沉默信息調節因子2相關酶1抗動脈粥樣硬化作用機制的研究進展

劉相波，常榮

(1青海大學研究生院，西寧810000；2青海省人民醫院)

我國心血管病病死率高于腫瘤及其他疾病，且近年來發病率持續上升。動脈粥樣硬化(AS)作為心腦血管病的病理基礎一直是研究熱點，其機制尚未完全明確，主要相關學說包括炎癥免疫學說、氧化應激學說、表觀遺傳學學說、脂質滲入學說、巨噬細胞受體缺失學說、致平滑肌突變學說、損傷應答學說等。現已證實AS的形成涉及多個病理生理過程，其主要形成過程包括內皮損傷老化引起內皮功能降低，內皮源性血管活性物質生成減少，內皮通透性增加，大量單核細胞及低密度脂蛋白(LDL)在黏附分子作用下蓄積于受損內皮，單核細胞在巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)的作用下轉變為巨噬細胞，并通過表面的清道夫受體A(SRA)、CD36和凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體1(Lox-1)攝取氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)而變成泡沫細胞，泡沫細胞聚集形早期AS斑塊[1]，進一步導致血管狹窄或堵塞，斑塊破裂可形成血栓，引起各種心腦血管缺血性疾病。新近研究[2, 3]結果強調了內皮損傷、脂質浸潤、炎癥反應、氧化應激、血管平滑肌激活及糖脂代謝異常在AS的發生發展過程中的重要作用。沉默信息調節因子2相關酶(sirt)是一類依賴NAD+的第三類組蛋白去乙酰化酶，sirt1作為sirt家族中最具特色的一員，基因定位于染色體10q22.1，包括8個內含子和9個外顯子，全長 33 kb，是一種重要的轉錄調控因子，通過組蛋白與非組蛋白去乙酰化作用調節相關基因轉錄，這些受調節的基因或基因產物參與到AS形成的各個階段[4]，發揮抗AS作用。現就sirt1的抗AS作用機制研究進展綜述如下。

1 改善血管內皮功能

1.1 促進血管內皮源性血管舒張因子(NO)生成 NO能調節血管張力、阻止血小板黏附聚集、抑制平滑肌細胞增殖及減少炎癥細胞浸潤和脂質攝取，起到保護內皮和抗AS的作用。內皮型一氧化氮合酶(eNOS)是血管內皮細胞生理狀態下合成NO的關鍵酶，其活性降低直接影響NO生成。sirt1和eNOS都在內皮細胞中大量表達，通過控制熱量的攝入，即熱量限制(calorie restriction,CR)可增加內皮中sirt1的表達水平，sirt1通過對eNOS鈣調節結合蛋白功能區的496、506位賴氨酸殘基去乙酰化而激活eNOS，增加內皮NO表達水平；NO還正向調節sirt1的活性，形成良性的正反饋調節作用[4]。此外，sirt1可通過去乙酰化作用激活磷酯酰肌醇-3激酶-蛋白激酶B-eNOS(PI3-Akt-eNOS)信號通路，上調磷酸化eNOS蛋白水平，促進NO產生，起到內皮保護作用[5]。Donato等[6]在動物實驗中發現，抑制sirt1的表達會直接降低eNOS的磷酸化水平，與年齡相關的血管內皮功能下降有關。最近研究[7]還發現攜帶不同sirt1基因多態性的人群中，eNOS表達水平也有差異。

1.2 減輕內皮損傷延緩內皮衰老 各種炎癥因子、ox-LDL、過氧化物可直接造成內皮損傷加快內皮老化，使內皮功能減退，是AS發生的始動因素。核因子κB(NF-κB)是調節炎癥通路的重要轉錄調節因子。sirt1可抑制NF-κB活性，阻斷腫瘤壞死因子α(TNF-α)介導的炎癥反應，減少炎癥因子釋放[8]。此外，sirt1還可通過抗氧化應激作用減少各種氧化物及氧自由基的產生抑制ox-LDL生成，減少這些物質對內皮的毒性損傷作用。一項體外研究[9]發現，sirt1能抑制高糖誘導的內皮細胞衰老，還能下調NADPH氧化酶P47亞基的蛋白水平，從而減少ROS的產生，延緩內皮細胞衰老，并通過下調纖溶酶原激活物抑制蛋白PAI-1抑制年齡相關的血管老化。

2 抑制NF-κB轉錄活性，發揮抗炎作用并減少泡沫細胞生成

NF-κB是一種轉錄調節因子，能與增強子或基因特異位點結合調控多種基因轉錄，這些基因表達產物參與炎癥反應、免疫應答、泡沫細胞形成等過程，與AS的發生發展密切相關。靜息狀態下NF-κB與其阻遏蛋白κB(IκB)結合，以無活性的狀態存在于胞質內。當細胞受到炎癥因子、氧化劑、脂多糖等物質刺激下，IκB激酶(Iκκ)被激活，使IκB磷酸化，在泛素及蛋白酶體作用下被分解，NF-κB蛋白活化并遷入細胞核，與靶基因上的κB位點特異性結合，啟動靶基因表達，生成大量細胞因子和凝集素樣oxLDL受體1(Lox-1)，參與炎癥反應和泡沫細胞形成[10]。

2.1 減輕炎癥反應 炎癥反應貫穿AS形成的整個過程。在早期階段促炎細胞因子誘導大量黏附分子及趨化因子表達，招募更多單核細胞，通過刺激受體表達和增強細胞介導的氧化，加速巨噬細胞向泡沫細胞轉化、形成脂質斑塊；在晚期階段炎癥因子通過促使平滑肌細胞凋亡，基質降解，使脂質斑塊纖維帽變薄，斑塊不穩定性增加，并脫落形成血栓。NF-κB被認為是調節炎癥的重要轉錄因子。NF-κB激活后，將導致炎癥相關基因大量表達，如細胞間黏附分子1(ICAM-1)、血管細胞黏附分子1(VCAM-1)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)、環氧化酶2(COX-2)、TNF-α、IL-6等。sirt1對炎癥具有負向調節作用。在NF-κB(RELA/P65)上眾多的賴氨酸殘基中，K310作為sirt1的底物，其乙酰化可提高相關炎癥基因的轉錄活性。sirt1可通過對賴氨酸殘基K310的去乙酰化作用降低炎癥相關基因的轉錄活性。sirt1水平下降會增強NF-κB的乙酰化作用，增加內皮細胞、單核-巨噬細胞、脂肪細胞、骨髓細胞和小膠質細胞的炎癥反應；采用sirt1受體激動劑或上調sirt1表達則可通過對NF-κB的去乙酰化作用減少各種炎癥物質的產生，減輕炎癥反應[8]。

2.2 減少巨噬源性泡沫細胞生成 單核細胞在趨化因子的作用下遷移至受損內皮，在M-CSF的作用下轉變為巨噬細胞，后者通過其表面清道夫受體攝取ox-LDL變成泡沫細胞，聚集形早期AS斑塊，并產生大量炎癥因子。泡沫細胞形成是AS的關鍵環節。目前認為巨噬細胞攝取ox-LDL的受體包括清道夫受體A、CD36、Lox-1。Lox-1啟動子中包含NF-κB特異結合位點，NF-κB活性增高促進Lox-1大量表達，增加ox-LDL攝入，促進泡沫細胞生成[11]。sirt1可通過去乙酰化作用，從轉錄水平抑制Lox-1的表達，減少泡沫細胞形成[12]。sirt1不影響清道夫受體B類1(SR-B1)的表達， SR-B1是介導內皮細胞高密度脂蛋白(HDL)吸收的受體，能增加內皮中HDL含量，HDL將內皮中的膽固醇轉運至肝臟代謝排出，抑制泡沫細胞的生成[13]。此外，sirt1還可通過去乙酰化作用激活肝X受體(LXRs)；LXRs作為轉錄調節因子，可與啟動子結合促進靶基因C-C趨化因子受體7(CCR7)表達；CCR7由泡沫細胞生成，可促使泡沫細胞從粥樣斑塊中轉移出去，抑制斑塊的進一步形成，發揮抗AS作用[14]。

3 促進膽固醇逆轉運、調節脂質代謝

血脂異常是AS的高危因素，尤其是LDL已被證實與AS的發生有密切聯系。ox-LDL不僅能直接損傷內皮導致內皮功能障礙，還能吸引單核細胞遷移進入受損內皮，促進平滑肌增殖形成泡沫細胞，與AS形成關系密切。

膽固醇逆向轉運是將膽固醇從肝外組織轉運至肝臟進一步代謝、轉化生成膽汁酸的過程。膽固醇逆向轉運受阻可導致內皮細胞內膽固醇積聚，促進泡沫細胞形成。LXRs作為一種氧化固醇激活的核受體，包括LXRα和LXRβ兩種類型，其激活后具有轉錄因子活性，通過調控相關靶基因的轉錄參與膽固醇轉運、代謝，調節脂質平衡[14]。sirt1可作用于LXRα上的K432和LXRβ上的K433位點激活LXRs，進一步促進ATP結合轉運蛋白(ABC)超家族成員的表達。ABCA1和ABCG1作為ABC超家族成員，主要負責將肝細胞以外的細胞內膽固醇及磷脂轉運至細胞外，減少膽固醇在內皮細胞沉積，是膽固醇逆轉運過程的關鍵一步[15]。sirt1通過乙酰化作用激活LXRs，促進膽固醇逆轉運過程，有利于膽固醇的代謝、轉運和清除，減少膽固醇在內皮細胞內沉積，抑制泡沫細胞形成，起到抗AS作用。此外，激活的LXRs也可誘導膽固醇酯轉運蛋白如磷酯轉運蛋白(PLTP)和膽固醇酯轉運蛋白(cETP)表達，介導肝臟膽固醇酯的清除，降低膽固醇水平。也有研究[13]發現，一些參與脂肪合成的關鍵酶(如脂肪酸合酶、乙酰CoA羧化酶)的基因啟動子部分有LXRs結合位點，激活的LXRs可與相關基因啟動子結合，促進相關酶的生成，加快脂質的合成轉運，調節脂質代謝。

4 減輕胰島素抵抗并促進胰島素分泌

糖尿病是AS的高危因素，糖尿病患者多伴有胰島素抵抗或胰島素分泌不足引起血糖升高，長期高血糖可加速巨噬細胞凋亡，增加斑塊形成；還可通過激活CX3CL1/CX3CL1軸誘導平滑肌細胞凋亡，增加斑塊的不穩定性[16]。除此之外，長期高血糖增加糖基化終產物(AGEs)生成，導致血管內皮損傷，并使各種黏附因子、趨化因子過表達，誘導巨噬細胞清道夫受體表達上調，形成泡沫細胞，加速AS進程。sirt1能減輕胰島素抵抗、促進胰島素分泌調節糖穩態從而起到抑制AS的作用。

4.1 減輕胰島素抵抗 胰島素抵抗是指胰島素調節的靶組織對胰島素的敏感性下降。胰島素信號通路受阻是引起胰島素抵抗的重要原因。PKB/Akt、糖原合成激酶3β(GSK3β)、胰島素受體及胰島素受體底物的磷酸化水平在胰島素信號通路的激活中發揮關鍵作用。sirt1的過表達可通過去乙酰化作用促進PKB/Akt、GSK3β、胰島素受體和胰島素受體底物的轉錄并提高磷酸化水平，激活胰島素信號通路，改善胰島素抵抗[17]。此外胰島素受體磷酸化水平受蛋白酪氨酸激酶1B(PTP-1B)抑制，sirt1通過去乙酰化組蛋白H3，使PTP-1B啟動子結合受阻，轉錄活性減小，降低胰島素受體去磷酸化水平，從而改善胰島素抵抗[18]。另有研究[3]發現，活性氧可直接干擾胰島素信號通路，而一些炎癥因子如TNF-α不僅能上調活性氧水平，還能直接降低胰島素受體底物的磷酸化水平，導致胰島素抵抗。sirt1則通過抑制NF-κB轉錄活性，減少各種炎癥因子生成，還減少ROS生成，改善胰島素抵抗。

4.2 促進胰島素分泌 胰島β細胞受損伴胰島素抵抗引起的胰島素分泌不足是引起血糖升高、糖代謝紊亂的主要原因。β細胞分泌功能受到ATP/ADP比值等影響，解耦聯蛋白2(UCP2)通過線粒體內質子滲漏機制減少ATP生成，ATP/ADP比值下降，胰島素分泌減少，引起高血糖。sirt1能與UCP2的啟動子區域結合，抑制UCP2轉錄活性，上調ATP/ADP比值，促進胰島素分泌[19]。此外，sirt1表達活性增高可激活二甲基精氨酸二甲胺水解酶2/促泌素信號通路從而促進胰島素分泌，并通過上調葡萄糖轉運體2、胰十二指腸同源盒1等與β細胞分泌功能有關的基因表達進一步促進胰島素分泌[20]。

5 抑制活性氧產生，發揮抗氧化應激作用

氧化應激是指機體組織或細胞內氧化系統和抗氧化系統失衡，在促氧化酶的作用下產生大量ROS，而抗氧化酶如銅鋅超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)、錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)及相關的細胞外超氧化物歧化酶減少或失活導致過多ROS產生的過程。過多的ROS可促進LDL氧化修飾為ox-LDL，還可激活NF-κB釋放多種炎癥因子，造成血管內皮損傷，進一步誘導ROS的產生，形成惡性循環，與AS的發生發展密切相關[21]。銜接蛋白p66Shc作為調控氧化應激的關鍵蛋白可通過其氧化還原酶活性作用于細胞色素C產生大量ROS。p66Shc缺陷的小鼠氧化應激抵抗能力增強，能預防年齡相關的血管內皮功能減退，在高脂飲食飼養條件下AS發生率降低。研究[22]發現sirt1對p66Shc基因啟動子上的H3K9序列有去乙酰化作用，使組蛋白與DNA緊密結合，抑制p66Shc轉錄活性，減少ROS生成，發揮抗氧化應激作用，保護血管內皮。

叉頭框蛋白(FOXO)家族是一類重要的轉錄因子，包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6，參與調控細胞周期、代謝、凋亡過程并調控抗氧化應激相關基因的表達[23]。sirt1可激活FOXO3、 FOXO3、FOXO4，誘導一系列抗氧化酶如Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、過氧化氫酶、抗氧化蛋白酶3(Prx3)、抗氧化蛋白酶5(Prx5)、硫氧還原蛋白酶2(TR2)產生，減少ROS生成，發揮抗氧化應激作用[24]。sirt1還被證實可促進FOXO3a的泛素化和降解，保護內皮祖細胞對抗氧化應激誘導的細胞凋亡[25]。此外，過氧化物酶體增殖物激活受體輔激活因子1a(peroxsomal proliferator-activated receptor-coactivator 1,PGC-1a)是一種能在氧化應激系統中調節多種抗氧化酶表達的重要轉錄調節因子，PGC-1a激活可促進相關抗氧化酶基因的表達，減少各種活性氧的產生，增強組織抗氧化能力。sirt1通過去乙酰化作用于PGC-1a上的賴氨酸殘基，阻止蛋白酶體降解PGC-1a，使PGC-1a處于激活狀態，從而上調抗氧化酶表達水平，使血管內皮中各種氧自由基代謝產物減少，發揮抗氧化應激作用[26]。通過促進可降低NADPH氧化酶產生的氧化產物水平。PGC-1a作為過氧化物酶體增殖物激活受體-a的共激活因子，能上調細胞內抗氧化酶水平。sirt1過表達可降低PGC-1a乙酰化水平，激活過氧化物酶體增殖物激活受體-a，使血管內皮中各種氧自由基代謝產物減少，發揮抗氧化應激作用[26]。

6 增加巨噬細胞自噬

自噬是受損的細胞器和大分子在細胞內降解和回收的代謝過程。巨噬細胞在整個AS過程中扮演著重要角色。巨噬細胞自噬能起到減輕炎癥反應，促進膽固醇流出的作用，從而抑制AS。sirt1可通過組蛋白修飾和調控FOXO轉錄來調控巨噬細胞自噬[27]。sirt1的主要去乙酰化目標是H4K16，而H4K16脫乙酰可抑制自噬的起始階段和后期階段所涉及的基因的轉錄[28]。sirt1可直接與自噬基因ATG5、ATG7、ATG8相互作用形成復合體激活自噬[29]，還可以間接地通過乙酰化FOXO蛋白家族的FOXO1和FOXO3，上調自噬相關分子表達。FOXO1激活刺激Rab7表達，這自噬體的成熟有關；而FOXO3的去酰化增加了Bnip3的表達，這對自噬的誘導起關鍵作用[30]。

綜上所述，AS是多種因素共同作用的結果，涉及多個病理生理過程。sirt1能改善內皮功能，改善胰島素抵抗、促進胰島素分泌和膽固醇逆轉運調節糖脂代謝，還可通過抗氧化應激、抑制炎癥反應、增加巨噬細胞自噬、減少泡沫細胞生成等多種機制參與AS發生發展的各個過程，發揮抗AS的作用。因此，在內皮細胞、單核-巨噬細胞中激活sirt1應被視為治療AS的新方向。目前白藜蘆醇等sirt1激活劑已經逐漸用于各種臨床和藥物試驗，并取得一定成果，但需要更多的臨床研究和試驗證實該類藥物的安全性。我們希望能夠從這些相關的研究中得到啟示，既對AS的發生發展有更加全面的認識，也期望能從sirt1抑制AS的各種機制中探尋更加有效的治療靶點。