抗衰老因子SIRT1和SIRT6抗衰老作用研究新進(jìn)展

阮清偉 馬 騁 陳 洋 馬永興

(復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院上海市老年醫(yī)學(xué)研究所，上海 200040)

衰老是生物體在遺傳因素和內(nèi)外環(huán)境相互作用下出現(xiàn)進(jìn)行性，不可逆的生理功能下降的生物學(xué)過程。早在75年前，McCay和他的同事首先發(fā)現(xiàn)熱量限制的大鼠比自由飲食的大鼠壽命更長。盡管這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過去了很久，但對于促使壽限延長的分子機(jī)制一直撲朔迷離。最初在酵母中發(fā)現(xiàn)的沉默信息調(diào)控因子2(Sir2)，是一種NAD+依賴性去乙酰轉(zhuǎn)移酶，在對于酵母壽限的調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要的作用。后來，在通過熱量限制延長酵母壽限方面，發(fā)現(xiàn)Sir2在其中起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)推出了生物學(xué)中一個新的領(lǐng)域：對于Sir2以及其在哺乳動物中的同源蛋白——Sirtuins家族的研究。其中，SIRT1抗衰老作用經(jīng)歷了肯定，質(zhì)疑，再到肯定的一個過程〔1～6〕；SIRT6則是Sirtuins家族具有抗衰老作用的另外一個重要的家族成員〔7〕。

1 Sirtuins家族成員及其與衰老長壽的關(guān)系

Sirtuins家族主要有7個蛋白成員：SIRT1-SIRT7。它們在細(xì)胞中分布較為廣泛，功能也較為多樣。Michishita 等2005年研究發(fā)現(xiàn)SIRT1、SIRT6和SIRT7分布于細(xì)胞核中的不同部位，SIRT1主要分布于核小體內(nèi)，SIRT7主要存在于核仁，SIRT2通常存在于胞漿中，而線粒體中存在較多的是SIRT3、SIRT4和SIRT5，其中SIRT3主要在線粒體內(nèi)膜，SIRT5多分布于線粒體內(nèi)膜腔和基質(zhì)中。Sirtuins蛋白家族在細(xì)胞中的廣泛分布，參與調(diào)控細(xì)胞分化與凋亡，細(xì)胞周期，新陳代謝與基因組穩(wěn)定等方面。由于Sirtuins是一種NAD+依賴性組蛋白去乙酰化酶，因而它通過賴氨酸去乙酰化來改變蛋白質(zhì)的活性以及穩(wěn)定性來調(diào)控衰老過程〔8〕。Sirtuins家族中，目前已知SIRT1、SIRT3和SIRT6與衰老和長壽有關(guān)，其中SIRT1和SIRT6與調(diào)控衰老及長壽的關(guān)系最為密切，是探究衰老機(jī)制與干預(yù)的研究熱點和方向，并且已經(jīng)在許多方面取得了重大進(jìn)展。基于此，本文重點綜述SIRT1和SIRT6最新研究進(jìn)展。

2 SIRT1的研究進(jìn)展

人類的Sirtuins家族中SIRT1是與Sir2同源性最高的同系物，主要位于細(xì)胞核內(nèi)。SIRT1除了能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老，細(xì)胞增殖與凋亡，炎癥反應(yīng)以及維持機(jī)體新陳代謝外，還參與許多老年相關(guān)疾病的預(yù)防，如癌癥，阿爾茨海默病和2型糖尿病等，并在其進(jìn)展中發(fā)揮重要的保護(hù)作用。Sirtuins蛋白的過表達(dá)曾被報道可以延長酵母、果蠅和線蟲的壽命〔1,2〕。在小鼠進(jìn)行的SIRT1的實驗研究結(jié)果表明，進(jìn)行熱量限制1年的小鼠體內(nèi)SIRT1的基因高水平表達(dá)，并且細(xì)胞的存活能力顯著增強(qiáng)〔3〕。p53是SIRT1的一種生理性底物，是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡與老化的一個重要蛋白。2004年Luo等通過研究證明，SIRT1通過去乙酰化抑制p53蛋白的活性，減少通過此途徑的細(xì)胞凋亡并抑制生長，從而延長細(xì)胞壽命；另一方面，端粒長度是細(xì)胞的生物鐘，SIRT1通過參與對端粒的調(diào)控來調(diào)節(jié)細(xì)胞的壽命；再者，SIRT1能夠調(diào)控能量代謝，通過代謝相關(guān)基因促使胰島β細(xì)胞分泌胰島素，并抑制脂肪增長。因而SIRT1在抗衰老領(lǐng)域被稱作“抗老衰因子”，是目前研究的重要靶點和熱點。

然而，F(xiàn)abrizio 等對酵母研究發(fā)現(xiàn)，缺乏Sir2酵母與野生型酵母相比，能擴(kuò)展酵母的壽限，與Sir2去乙酰化酶維持細(xì)胞復(fù)制壽限相矛盾〔4〕。Chua 2005年通過研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在慢性亞致死量的毒性環(huán)境下能夠引發(fā)小鼠胚胎中成纖維細(xì)胞的凋亡，由此認(rèn)為SIRT1在不同的細(xì)胞環(huán)境中對衰老的調(diào)節(jié)作用可能會有所不同。此外，2011年Burnett等通過重復(fù)實驗研究證明：Sir2的過表達(dá)對于線蟲和果蠅的壽限的延長沒有影響，且與CR所引起的長壽沒有關(guān)系〔5～8〕。SIRT1調(diào)控衰老的作用受到了質(zhì)疑，其在調(diào)節(jié)細(xì)胞壽命方面的作用也在進(jìn)一步探索中。

研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1的基因表達(dá)水平在衰老小鼠的胚胎成纖維細(xì)胞、肺上皮細(xì)胞、人類內(nèi)皮細(xì)胞以及暴露于氧化劑中的巨噬細(xì)胞中有所降低。在嚙齒動物中，SIRT1同樣呈現(xiàn)出年齡相關(guān)性的降低〔9～11〕。缺乏SIRT1的小鼠比同窩出生的其他野生小鼠體積小且衰老更快。SIRT1通過防止應(yīng)激性過早衰老而產(chǎn)生內(nèi)皮保護(hù)功能，從而調(diào)節(jié)因內(nèi)皮功能障礙引起的心血管疾病的發(fā)展〔12,13〕。

近年Hubbard〔6〕團(tuán)隊通過對調(diào)節(jié)SIRT1機(jī)制的藥物進(jìn)行十余年研究后發(fā)現(xiàn)Sirtuins蛋白激活化合物(STACs)存在變構(gòu)激活SIRT1的共同機(jī)制。該團(tuán)隊最新研究證實SIRT1對于許多與年齡增長有關(guān)疾病仍然是一個可行的治療性干預(yù)靶點。SIRT1的底物之一是轉(zhuǎn)錄因子FOXO3。在慢性阻塞性肺病小鼠，肺SIRT1表達(dá)水平下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子FOXO3乙?；徒到?，腫瘤抑制基因p21和p16增加而出現(xiàn)肺上皮細(xì)胞衰老和肺功能損傷；通過遺傳學(xué)操作過度表達(dá)SIRT1或使用SIRT1藥理學(xué)激動劑SRT1720，能減輕吸煙等引起的肺細(xì)胞衰老和延緩慢性阻塞性肺病的發(fā)生。其機(jī)制是通過去乙?；疐OXO3，減弱其降解，從而阻止P21和p16激活引起的肺細(xì)胞衰老〔9〕。除了FOXO3，其他許多參與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)信號和細(xì)胞衰老的SIRT1蛋白底物也已被確定，包括Ku70/Ku80, 細(xì)胞外因子/β-連環(huán)蛋白和沃納綜合征蛋白(Werner syndrome protein)〔14～16〕。Howitz等2003年研究發(fā)現(xiàn)，存在于葡萄和葡萄酒中的多酚類物質(zhì)白藜蘆醇(Resveratrol，RES)是抗衰老藥物。RES不僅能夠發(fā)揮抗氧化劑的作用從而可預(yù)防腫瘤，最近還被認(rèn)為是SIRT1的活化劑，通過抑制cAMP磷酸二酯酶使cAMP含量升高，并升高NAD+，從而激活SIRT1〔17〕。此外，它還能夠激發(fā)AMP-活化蛋白激酶的磷酸化，并能夠降低生物標(biāo)記物在實驗室環(huán)境中的氧化損傷〔18〕。白藜蘆醇能夠通過激活SIRT1從而模擬出熱量限制來延長壽命的效果。盡管RES在許多老年性疾病中能夠發(fā)揮一定的作用，然而根據(jù)老年人生理特點，其在人體內(nèi)生物利用率較低，消除半衰期較短，每天使用量較大；由于RES還能夠激活除SIRT1之外的多種蛋白激酶，不同濃度的RES發(fā)揮的作用也不盡相同，相同濃度的RES作用于不同的靶細(xì)胞也會起到不同的作用。因而在使用RES是還應(yīng)注意考慮其可能產(chǎn)生的副作用。

最新的證據(jù)表明AMPK和SIRT1之間有一定相似性。他們對許多生理過程都具有相似的影響，這些生理過程包括細(xì)胞代謝，炎癥反應(yīng)以及線粒體功能。這些相似性是由于AMPK和SIRT1之間能夠相互調(diào)節(jié)，而且他們擁有一些相同的目標(biāo)分子。這些研究成果以及當(dāng)前許多實驗室對常見催化劑以及SIRT1和AMPK目標(biāo)分子的研究成果促使人們開始檢驗SIRT1和主要的上游AMPK激酶(Liver Kinase B1)之間可能存在的聯(lián)系〔18〕。比如說，Hou等人在2008年發(fā)現(xiàn)了一種SIRT1/LKB1/AMPK的信號機(jī)制，這個機(jī)制證實了多酚類物質(zhì)(白藜蘆醇，SI 17834)只有在SIRT1和LKB1同時存在時，才能激活存在于人工培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞和小鼠活體內(nèi)肝臟細(xì)胞中的AMPK〔19〕。

3 SIRT6的最新研究進(jìn)展

SIRT6主要存在于細(xì)胞核，在Sirtuins家族中有舉足輕重的地位。North等2003年研究結(jié)果表明SIRT6具有去乙?；幕钚?，因而對研究SIRT6在抗衰老領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。除此之外，SIRT6還有很強(qiáng)的ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性,能夠自發(fā)地催化自身ADP-核糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。SIRT6具有與Sir2相似的生物學(xué)功能，除了能夠延緩衰老，調(diào)節(jié)新陳代謝以及修復(fù)損傷的DNA之外，在近期的研究中發(fā)現(xiàn)了其新的生理特性，Mostoslavsky等〔7〕在實驗中將小鼠體內(nèi)SIRT1-SIRT77個蛋白基因依次敲除，只敲除SIRT6的小鼠與其他小鼠相比，出現(xiàn)了壽命縮短的現(xiàn)象，伴有骨密度降低、皮下脂肪減少、淋巴細(xì)胞減少等早衰癥狀，嚴(yán)重者還會出現(xiàn)代謝失調(diào)，如胰島素樣生長因子1(IGF-1)水平急劇降低，血糖下降，并在出生4 w后因血糖過低而死亡。由此可知，SIRT6對于維持內(nèi)分泌代謝穩(wěn)定以及血糖的調(diào)節(jié)有著重要的作用。此外，SIRT6缺失的小鼠因缺少了DNA損傷后的堿基切除修復(fù)(Base Excision Repair，BER)方式，表現(xiàn)出對DNA損傷敏感度增高，基因組穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)染色體易位和缺失。Kaidi等〔20〕通過研究發(fā)現(xiàn)，SIRT6可以與C-端結(jié)合蛋白(CtBP)以及CtBP結(jié)合反應(yīng)蛋白(CtIP)協(xié)同發(fā)生作用，促進(jìn)DNA堿基切除修復(fù)，從而使其基因組保持穩(wěn)定。

目前國際上許多學(xué)者將衰老同炎癥反應(yīng)聯(lián)系起來，認(rèn)為SIRT6能夠影響炎癥信號通路，尤其是核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)〔21〕。NF-κB是一種能與免疫球蛋白K輕鏈基因的增強(qiáng)子序列特異結(jié)合的蛋白因子，通常與其抑制蛋白IκB結(jié)合成無活性的形式存在于胞漿中，誘導(dǎo)激活信號可使它們分離〔22〕。該信號通路存在于宿主免疫應(yīng)答體系中，參與調(diào)控炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和基因毒性應(yīng)激等之外，也參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、自體吞噬等幾種機(jī)體自身穩(wěn)態(tài)機(jī)制。進(jìn)一步的研究表明，SIRT6能夠與NF-κB的RELA 亞型相互作用，使NF-κB靶基因啟動子組蛋白3的賴氨酸9(histone H3 lysine 9，H3K9)位點去乙酰化，以減弱NF-κB的信號，減少下游炎癥靶基因轉(zhuǎn)錄，從而減輕細(xì)胞衰老、凋亡以及相關(guān)炎癥反應(yīng)等生物學(xué)效應(yīng)〔23〕。

Hong Jiang〔24〕近報道SIRT6 通過水解長-鏈脂性酰基賴氨酸，調(diào)節(jié)TNF-α分泌，有助于機(jī)體抗炎效應(yīng)而達(dá)到抗衰老作用。

在維持機(jī)體能量代謝方面，SIRT6的關(guān)鍵干預(yù)靶點為低氧誘導(dǎo)因子1α(Hif-1α)。ADP核糖聚合酶1(PARP1)、NF-κB以及Hif-1α都是轉(zhuǎn)錄因子，SIRT6能夠?qū)ARP1、NF-κB以及Hif-1α這三個轉(zhuǎn)錄因子在組蛋白上進(jìn)行去乙?；鸬秸{(diào)控作用〔20〕，使它們在參與其各自炎癥反應(yīng)、下游DNA的損傷修復(fù)以及調(diào)控與糖類、脂類等能量代謝相關(guān)酶的表達(dá)或功能方面表現(xiàn)出有利于機(jī)體自身的效應(yīng)。生物體之所以能在演變過程中維持基因組結(jié)構(gòu)與功能的相對穩(wěn)定，也許正是通過減少炎癥因子對機(jī)體的不良作用，減少DNA的損傷，以及提高與能量代謝有關(guān)酶的正常生理活動，以達(dá)到改善能量代謝功能低下與紊亂狀態(tài)，從而顯現(xiàn)出延緩衰老的效應(yīng)，使機(jī)體在最大程度上保持相對年輕的狀態(tài)。目前有關(guān)SIRT6蛋白的基礎(chǔ)研究結(jié)果已經(jīng)顯示，能夠促進(jìn)SIRT6蛋白表達(dá)或活性的藥物分子，在延緩衰老、治療衰老相關(guān)疾病以及延長壽命等方面有可能發(fā)揮一定的潛力。

在臨床實踐中也發(fā)現(xiàn)許多中藥具有提高機(jī)體免疫能力，預(yù)防保健，延緩衰老的功效。例如補陽藥中的代表藥物淫羊藿〔25,26〕，歸肝腎經(jīng)，長于補腎壯陽。陳洋等首先經(jīng)過實驗研究，初步提出淫羊藿中的提取物淫羊藿苷(Icariin，ICA)，對SIRT6有一定的激活作用〔22〕。在較低的藥物濃度環(huán)境下仍有顯著的激活作用，且對于SIRT6的激活效應(yīng)明顯優(yōu)于其對照組白藜蘆醇(RES)。淫羊藿苷(ICA)通過其對SIRT6酶蛋白的激活，使年老小鼠體內(nèi)SIRT6的表達(dá)程度提高，并且抑制NF-κB蛋白表達(dá)以及機(jī)體炎癥反應(yīng)。該結(jié)果提示淫羊藿苷(ICA)發(fā)揮效應(yīng)的新靶點與NF-κB信號通路和SIRT6組蛋白去乙酰化酶之間有密切的關(guān)系〔22〕。

此外，還有研究結(jié)果證明，淫羊藿苷(ICA)能夠減輕與衰老相關(guān)的認(rèn)知功能缺陷，其的機(jī)制之一可能與淫羊藿苷能夠激活神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)有關(guān)〔20〕。綜合上述多方面研究，淫羊藿苷(ICA)在抗衰老領(lǐng)域具有很大的潛力，其低濃度高效應(yīng)的特點在抗衰老藥物中占有極大的優(yōu)勢。目前還應(yīng)繼續(xù)對其進(jìn)行實驗研究及循證醫(yī)學(xué)觀察，獲得更多在抗衰老方面有效力的證據(jù)，使其能夠更好地發(fā)揮抗衰作用〔22,26〕。

4 Sirtuins家族的治療前景及展望

Sirtuins家族成員能夠調(diào)控多種機(jī)體生理過程，具有多種生物學(xué)效應(yīng)，因而成為了干預(yù)衰老和衰老相關(guān)疾病中備受關(guān)注的潛在靶點。Sirtuins家族在代謝適應(yīng)性反應(yīng)中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，也同包括代謝失調(diào)，癌癥，炎癥反應(yīng)，心臟肥大以及神經(jīng)退行性變在內(nèi)的増齡性疾病有著密切的聯(lián)系。不同合成激活物調(diào)節(jié)SIRT1的共同的變構(gòu)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)使得從大量的SHIRT1激活物中選擇活性最高在人體進(jìn)行試驗成為可能。SIRT6是另一個理想的“長壽因子”，成為研究人類抗衰老的關(guān)鍵靶點〔27〕。從傳統(tǒng)的中藥篩查有效的SIRT1和SIRT6的激活物將是未來尋找有效抗衰老藥的一個重要研究領(lǐng)域。然而，目前存在的關(guān)鍵的問題在于SIRT1在抗衰老研究尚存在兩種不同的觀點，至今還沒有直接證據(jù)證明究竟哪一種觀點是錯誤的或是片面的〔1～6〕。對于調(diào)節(jié)Sirtuins蛋白表達(dá)和活性，以及調(diào)節(jié)這些蛋白的精確刺激物的分子機(jī)制依然缺乏全面的了解。不同的Sirtuins蛋白的活性是是否具有相同的作用和相似的作用機(jī)制？這些問題有待進(jìn)一步的研究。

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