SIRT1免疫調(diào)節(jié)功能與免疫相關(guān)性疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

劉海春，徐向平

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱150000)

Sirtuins蛋白家族是哺乳動(dòng)物酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2(Sir2)的直系同源物質(zhì)。Sirtuins家族包括7個(gè)成員，分別是Sirt1～Sirt7，其中Sirt1與酵母Sir2同源性最高，是研究最廣泛的成員。雖然Sir2最初被認(rèn)為是組蛋白脫乙酰酶，但Sirt1有組蛋白和非組蛋白底物。Sirt1的內(nèi)源性底物非常豐富，包括p53、p300、NF-κB、c-Jun等，其每次脫乙酰化反應(yīng)水解一個(gè)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)，因此，Sirt1亦被稱為NAD+依賴性蛋白質(zhì)脫乙酰酶[1]。Sirt1的脫乙酰酶活性使其具有多種免疫調(diào)節(jié)功能，并參與部分免疫性疾病的發(fā)生。現(xiàn)就Sirt1的結(jié)構(gòu)及活性、與Sirt1相關(guān)的免疫通路、Sirt1的免疫調(diào)節(jié)功能及Sirt1對(duì)免疫性疾病的調(diào)節(jié)作用綜述如下。

1 Sirt1的結(jié)構(gòu)與活性

Sirt1是哺乳動(dòng)物NAD+依賴性蛋白質(zhì)脫乙酰酶，由747個(gè)氨基酸組成，形成一個(gè)高度保守的催化核心結(jié)構(gòu)域，并延伸有高度無(wú)序的N-末端和C-末端區(qū)域。其核心結(jié)構(gòu)域是發(fā)生NAD +依賴性脫乙酰化反應(yīng)的區(qū)域[2]。Sirt1位于細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)穿梭調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)中的靶標(biāo)。Sirt1具有抗炎、抗氧化、抗凋亡等作用[3]，生物學(xué)功能主要依賴其脫乙酰酶活性。

Sirt1活性受到體內(nèi)多種物質(zhì)的調(diào)節(jié)，由于Sirt1每次脫乙酰化反應(yīng)需1個(gè)NAD+分子，所以其活性的調(diào)節(jié)與NAD+的可用性密切相關(guān)。煙酰胺(NAM)是NAD+的反應(yīng)產(chǎn)物，負(fù)反饋調(diào)節(jié)NAD+，抑制Sirt1的活性，NAD+糖基水解酶可水解NAD+，同樣抑制Sirt1的活性。相反，煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(NAMPT)催化NAM回到NAD+的再循環(huán)，則可增強(qiáng)Sirt1活性[4]。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)亦可通過(guò)NAM+調(diào)節(jié)SIRT1的活性，AMPK感受細(xì)胞中的AMP/ATP比例，在能量?jī)?chǔ)存減少時(shí)，AMPK活化上調(diào)多種基因以增加ATP生成[5]，AMPK活化的產(chǎn)物之一是NAD+，從而激活Sirt1。反之Sirt1可去乙酰化LKB1(一種AMPK激活劑)，正反饋調(diào)節(jié)AMPK活性。LKB1通過(guò)Sirt1的去乙酰化從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中自我激活，然后激活A(yù)MPK[6]。此外，Yang等[7]研究表明褪黑素可促進(jìn)Sirt1表達(dá)，Kim等[8]研究證實(shí)miR-34a可抑制Sirt1活性 ，Gardner等[9]研究提示腫瘤壞死因子-α(TNF-α)可調(diào)節(jié)Sirt1分裂，抑制Sirt1活性。

Sirt1活性還受外源性物質(zhì)的調(diào)節(jié)。白藜蘆醇是一種在葡萄、紅酒和花生中發(fā)現(xiàn)的膳食抗氧化劑多酚，是第一個(gè)被報(bào)道的小分子Sirt1激活劑。諸多證據(jù)支持白藜蘆醇通過(guò)激活A(yù)MPK間接激活Sirt1。異黃酮、人參皂苷、五味子素A、桔梗皂苷[10]、橙皮苷和槲皮素等均有激活Sirt1的作用。部分人工合成的化合物則可抑制Sirt1活性。Sirtinol和Splitomycin是NAD+和NAM的小分子類似物，可模擬NAD+與Sirt1結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性抑制Sirt1活性。吲哚衍生物、四氫咔唑、羥基萘甲醛衍生物、硫代巴比妥酸鹽等化合物亦是Sirt1的外源性抑制劑[2]。

2 Sirt1相關(guān)的免疫通路

2.1 NF-κB通路 NF-κB是一種普遍表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，可控制諸多參與炎癥的基因表達(dá)，NF-κB通路是刺激炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生和淋巴細(xì)胞活化的中心信號(hào)傳導(dǎo)節(jié)點(diǎn)。其五個(gè)家庭成員中，p65存在最為廣泛，且在多數(shù)細(xì)胞中呈高水平表達(dá)。其可與任何其他四個(gè)成員形成具有活性的二聚體轉(zhuǎn)錄因子[6]。

在NF-κB氨基酸序列中有3個(gè)乙酰化位點(diǎn)，K218、K221和K310。前兩個(gè)位點(diǎn)介導(dǎo)其DNA結(jié)合活性，而后者提高NF-κB轉(zhuǎn)錄活性。Sirt1使p65在K310位點(diǎn)脫乙酰化，從而導(dǎo)致NF-κB二聚體轉(zhuǎn)錄活性降低[11]，進(jìn)而抑制NF-κB通路下游的TNF-α、白細(xì)胞介素(IL)、環(huán)氧化酶-2(COX-2)等炎癥因子的產(chǎn)生 。p65的翻譯后修飾，包括乙酰化和甲基化，分別決定NF-κB轉(zhuǎn)錄活性的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。Sirt1能去除K310位點(diǎn)的乙酰化，K310的脫乙酰化能進(jìn)一步增強(qiáng)K314和K315的甲基化，這對(duì)p65的泛素化和降解有重要作用。Sirt1不僅抑制p300介導(dǎo)的NF-κB轉(zhuǎn)錄，而且抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB轉(zhuǎn)錄，最近研究表明，Sirt1還可抑制腎髓質(zhì)集合管細(xì)胞中Toll樣受體4誘導(dǎo)的NF-κB轉(zhuǎn)錄[12]。NF-κB的乙酰化對(duì)其轉(zhuǎn)錄活性極其重要，而Sirt1主要通過(guò)脫乙酰化作用抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性。但亦有研究顯示，Sirt1抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄并不總是依賴其脫乙酰化酶活性。因Sirt1的突變體Sirt1-H363Y和無(wú)脫乙酰催化結(jié)構(gòu)域的N-末端碎片亦可抑制轉(zhuǎn)運(yùn)素樣分裂增強(qiáng)劑誘導(dǎo)的NF-κB轉(zhuǎn)錄。因此，Sirt1可能通過(guò)脫乙酰酶依賴性和非依賴性方式抑制NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，這取決于特異性相互作用的物質(zhì)和細(xì)胞背景。

2.2 AP-1通路 除了NF-κB通路，轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白-1(AP-1)的轉(zhuǎn)錄活性對(duì)激活免疫應(yīng)答有重要作用。AP-1是由c-Fos和c-Jun組成的異二聚體，T細(xì)胞活化后上調(diào)AP-1，以誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖、分化及IL-2產(chǎn)生[6]。Sirt1可與c-Jun相互作用，并去乙酰化c-Jun，抑制AP-1轉(zhuǎn)錄活性。然而，Sirt1與c-Jun相互作用似乎亦依賴于其C-末端，因?yàn)槿狈-末端的Sirt1突變體不能和c-Jun相互作用。此外，Sirt1與AP-1間的作用亦在巨噬細(xì)胞中得到證實(shí)，Sirt1過(guò)度表達(dá)降低了腹膜巨噬細(xì)胞中AP-1靶基因COX-2的mRNA水平。

3 Sirt1的免疫調(diào)節(jié)功能

Sirt1的調(diào)節(jié)功能涉及多種過(guò)程，從腫瘤發(fā)生、線粒體發(fā)生、血管和神經(jīng)發(fā)生、物質(zhì)代謝到細(xì)胞分化及衰老，是免疫應(yīng)答的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器[13]。Sirt1的免疫調(diào)節(jié)作用成為近年的研究熱點(diǎn)，其可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞的活動(dòng)，影響固有免疫分子的產(chǎn)生，還參與T細(xì)胞的活化、增殖及分化等適應(yīng)性免疫應(yīng)答過(guò)程。

巨噬細(xì)胞是固有免疫系統(tǒng)中最主要的組成部分，是細(xì)胞因子TNF-α、IL-1、IL-6的主要來(lái)源。對(duì)小鼠巨噬細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，Sirt1基因的缺失導(dǎo)致脂多糖刺激的NF-κB轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)胞因子風(fēng)暴，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)；Sirt1抑制巨噬細(xì)胞中AP-1的轉(zhuǎn)錄活性，減弱其下游COX-2基因的表達(dá)，抑制包括IL-2等多種炎癥因子表達(dá)，抑制炎癥反應(yīng)[6]。此說(shuō)明Sirt1對(duì)巨噬細(xì)胞參與的免疫應(yīng)答有重要調(diào)節(jié)作用。樹突狀細(xì)胞是專職性抗原提呈細(xì)胞，不但參與固有免疫應(yīng)答，還是機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答的始動(dòng)者。有研究表明，Sirt1的抑制劑可減弱樹突狀細(xì)胞的成熟和遷移，減弱其啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答的能力。由樹突狀細(xì)胞分泌的IL-27可抑制CD4+T細(xì)胞分化為輔助T細(xì)胞，同時(shí)IL-27促進(jìn)可分泌抗炎因子IL-10的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞產(chǎn)生。有報(bào)道稱Sirt1可抑制樹突狀細(xì)胞分泌抗炎因子IL-27[14]，Sirt1在某些情況下參與自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。另有學(xué)者認(rèn)為Sirt1可調(diào)節(jié)人樹突狀細(xì)胞中IL-12p70/IL-23的平衡并調(diào)節(jié)進(jìn)行中的免疫應(yīng)答[13]。上述發(fā)現(xiàn)揭示了Sirt1對(duì)樹突狀細(xì)胞功能調(diào)節(jié)的潛在作用。中性粒細(xì)胞產(chǎn)生快、存活時(shí)間短，有很強(qiáng)的趨化和吞噬能力。對(duì)白血病細(xì)胞的研究表明，Sirt1的完全缺失干擾了中性粒細(xì)胞發(fā)育所必需的自噬，抑制了中性粒細(xì)胞的終末分化，并有學(xué)者認(rèn)為NAMPT/ NAD+/Sirt1通路對(duì)粒細(xì)胞集落刺激因子誘導(dǎo)粒細(xì)胞生成至關(guān)重要[14]。這表示Sirt1在特定背景下參與中性粒細(xì)胞的自噬與分化。

Sirt1參與固有免疫細(xì)胞活動(dòng)的同時(shí)，還對(duì)固有免疫分子產(chǎn)生顯著影響。NLRP3炎癥體(NOD樣受體家族中的一員)不僅是固有免疫的關(guān)鍵效應(yīng)因子，還是其他多種固有免疫分子的啟動(dòng)者。Li等[15]研究支持Sirt1可抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞NLRP3炎癥體，進(jìn)而抑制其下游炎癥因子，抑制炎癥反應(yīng)。此外，Yin等[16]研究發(fā)現(xiàn)Sirt1可減少IL-6和先兆子癇患者血清誘導(dǎo)的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞高遷移率族蛋白1和熱休克蛋白70的釋放，從而抑制炎癥和應(yīng)激，減少細(xì)胞死亡。目前認(rèn)為Sirt1可起到抑制炎癥的作用，通過(guò)NF-κB和AP-1等通路抑制TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8 、COX-2、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)等促炎因子產(chǎn)生，并有學(xué)者[17]認(rèn)為Sirt1可促進(jìn)抗炎蛋白IL-10、抗氧化蛋白SOD及β防御素-2水平。但Yang等[14]研究發(fā)現(xiàn)Sirt1抑制抗炎因子IL-10和IL-27表達(dá)，促進(jìn)炎癥反應(yīng)過(guò)程，此需進(jìn)一步深入研究。

抗原提呈細(xì)胞是連接固有免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁，外源性抗原通過(guò)主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅱ類分子抗原提呈途徑將抗原提呈給特異性CD4+T細(xì)胞識(shí)別，而Sirt1可通過(guò)MHCⅡ類分子反式激活因子(CⅡTA)途徑增強(qiáng)T細(xì)胞的活化，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫應(yīng)答和宿主的防御[18]。Sirt1不僅調(diào)節(jié)T細(xì)胞的活化，還調(diào)節(jié)T細(xì)胞增殖和分化。T細(xì)胞完全活化后，還有賴于多種細(xì)胞因子的作用才能使T細(xì)胞進(jìn)一步增殖和分化，IL-2對(duì)T細(xì)胞的增殖至關(guān)重要；IL-1、IL-4、IL-6、IL-10、IL-12等細(xì)胞因子參與T細(xì)胞的分化。Sirt1可通過(guò)NF-κB和AP-1通路抑制IL-1β、IL-2、IL-6等細(xì)胞因子的產(chǎn)生，表明Sirt1可能抑制T細(xì)胞的增殖和分化，甚至導(dǎo)致T細(xì)胞活化后凋亡。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠T細(xì)胞的增殖需TCR和CD28共刺激，但Sirt1基因缺失小鼠T細(xì)胞在單獨(dú)TCR刺激時(shí)達(dá)到了同樣的增殖水平，這說(shuō)明Sirt1缺失小鼠的T細(xì)胞是過(guò)度增殖的[6]。對(duì)狼瘡小鼠的研究表明[19]，Sirt1的激活劑白藜蘆醇抑制CD4+T細(xì)胞的增殖，抑制CD4+T細(xì)胞表達(dá)CD69和CD71，降低了Th1/Th2細(xì)胞比率，此進(jìn)一步說(shuō)明了Sirt1抑制T細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化。此外，白藜蘆醇抑制狼瘡小鼠B細(xì)胞的增殖和抗體產(chǎn)生，提示Sirt1可能參與B細(xì)胞的免疫應(yīng)答，Sirt1在調(diào)節(jié)B細(xì)胞活化和分化中的功能有待進(jìn)一步研究。

4 Sirt1與免疫相關(guān)性疾病的關(guān)系

4.1 Sirt1與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 目前認(rèn)為TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、COX-2等炎癥因子和多種免疫細(xì)胞均參與了類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)的發(fā)病機(jī)制。血管舒緩激肽(BK)是RA炎癥反應(yīng)的標(biāo)志物。BK可與一種分布在平滑肌上的G蛋白偶聯(lián)受體相互作用，誘導(dǎo)第二信使二酯酰甘油產(chǎn)生，激活蛋白激酶C通路，進(jìn)而在RA中增強(qiáng)COX-2基因的轉(zhuǎn)錄。Sirt1可在RA滑膜成纖維細(xì)胞中抑制p65、c-Jun、c-Fos的乙酰化和磷酸化，減弱他們與COX-2啟動(dòng)子的結(jié)合，抑制COX-2表達(dá)[20]。Sirt1通過(guò)NF-κB及AP-1通路對(duì)固有免疫及適應(yīng)性免疫的消極調(diào)節(jié)，可能為RA提供新的治療方向[21]。

4.2 Sirt1與系統(tǒng)性紅斑狼瘡 在對(duì)狼瘡小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，Sirt1的激活劑白藜蘆醇對(duì)小鼠具有保護(hù)作用，包括降低狼瘡小鼠的蛋白尿，抑制腎免疫球蛋白沉積，減少腎小球腎炎，并且血清IgG1和IgG2a水平下降。而在體外實(shí)驗(yàn)中，白藜蘆醇抑制T細(xì)胞的CD69和CD71表達(dá)，抑制CD4+T細(xì)胞增殖并導(dǎo)致其凋亡，進(jìn)而降低Th1/Th2細(xì)胞比率，并抑制B細(xì)胞增殖及抗體產(chǎn)生[19]。此外，在狼瘡患者的CD4+T細(xì)胞中，紫外線B通過(guò)抑制Sirt1導(dǎo)致DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1活性降低，表明Sirt1可能是系統(tǒng)性紅斑狼瘡潛在的治療靶標(biāo)[22]。

4.3 Sirt1與系統(tǒng)性硬化癥 系統(tǒng)性硬化癥的特點(diǎn)是局限性或彌漫性皮膚增厚和纖維化。研究表明，雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是系統(tǒng)性硬化癥患者纖維化和皮損的促進(jìn)者，免疫抑制劑雷帕霉素通過(guò)與mTOR結(jié)合抑制其活性，阻遏細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)活化T細(xì)胞的增殖。Zhu等[23]通過(guò)小鼠模型和體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Sirt1可抑制mTOR的磷酸化，抑制炎癥和纖維化，達(dá)到改善硬皮病的效果，此提示Sirt1對(duì)系統(tǒng)性硬化癥存在一定的治療作用，但Sirt1是否通過(guò)去乙酰化而抑制mTOR的磷酸化目前尚不明確。

4.4 Sirt1與多發(fā)性硬化 多發(fā)性硬化的特點(diǎn)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)內(nèi)多發(fā)性炎癥性脫髓鞘改變，伴膠質(zhì)性增生，可有軸突損傷。對(duì)多發(fā)性硬化患者的研究顯示，Sirt1在損傷的腦組織中增加，多發(fā)性硬化復(fù)發(fā)時(shí)外周血單核細(xì)胞中Sirt1水平下降，說(shuō)明Sirt1和多發(fā)性硬化發(fā)病存在一定關(guān)系[24]。Li等[25]研究顯示，多發(fā)性硬化患者血清Sirt1水平降低，炎癥趨化因子CCL20水平升高，提示Sirt1可能通過(guò)NF-κB通路抑制CCL20表達(dá)，且Sirt1的缺乏可能參與了多發(fā)性硬化的發(fā)病機(jī)制。另有研究發(fā)現(xiàn)，多發(fā)性硬化患者發(fā)病期間其Sirt1 mRNA水平比治療穩(wěn)定期更低，表明Sirt1可能作為判定多發(fā)性硬化療效的標(biāo)志物[26]。

4.5 Sirt1與自身免疫性腦脊髓炎 激活Sirt1可通過(guò)NF-κB等通路抑制慢性神經(jīng)炎癥，對(duì)實(shí)驗(yàn)性免疫性腦脊髓炎小鼠起到保護(hù)神經(jīng)作用，醋酸格拉替雷治療實(shí)驗(yàn)性免疫性腦脊髓炎小鼠后Sirt1水平上升，炎癥水平下降[24]。Sirt1在神經(jīng)元中過(guò)度表達(dá)可抑制實(shí)驗(yàn)性免疫性腦脊髓炎小鼠的癥狀，改變脊髓炎癥表型，減少脫髓鞘和軸突損傷，減少脊髓細(xì)胞凋亡，增加腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子水平[27]，上述研究提示Sirt1激活劑可能成為自身免疫性腦脊髓炎新的治療方向。

綜上所述，Sirt1主要依賴其脫乙酰作用而發(fā)揮抗炎、抗自由基、抗衰老等作用。Sirt1的免疫調(diào)節(jié)功能主要通過(guò)NF-κB通路和AP-1通路實(shí)現(xiàn)，其在固有免疫應(yīng)答及適應(yīng)性免疫應(yīng)答中均有重要作用，對(duì)多種免疫性疾病具有顯著影響，但免疫相關(guān)疾病與Sirt1的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究，隨著對(duì)Sirt1免疫調(diào)節(jié)功能研究的不斷深入，其激活劑及抑制劑有望成為免疫相關(guān)性疾病新的治療方向。