SIRT1與肺部疾病的關系

宋小琴 綜述，王榮麗 審校

（瀘州醫學院附屬醫院呼吸內科，四川瀘州646000）

沉默信息調節因子Sir2是近來發現的一類具有NAD＋依賴性的組蛋白／非組蛋白去乙酰化酶，從細菌到哺乳動物都有表達，屬于Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶（HDAC）。Frye[1]首次鑒定和克隆出了7種人類的Sir2同系物：SIRT1～SIRT7，取名為“sirtuins”。SIRT1與Sir2的同源性最高，在哺乳動物成熟組織中廣泛表達，在生殖細胞和胚胎早期含量豐富，是目前研究最多的sirtuins。

1 Sir2家族

Sir2最早是在酵母細胞中被發現的，后來大量的研究證實Sir2在從細菌到人類的各種生物都有廣泛的分布。哺乳動物的sirtuins在亞細胞中的定位是不相同的，在細胞核中占優勢的主要是SIRT1、SIRT6和SIRT7，后兩者位于細胞核的異染色質區和核仁，而SIRT1也具有一些重要的胞質的功能，位于細胞核內除了異染色質區和核仁以外的區域，SIRT3、SIRT4、SIRT5位于線粒體，SIRT2定位在細胞質。sirtuins蛋白共同特征是都擁有一個保守的200個左右的氨基酸殘基構成的催化核心區域，暗示其具有保守的催化作用，但它們的蛋白質在亞細胞定位和作用底物上各不相同，使得它們的功能具有多樣性[2]。而不同的生物群體中相應的功能也會表現出多樣化。酵母的Sir2在交配型基因沉默、端粒區基因沉默、r DNA沉默中起重要作用，還可能參與長壽與衰老的調節。而人類sirtuins的底物是組蛋白、非組蛋白及各種轉錄因子和其他的各種功能性蛋白質。Sir2所催化的去乙酰基反應與水解NAD＋生成煙酰胺（NAM）和2－O－乙酰－ADP－核糖相偶聯[3]。由于Sir2的去乙酰化作用需要NAD＋作為輔助因子，所以NAD＋合成途徑和補救途徑在調節Sir2功能上起重要作用。Sir2活性受NAD＋補救途徑中的中間產物（煙堿，煙酸等）以及NADH和一些NAD＋的代謝物的調節[4]。

2 SIRT1定位、結構特征及生物學功能

2.1 SIRT1定位、結構特征 哺乳動物SIRT1與酵母Sir2的同源性最高，對其研究也最為深入。人類SIRT1于1999年被發現，由500個氨基酸殘基組成，其催化核心區域由275氨基酸殘基組成，編碼基因位于染色體lOq21.3全長33 kb，包含9個外顯子和8個內含子，5′端及3′端各有一個分別為53 bp和1 793 bp的非翻譯區，翻譯后的蛋白質相對分子質量約為60×103，不存在剪切變異體，具有NAD依賴的脫乙酰基酶活性。通過X線晶體衍射證實SIRT1有兩個基本結構域：一個大結構域，主要由Rossmann折疊組成，是許多NAD和NADP＋結合酶的特征域，這一結構域保守性較強；一個小結構域，包含一個鋅帶（Zincribbon）結構和一個螺旋構件，這一結構域保守性較低。在這兩個結構域之間形成一個裂隙，它的底物就結合于此并發生催化反應[5]。有關研究已經證實，第363位賴氨酸是SIRT1脫乙酰化酶活性的必需基團。

2.2 生物學功能及調控 SIRT1是廣泛存在于生物體的胞核及胞質中的一種核蛋白，主要通過對組蛋白、轉錄因子及其他蛋白修飾的賴氨酸殘基進行去乙酰化，調節基因的表達。SIRT1通過與不同的組蛋白和非組蛋白相互作用來完成不同的功能，這些蛋白主要包括：H1、H3、H4、p53、Ku70、FOXOs、NF－KB、Smad7、AR、E2F1、Tat、PGC－1α、NcoR、p300[6]。研 究發現，SIRT1在體內的底物并不具有序列或結構特異性，而是一種蛋白質之間的相互作用[3]。SIRT1參與體內許多生理功能調節，包括眾多基因轉錄、能量代謝以及細胞衰老過程的調節等，尤其在糖代謝、脂代謝、調節胰島素分泌中發揮著重要的作用[7]。此外，SIRT1還是細胞凋亡過程中的抑制因子。在生物體內，煙酰胺、sirtinol是SIRT1的功能抑制劑，紅葡萄酒抗氧化劑白藜蘆醇、槲皮素是其功能激活劑。目前，SIRT1相關的研究已經很多，且越來越深入，上述功能已經被大家熟知了，在國外已有不少的研究證實SIRT1和過敏性氣道疾病、肺癌、COPD等疾病有著密切的關系，但在國內相關的資料尚少。

3 SIRT1與肺部疾病的關系

3.1 SIRT1與過敏性氣道疾病 呼吸系統過敏反應性疾病中最常見的就是過敏性鼻炎和支氣管哮喘，而臨床上以后者更常見。氣道過敏性疾病是多種細胞及細胞因子參與的氣道慢性炎癥性疾病，中國目前沒有研究SIRT1與氣道過敏性疾病的相關研究，而國外相關文獻也很少。

Kim等[8]通過使用卵清蛋白（OVA）誘導建立過敏性氣道疾病的小鼠模型，研究中運用Western blot原理及免疫熒光等檢測模型小鼠吸入OVA激發后體內相關的指標，然后向模型小鼠體內注射sirtinol，再次檢測小鼠體內的相應指標。研究結果顯示模型小鼠注射sirtinol，吸入OVA激發后，肺內、氣管上皮細胞內的SIRT1水平及SIRT1酶活性，均較激發前大幅度的下降，于此同時氣道高反應性、高水平的VEGF、白細胞介素（IL）－4、IL－5和IL－13等氣道炎癥因子水平、升高的血管滲透性、氣道黏液的分泌水平等都大幅度降低。同時還發現氣道上皮細胞中，注射sirtinol后減弱了OVA誘導的HIF－1α水平的上調。可以推斷在小鼠體內，sirtinol通過HIF－1α介導的對血管內皮細胞生長因子表達的調節，可能減弱抗原介導的氣道炎癥和氣道高反應性。

3.2 SIRT1與流行性感冒 流行性感冒是一種常見的易發生于季節變化時的急性呼吸道感染性疾病，主要由流感病毒感染所致。目前，國內研究顯示SIRT1與流感病毒引起的細胞凋亡有密切的聯系。

關振宏等[9]采用流式細胞技術在觀察流感病毒誘導A459細胞凋亡情況的同時應用Western blot原理研究SIRT1和p53等蛋白的表達情況。研究結果顯示，1 000 TCID50／mL劑量流感病毒感染A549細胞后，細胞表現出典型的凋亡特征，且凋亡比例隨感染時間延長而逐漸增加。在流感病毒誘導細胞凋亡過程中，SIRT1蛋白的表達下降，p53的表達上升。線粒體中Bax的表達上調，Bcl－2的表達下降。從而推斷出SIRT1蛋白參與了流感病毒誘導的A549細胞凋亡，SIRT1蛋白表達下調可能促進了Bax釋放進入線粒體和p53蛋白功能的進一步發揮。

3.3 SIRT1與慢性阻塞性肺病（COPD） COPD是呼吸系統疾病中的常見病、多發病，近年來由于環境污染、吸煙及人口老齡化等原因，COPD的發病率和病死率居高不下，由于COPD患者肺功能進行性減退嚴重影響勞動力和生活質量。目前，在國內同樣沒有關于SIRT1與COPD的相關研究，而國外有較多的研究表明SIRT1與COPD關系密切。

Rajendrasozhan等[10]研究顯示，相對非吸煙組，吸煙者和COPD患者的巨噬細胞，肺組織中SIRT1水平降低是由于翻譯后修飾所引起的，而修飾是由香煙煙霧（CS）衍生的具有活性的復合物來實現的，導致Rel A／p65乙酰化減少。而SIRT1的消耗導致CS提取物（CSE）介導的Rel A／p65NF－κB乙酰化的增強，同時SIRT1去乙酰基酶可調節IL－8炎性因子的釋放。Rajendrasozhan等[11]將其總結為，CS／氧化劑誘導組蛋白乙酰轉移酶和組蛋白／非組蛋白去乙酰化酶（乙酰化酶），如導致染色質重塑的HDAC2和SIRT1發生翻譯后修飾，而引起染色質變異和表觀遺傳變化，而HDAC2／SIRT1－Rel A／p65輔阻遏復合物的分離與Rel A／p65乙酰化有相關性，最終引起持續的促炎基因的轉錄。因此染色質修飾和表觀遺傳調控，對COPD患者持續的肺部炎癥中起著至關重要的作用。這將有助于理解SIRT1在COPD的病理生理過程中的作用，將來可能會有助于后續治療研究的發展。Zeng等[12]闡述了NF－κB活性和組蛋白乙酰化的增強對引起局部促炎因子的釋放起著重要的作用，而SIRT1作為一種重要的蛋白參與到組蛋白的去乙酰化和負性調節NF－κB的活性從而減少炎癥因子的釋放。

關于COPD的炎癥因子的釋放，另外還有一個有價值的研究，Yang等[13]將單核巨噬細胞暴露于CSE中引起劑量、時間依賴的SIRT1活性和表達水平的降低，而這伴隨著NF－κB依賴的促炎因子釋放的增加。在有CS暴露史的小鼠的肺組織的炎癥細胞中同樣觀察到，伴隨著支氣管肺泡灌洗液和肺組織中幾種炎癥介質水平的升高，SIRT1水平降低。Sirtinol可增強CSE誘導的炎癥因子的釋放，相反，白藜蘆醇抑制CSE誘導的炎癥因子的釋放。由此得出CSE介導的SIRT1的抑制與NF－κB水平增高有關，CSE打斷了SIRT1與NF－κB的Rel A／p65亞基間的相互作用，導致單核巨噬細胞Rel A／p65乙酰化的增強。最終得出SIRT1通過NF－κB調控CS介導的炎癥介質的釋放，由此推斷SIRT1在肺部持續炎癥和細胞老化中的重要作用。

Hwang等[14]研究發現，由于CS的暴露導致肺上皮細胞、纖維細胞和巨噬細胞自溶，而通過白藜蘆醇預處理可以減弱CS引起的自溶反應，然而sirtinol預處理后可以增強自溶作用，在SIRT1缺陷小鼠肺內CS可以誘導高水平的自溶作用，而多二磷酸腺苷核糖聚合酶－1（PARP－1）通過抑制SIRT1的活性可以誘發細胞自噬。這些研究表明，通過CS介導的氧化應激誘導肺內細胞的細胞毒性反應即自溶作用，SIRT1－PARP－1軸在CS誘導的自溶作用調控中發揮了關鍵作用，這對理解CS誘導細胞死亡和衰老的機制有重要意義。

3.4 SIRT1與肺癌 隨著中國人口老齡化，加上嚴重的空氣污染，人們戒煙意識薄弱，肺癌居肺部疾病死亡率的首位，其發病機制復雜，因此肺癌的治療也就成為了一大難題。SIRT1與多種腫瘤，但是與肺癌的關系目前國內外也只有較少的文獻報道。

Sun等[15]研究中將A549肺癌細胞轉染針對SIRT1特異性的反義寡核苷酸，SIRT1的表達在mRNA和蛋白質水平上均成劑量依賴性降低，并成序列特異性方式表達。SIRT1表達的抑制誘導細胞分裂停滯在G1期和細胞程序性死亡，顯著地降低了A549細胞的存活率，同時還大大提高了輻射誘導的防擴散作用，這主要是與A549肺癌細胞的p53抑癌基因的乙酰化和Bax的表達有關。這個研究結果表明，反義寡核苷酸誘導SIRT1表達的抑制可能將成為一個潛在的基因治療方法來治療肺癌。

有研究發現，在細胞和動物模型中存在一個HIC1－SIRT1－P53環，其中癌超甲基化1（HIC1）抑制SIRT1轉錄，使P53去乙酰基作用并失活，而Tseng等[16]在118例肺癌患者體內檢測HIC1－SIRT1－P53環的改變從而尋找其在腫瘤發生中的作用。研究發現，肺鱗癌患者大多表現為p53的乙酰化水平較低和SIRT1的低表達，充分顯示HIC1也是低水平的表達，證實HIC1－SIRT1－p53環在臨床肺鱗癌患者的消極調節作用。而肺腺癌患者體內乳腺癌缺失因子1（DBC1）的表達阻斷了SIRT1的去乙酰基酶和p53之間的相互作用，導致P53乙酰化水平增高。通過組蛋白翻譯后修飾實現的HIC1啟動子的后生演變和HIC1啟動子的甲基化均有利于染色質的組裝，減弱了由p53乙酰化所誘導的轉錄從而對腫瘤的發生起著相應的調節作用。研究中還有重要的發現，肺癌患者若出現HIC1－SIRT1－P53環改變后的調節作用則提示患者預后較差。該研究的數據是HIC1－SIRT1－P53環的調節在肺腫瘤的發生和預后中的一個有效的臨床證據，由于SIRT1－DBC1控的不同和肺鱗癌和肺腺癌的后生演變的不同，決定了p53的乙酰化／去乙酰化和HIC1變化的重要地位。

4 展 望

目前，SIRT1已經成為當前的一個研究熱點，已經明確的證實SIRT1通過去乙酰化組蛋白／非組蛋白，還有一些轉錄因子的調控，參與基因的轉錄調控、DNA損傷修復、細胞凋亡等細胞水平維持機體正常的生命活動，已有研究證實SIRT1與過敏性氣道疾病、COPD、流感、肺癌等多種肺部疾病中都有相關性，但研究都沒與臨床的運用上相結合，SIRT1抑制劑和激動劑的開發，目前相關研究也相對較少，且目前沒有與肺炎、間質性肺疾病相關的文獻，若想要SIRT1作為靶點真正運用到臨床疾病的治療上，仍需進一步深入的研究。

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