SIRT蛋白功能研究進展

周娜靜，閆永鑫(綜述)，徐彥楠，閆蘊力(審校)(河北醫科大學基礎醫學研究所細胞生物研究室，河北 石家莊 050017)

·綜述·

SIRT蛋白功能研究進展

周娜靜，閆永鑫(綜述)，徐彥楠，閆蘊力*(審校)
(河北醫科大學基礎醫學研究所細胞生物研究室，河北 石家莊 050017)

抗衰老酶；蛋白；綜述文獻

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.045

Sirtuins蛋白是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴的組蛋白去乙?；竅1]。酵母Sirtuins與染色體末端的失活及rDNA轉錄沉默有關，可以延緩抑制衰老，延長壽命。Sirtuins是一個高度保守的基因家族，它不僅存在于酵母、果蠅、秀麗線蟲等細胞內，還廣泛存在于哺乳動物各種細胞內。至今為止，人類細胞內已經發現了7種不同類型的Sirtuins(SIRT)蛋白，分別命名為SIRT1～7。在哺乳動物，SIRT由一個能量傳感器家族構成，能夠在細胞內NAD+/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotid，NADH)比例增加時以NAD+依賴的方式介導脫乙?；騉-ADP-核糖基化。而且其功能在高級真核生物大大增加了，可以參與哺乳動物的多種生理功能，如通過組蛋白、轉錄因子和共調節子的脫乙?；饔靡曰虮磉_進程中等位復合體的形式調節代謝和內環境穩定。SIRT還可以通過直接調節酶和結構蛋白的活性使整個機體內環境維持穩定。

1 結構特征、分布及活性調節機制

SIRT1～7具有高度的序列同源性，其催化區高度保守，包含2個球形區，1個大區和1個具有2個獨立單元的小區。大區由1個倒掛的經典開口α/β Rossmann折疊結構構成，這一結構在多種結合NAD+或NADP的蛋白中都存在，具有NAD+/NADH結合蛋白的特性。在大區和小區交界處，大區內有1個NAD結合的袋狀結構，可以幫助尼克酰胺調節SIRT蛋白的活性，在大區和小區交界處還形成了1個與2個區形成的長軸垂直的大溝，現認為具有底物識別和催化作用。除此基本的催化區之外，氨基端和羧基端的延伸部分可能對酶活性具有調節作用，與酶底物的特異性有關。

SIRT蛋白的亞細胞定位很廣泛，SIRT1、6、7是核蛋白，分別在核基質、異染色質和核仁含量豐富。SIRT2主要在細胞質，但它可以通過脫乙酰化的轉錄因子調節基因表達，而這些轉錄因子能夠從胞質到胞核穿梭。SIRT3能夠誘導整個線粒體蛋白的脫乙酰化，線粒體轉錄因子也是其作用靶點。

SIRT1是目前研究最多最清楚的一個成員，SIRT1 mRNA轉錄與細胞外刺激、營養缺乏及腫瘤有關。已知的調節SIRT1啟動子的轉錄因子包括protein53(p53)、E2啟動子結合因子1(E2 promoter binding factor 1，E2F1)、叉頭轉錄因子3A(forkhead box class O 3A,FOXO3A)等。SIRT1能夠調節其自身轉錄，能夠與這些因子聯合，經脫乙?；饔谜{節它們的活性。在SIRT1啟動子區有2個p53結合位點，與p53的結合能夠抑制SIRT1的轉錄，而在饑餓的情況下，p53能夠與FOXO3A聯合作用，阻斷p53的抑制功能，激活轉錄。應對遺傳毒性壓力時，E2F1蛋白表達上調，與SIRT1啟動子中的2個結合位點結合，激活轉錄。SIRT1脫乙?；瘜53抑制功能的作用還不清楚，但似乎能夠使p53不穩定。在這一過程中對SIRT1的表達形成一個正反饋環路，在營養缺乏時，SIRT1水平增加，能夠抑制p53的抑制功能，從而進一步增加SIRT1產物。

2 SIRT1與代謝及疾病

2.1 SIRT1與代謝調節：因為熱量限制促進長壽與SIRT1有關，因而SIRT1在營養供應和能量代謝方面調節作用研究已經付出了很多努力。熱量限制時SIRT1表達增加，能夠通過轉錄因子FOXO1根據各組織對能量的需要而調節脂肪代謝[2]。SIRT1還能通過脂肪生成的轉錄因子去乙?；种浦镜暮铣蒣3]。SIRT1在系統能量和脂類激素代謝的平衡調節中也發揮重要作用。

2.2 SIRT1與腫瘤:哺乳動物SIRT1與宿主一些已知與癌癥有關的因子相互作用，可能在一些情況下促進腫瘤細胞的生存。過表達SIRT1能夠阻止腫瘤細胞的凋亡并降低腫瘤細胞對一些抗腫瘤藥物的敏感性，而降低SIRT1功能能夠得到相反的作用。SIRT1能夠使p53和FOXO脫乙?；?進而阻斷了p53、FOXO依賴的轉錄及凋亡作用[4-5]。隨年齡增長SIRT1表達上調，促使老化細胞存活，增加癌癥發生的危險。另外，SIRT1水平與腫瘤轉移、侵襲等生物學特性密切相關,并最終與患者的預后相關[6]。Kim等[7]發現SIRT1水平與患者手術術后的預后密切相關。Wu等[8]研究表明SIRT1與乳腺癌的淋巴結轉移有關。在胃癌中SIRT1與腫瘤分期、患者預后密切相關[9]。SIRT激動劑白藜蘆醇可以安全有效地抑制轉移性膀胱癌[10]。遺傳毒性的抗癌藥物如鬼臼毒素引起的DNA損傷能夠誘導E2F1依賴的SIRT1表達，而SIRT1的沉默能夠增加對鬼臼毒素的藥物敏感性，表明SIRT1的促存活作用，可能會影響腫瘤化療的結果。在耐藥細胞珠SIRT的表達提高，而這似乎能夠增加p-糖蛋白多藥耐藥泵出泵的表達[11]。低分化腺癌小鼠的背外側前列腺較正常組織和高分化的前列腺上皮腫瘤表達高。前列腺腫瘤活檢組織癌細胞比非癌性細胞表達高[12]。在多種腫瘤耐藥細胞株表達都上調，siRNA轉染敲除則對藥物敏感[11]。但在小鼠細胞已經發現的另一個核Sirtuin成員SIRT6，能夠對抗DNA損傷的功能，促進DNA修復，抑制基因組的不穩定。SIRT6缺失的小鼠年輕時即死亡，出現多種退化進程中與老化相關的代謝異常和情形。SIRT1、6可能都能影響哺乳動物腫瘤的發生，而這還需要進一步的研究。

2.3 SIRT1與神經退行性疾?。涸谛∈笈咛ブ?，SIRT1在心、腦、脊索、背側根高水平表達，其在腦內的高表達表明SIRT1在神經和腦的發生中發揮作用，這一觀點與SIRT1敲除的小鼠表現一致，SIRT1敲除的小鼠出生后存活極少，即使存活也多有發育缺陷，如露腦畸形和視網膜異常。一個有趣的研究[13]發現，白藜蘆醇預處理可以模擬經SIRT1的預老化狀態，而在缺血預適應或白藜蘆醇預處理后用SIRT1抑制劑Sirtinol失活SIRT1，神經保護作用消除。SIRT1在腦缺血損傷中具有神經保護作用，也提示小分子的SIRT1激活劑如白藜蘆醇可能具有潛在的臨床應用效果。相反，Sirtuin抑制劑尼克酰胺可以在急性缺氧損傷中保護神經細胞存活。SIRT1的神經保護作用可以延伸到退化的神經元。研究[14]顯示，特異性敲除腦SIRT1可增加老年癡呆患淀粉樣斑塊的形成，而過表達SIRT1可減少斑塊的形成。SIRT1還可以使Tau蛋白去乙?；兊貌环€定，從而可以減少斑塊的形成[15]。在帕金森病的小鼠模型中，SIRT1可以保護突觸核蛋白免受降解[16]。在亨廷頓舞蹈病中SIRT1過表達可以改善運動神經元的功能[17]，而特異性敲除腦SIRT1的表達會加重病情[18]。

2.4 SIRT1與癲癇：禁食，更具體的說是熱量限制，是最早使用的有效治療癲癇發作的方法。熱量限制雖然對多種神經疾病模型都有益處，而最有效的是癲癇。在EL小鼠——遺傳和環境混合刺激誘導的癲癇模型小鼠，癲癇發作開始在最初幾個月典型發作，但熱量限制后，發作會延遲幾周，熱量限制還能通過尾靜脈注射戊四氮來降低癲癇發作閾值[19]。與此一致，熱量限制的大鼠齒狀回興奮性降低，閾值升高，潛伏期延長，癲癇發作的持續時間延長。間斷的禁食可以防止興奮性毒性所致空間學習障礙，減少海馬神經元死亡，提高相關的認知功能。最近Wang等[20]發現SIRT1活性降低可以增加癲癇時神經元的死亡，而增加細胞內NAD+水平可以減少神經元死亡。

3 SIRT1調節物

因為需要NAD+作為協同底物，所以NAD+和尼克酰胺是SIRT蛋白的非競爭性抑制劑，但大量的其他NAD+依賴酶會因此產生不良反應。Sirtinol和Splitomicin是真核細胞SIRT的有效抑制物。白藜蘆醇是其最有效最特征性的激活劑[21]。麻黃素、咖啡因、匹格列酮使脂肪細胞SIRT1 mRNA增加，ω-3脂肪酸能夠逆轉輕度腦外傷性損傷的SIRT1降低，其他植物多酚類化合物如紫鉚因(Butein)、漆樹黃酮(Fisetin)、白皮杉醇(Piceatannol)、槲皮素(Quercetin)也是調節SIRT蛋白活性的化合物。

4 結 語

在過去幾年里SIRT1在細胞和器官老化中的作用研究主要集中于蛋白的去乙?；饔萌绾卧谀芰看x、細胞存活和壽命延長直接發揮作用。SIRT1的作用可以使哺乳動物從代謝生理上處于一個更為健康的狀態，而SIRT1功能異常與腫瘤及神經系統疾病密切相關。

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(本文編輯：趙麗潔)

2014-04-23；

2014-05-12

周娜靜(1976-)，女，河北安國人，河北醫科大學基礎醫學研究所講師，醫學學士，從事抗癌藥物篩選及機制研究。

*通訊作者

R345.54

A

1007-3205(2014)08-0983-04