，FOXO即叉頭轉錄因子)作為一種轉錄因子參與了凋亡調控基因、細胞周期控制基因以及應激反應相關基因的表達調控。哺乳動物脂肪細胞中，SIRTl可能是通過胰島素(INS)/胰島素樣生長因子(IGF-1)通路發揮作用，FOXO是胰島素信號通路(INS通路)的一個重要下游因子，SIRTl影響INS/IGF-1信號通路，從而影響下游的FOXO。Rutanen等［8］報道FOXO3可能是SIRTl的直接底物，SIRTl通過使FOXO脫乙酰基來調控FOXO誘導的基因，在脂肪組織中SIRTl與轉錄共抑制子NCoR相互作用，負調控白色脂肪細胞中的過氧化物增殖因子激活受體γ(PPARγ)，促進脂肪動員。能量限制能成功誘導胰島細胞內SIRT1蛋白的上調，抑制了FOXO1的活性，降低了FOXO1下游衰老相關蛋白和凋亡相關蛋白的表達，增強了INS/IGF-1信號通路及其自身的去乙酰化酶活性，從而同時提高了細胞對胰島素的敏感性，減少了胰島B細胞因過度分泌胰島素而引起的凋亡，最終延緩了B細胞的衰老。此外研究發現在胰島素敏感的組織中低能量消耗及SIRT1低表達均可能與胰島素抵抗相關的線粒體功能調節受損有關［9］。

2.3.2 通過PPARγ介導UCP2影響胰島素的分泌:肝臟和血循環中的脂肪含量升高可導致肝臟和外周組織出現胰島素抵抗。SIRT1能抑制細胞分化并增加脂肪分解，并且能與PPARγ結合，從而抑制部分PPARγ調控的基因表達。體內研究表明SIRTl對于維持葡萄糖和脂肪動態平衡是必需的。肝臟特異的SIRTl敲除不僅增加了血糖的濃度和胰島素抵抗，而且肝臟游離脂肪酸和膽固醇水平也增高了［10］。在胰島B細胞系中通過siRNA作用減少SIRTl的表達，提高解耦聯蛋白(UNCO-upling Protein 2，UCP2)水平，使胰島素分泌水平下降。SIRTl通過PPARγ介導的UCP2蛋白的抑制來促進胰島素的分泌。通過減少SIRTl，細胞內UCP2的敲除恢復了胰島素分泌的能力，表明UCP2導致受葡萄糖刺激的胰島素分泌的缺陷，SIRTl基因敲除鼠呈現構成性高UCP2表達，因此SIRTl在胰島B細胞通過調節UCP2來影響胰島素分泌是一個重要的信號傳導途徑。

3 SIRT1與糖尿病并發癥

3.1 糖尿病與冠心病 2001年美國國家成人膽固醇教育計劃第三次報告(ATPⅢ)明確提出“糖尿病是冠心病等危癥”。溫主治等［11］發現與非冠心病組患者相比，冠心病組患者存在糖耐量異常和新診斷糖尿病的風險分別是其1.6倍和2.3倍，然而未診斷糖尿病的冠心病住院患者普遍存在糖代謝異常，建議如有可能，全部心血管住院患者均應常規行口服葡萄糖耐量試驗(OGTT)檢查。陳麗函等［12］發現，大鼠模擬心臟缺血再灌注情況下，SIRT1高表達抑制半胱氨酸蛋白酶3的激活，提高心肌細胞抗凋亡或衰老的能力，達到保護心肌及其活力的目的，然而SIRT1表達缺失或活性喪失則均使心肌細胞凋亡增加。

3.2 糖尿病與腫瘤 在正常細胞中SIRT1是十分重要的抗衰老、抗代謝性疾病的蛋白。而在腫瘤細胞中，正是SIRT1的抗凋亡作用，使突變細胞逃避凋亡和衰老控制，而有助于腫瘤的發生。日本一項流行病學資料表明，患有糖尿病的亞洲人群同未患糖尿病者相比，其腫瘤發生風險明顯增加［13］。在多個腫瘤細胞系和實體腫瘤組織中發現SIRTl高表達［14］。有研究表明2型糖尿病可以通過影響IR/IGF-1R信號途徑促進乳癌的發生發展［15］。但是至今仍未有足夠的證據來明確糖尿病促進腫瘤的發生機制，有待進一步研究探討。

3.3 抗動脈粥樣硬化 SIRT1通過促進eNOS表達及刺激NO分泌而具有舒張血管的作用，還通過抑制E-選擇素的表達降低白細胞對內皮細胞的黏附，血管內皮特異性高表達SIRTl可以阻止apoE敲除小鼠動脈粥樣硬化的發生，并發現該功能SIRTI促進內皮細胞的存活及功能的改善有關，進一步研究發現，高糖環境下內皮細胞SIRTl的表達降低可能使其對p53表達的抑制作用降低，因而使細胞壽命縮短，從而促進糖尿病血管病變的發生。朱玉等［16］對與人2型糖尿病發病過程相似的自發性2型糖尿病OLETF大鼠為模型進行了研究，發現糖尿病大鼠腹主動脈SIRTI的表達明顯下降，Cardeflini等［17］對60名2型糖尿病患者的頸動脈斑塊進行分析，發現其TIMP-3的水平明顯下降，且與SIRTl的表達下降明顯相關。因此SIRTl的表達下降可能在糖尿病及其大血管并發癥的發生發展中具有重要作用。

3.4 保護神經元 Araki等［18］在小鼠神經細胞中發現，SIRT1蛋白能延緩神經細胞軸突降解，而這種降解往往發生于接觸化學藥物或從細胞體斷離的神經細胞軸突，表明SIRTI對神經元也有保護作用，新近研究表明，在視網膜變性10(rd10)的小鼠模型中，發現在rd10鼠的感光細胞中SIRT1的神經保護作用逐漸被減弱［19］。因此SIRT1可能改善糖尿病神經病變有待深入研究。

3.5 保護腦組織 對培養的海馬切片進行缺血預處理時發現提高SIRTI活性可以實現神經保護作用，腦缺血再灌注時，抑制SIRT1活性后神經保護作用即消失，表明SIRT1是腦缺血后神經保護的重要因子之一。此外，抗氧化劑維生素E可減輕氧化應激損傷，可能與其抑制高脂或高糖飲食引起的SIRT1水平下降有關，提示腦內SIRTI水平受氧化應激和能量平衡的影響［20］。

4 SIRT1指導臨床相關治療及其前景

4.1 SIRT1激活劑 植物產生的多酚類小分子物質，如白藜蘆醇(resveratrol，Res)、漆樹黃酮(fistein)、紫鉚因(butein)是其功能的激活劑。白藜蘆醇是一種在紅葡萄酒中發現的植物抗毒素，它可增加細胞內SIRTl的活性并且可模擬CR的有益作用［21］。SIRT1激動劑可保護內皮細胞不受高糖的影響，并可改善高糖環境下內皮細胞胰島素抵抗的作用，因此白藜蘆醇在預防和治療糖尿病大血管病變中具有廣闊的前景;SIRT1抑制劑［22］如 splitomicin 、sirtinol通過活化 NFκB/p65 加強人類上皮細胞組織因子的表達，而且還可以誘導體內動脈血栓的形成，因此SIRT1可能是預防動脈血栓的新靶點。對2型糖尿病db/db鼠的研究中發現白藜蘆醇在AMPK/SIRT1途徑中通過激活錳超氧化物歧化酶降低尿白蛋白排泄率，并減輕腎臟的病理改變因此在防治糖尿病腎病方面發揮著積極的作用［23］。目前新型SIRT1特異性小分子激動劑(如 SRT1720、SRT2104、SRT2183)增加SIRT1的活性的能力高于白藜蘆醇1000倍，可以產生與飲食限制和加強鍛煉的同等效應，能改善胰島素敏感性，降低葡萄糖濃度并增加線粒體功能，但是它們大部分都處于早期階段，有待更多的研究。

4.2 SIRT1與二甲雙胍 二甲雙胍是通過激活AMPK而改善糖尿病患者的血糖的，AMPK還可同時激活SIRTl，可以通過FOXOl、FOX03a以及PPARγ等轉錄因子，進一步調節機體的能量代謝。SIRT1可能依賴于AMPK的激活來發揮作用，有研究表明動脈中SIRT1的表達降低可能在2型糖尿病及其大血管并發癥的發生發展中具有重要作用［16］，而二甲雙胍可能通過升高SIRTl mRNA的表達具有保護糖尿病大血管的作用，因此SIRTl與AMPK協同激活，可能在糖尿病動脈粥樣硬化中具有潛在治療價值。

4.3 SIRT1與PPAP-γ活性激活劑 在糖尿病的治療中PPAP-γ活性激活劑——噻唑烷二酮類藥物可使胰島素敏感性增強，從而增強組織對葡萄糖的利用與攝取，但是SIRTl活性上調的藥物，將會使PPAP-γ活性降低，從而抑制脂肪的形成，這將使肥胖癥患者獲益，進而可以改善肥胖引起的胰島素抵抗，因此有關SIRTI對PPAP-γ活性的影響有待進一步研究。

Sirtuins作為一類抗代謝性疾病的蛋白，對人類代謝紊亂相關疾病、神經退行性疾病、心血管疾病等的治療具有潛在的治療價值，將其作為分子靶標用于新藥研發必將對相關疾病特別是糖尿病及其血管和神經病變的治療開辟新的途徑。

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