SIRT1在心血管疾病中的研究進展

武丹，祝德秋（同濟大學附屬同濟醫院藥劑科，上海 200065）

心血管疾病（CVD）是我國城鄉居民的首要死亡原因，患病人數推測為2.9 億，且患病率和死亡率仍處于上升階段，因此對其防治刻不容緩[1]。組蛋白去乙酰化酶（HDAC）通過介導蛋白質去乙酰化調控蛋白質的功能或活性，根據與酵母中組蛋白的同源性，哺乳動物中HDACs 可以分為4 類：Ⅰ型包括HDAC1/2/3/8，僅存在于細胞核中；Ⅱ型包括HDAC4 ～7，9 ～10，可以在細胞核和細胞質中穿梭；Ⅲ型包括沉默信息調節因子2 相關酶（SIRT），包括7 個同源類似物SIRT1 ～7，活性依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）；Ⅳ型包括HDAC11。研究表明，不同的HDACs 對于CVD 有著不同的調控作用，其中Ⅲ型HDAC SIRT1 可通過介導下游蛋白分子賴氨酸殘基的去乙酰化，調控心力衰竭、心肌缺血再灌注損傷、心肌肥厚、糖尿病心肌病、動脈粥樣硬化等疾病的發生發展；同時SIRT1 激動劑白藜蘆醇也表現出了良好的心血管保護潛力。本文將就SIRT1 調控的信號通路在CVD 中的作用進展進行綜述。

1 SIRT1 的特征

1987年，Rine 等[2]發現了一種能夠使酵母交配型基因沉默的蛋白質，將其命名為沉默信息調節因子2（sir2）。在隨后的研究中，人們相繼在哺乳動物體內發現了7 種sir2 的同源基因，分別命名為SIRT1 ～7，統稱為sirtuin 家族。哺乳動物的SIRT 具有不同的亞細胞定位：SIRT1 和SIRT2 存在于細胞核和細胞質，SIRT3、SIRT4 和SIRT5 存在于線粒體，SIRT6 和SIRT7 位于細胞核[3]。SIRT 是依賴于NAD＋的HDAC。NAD＋是SIRT 去乙酰化過程的限速酶，NAD＋與NADH濃度的比值越高，SIRT 的去乙酰化酶活性越強。在NAD＋存在的情況下，SIRT 通過脫去下游靶蛋白賴氨酸殘基上的乙酰基發揮作用。

SIRT 家族是衰老與壽命的調控因子，在神經退行性疾病、心血管疾病、糖尿病、代謝性疾病等年齡相關性疾病中發揮保護作用[4]。在sir2的7 個同源基因中，目前對SIRT1 的研究最為深入。SIRT1 在組織中分布廣泛，在心臟、腎臟、肝臟、大腦、胰腺、骨骼肌的表達較高。SIRT1作用的底物除組蛋白外，還包括過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α（PCG-1α）、叉頭框轉錄因子（FoxO）、核因子κB（NF-κB）、p53、內皮型一氧化氮合酶（eNOS）等多種非組蛋白。SIRT1 的表達和活性受多種轉錄因子、病理應激狀態調控。FoxO、E2F 轉錄因子1、蘇素化修飾因子、c-jun 氨基末端激酶（JNK1）等能增加SIRT1 的表達和活性；而p53、過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）、腫瘤高甲基化基因1 等能抑制SIRT1 的活性和表達[3，5]。

2 SIRT1 在心血管系統中的生理學作用

SIRT1 在心血管系統中發揮著重要作用，調控心肌梗死、心肌肥大、心肌病、血脂異常等心血管疾病的發生與發展。SIRT1 在哺乳動物心臟中高度表達，并通過脫乙酰化作用發揮調節線粒體功能、減輕氧化應激反應、抑制細胞凋亡、抑制炎性反應等作用。

2.1 調節線粒體功能

心臟為血液流動提供動力，需要消耗大量能量，而線粒體是能量的主要來源。線粒體通過氧化磷酸化產生三磷酸腺苷（ATP）為心肌細胞提供能量，并維持細胞內環境穩定。線粒體功能的穩定對于維持心臟正常生理功能至關重要。小鼠心臟缺乏SIRT1 使其表現出與線粒體功能障礙密切相關的進行性擴張型心肌病，心肌細胞縮小，心肌纖維缺失，心肌細胞線粒體腫脹和嵴缺失。心肌細胞增強因子（Mef2）通過乙酰化修飾激活，參與調控心臟分化與線粒體生物發生。小鼠心臟SIRT1 的缺失干擾了Mef2 的乙酰化模式，降低了Mef2a 和Mef2d 的乙酰化水平，同時升高了Mef2c 的乙酰化水平，導致線粒體DNA 含量及其編碼基因表達降低，促使線粒體生物發生異常并抑制線粒體呼吸[6]。

PCG-1α是調控線粒體生物發生的核受體轉錄輔活化子，其水平降低與線粒體生物發生的不足有關，從而導致線粒體功能障礙。SIRT1對PGC-1α發揮脫乙酰基作用使其活化，活化的PGC-1α進一步激活核呼吸因子1/2（NRF-1/2）和線粒體轉錄因子A（TFAM），增加線粒體的生物發生。在氧化應激狀態的大鼠心肌細胞H9c2 中，白藜蘆醇通過激活SIRT1 誘導PGC-1α、NRF-1和NRF-2 的表達，而給予SIRT1 抑制劑尼克酰胺后，這些轉錄因子的表達被抑制[7]。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是調控能量代謝的重要分子。SIRT1 激活LKB1（liver kinase B1），使其下游的AMPK 表達增加。AMPK 進一步促進尼克酰胺磷酸核糖轉移酶（Nampt）的轉錄，使細胞內NAD＋水平升高，SIRT1 活性增加。Meng 等[8]對卵巢切除小鼠進行冠狀動脈結扎術建立心肌缺血模型，發現白藜蘆醇使小鼠缺血心肌的SIRT1 表達和活性增強，AMPK 信號被激活，從而抑制了線粒體通透性轉換孔的病理性開放，緩解了線粒體腫脹程度和細胞氧化應激水平，恢復了線粒體功能，減少了缺血性心臟病小鼠心肌細胞的損傷。同時，白藜蘆醇通過激活SIRT1/AMPK 信號通路，使線粒體呼吸鏈酶復合物Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ活性恢復，促進了ATP 合成（見圖1）。

圖1 SIRT1 通過PCG-1α 與AMPK 信號通路調節線粒體功能Fig 1 SIRT1 regulated the mitochondrial function through PGC-1α/AMPK pathway

2.2 抑制氧化應激

在病理狀態下，線粒體持續產生的活性氧（ROS）蓄積在細胞內，引起氧化應激，破壞細胞穩態，誘導細胞發生死亡級聯反應。ROS 過量生成是誘導細胞死亡的重要生理機制。SIRT1 對細胞內氧化還原平衡狀態具有高度敏感性，可通過多種途徑減少ROS 生成，從而保護心血管功能。

超氧化物歧化酶（SOD）是一類具有抗氧化作用的金屬酶，在抵御ROS 損傷中發揮重要作用。有研究表明，白藜蘆醇增加細胞核中SIRT1的表達，誘導錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）的生成，緩解心力衰竭小鼠心肌的氧化應激損傷；而在心肌特異性SIRT1 過表達小鼠中，SIRT1 通過刺激FoxO1 的轉錄活性，上調Mn-SOD 的表達，抑制氧化應激，促進心肌細胞存活[9]。Olmos等[10]報道，SIRT1 參與調節血管內皮細胞中FoxO3a/PGC-1α復合物的形成，使Mn-SOD、過氧化氫酶、過氧化物酶5 和硫氧還蛋白還原酶2等氧化應激保護因子的mRNA 和蛋白水平升高。

2.3 抑制炎癥反應

炎癥反應是細胞損傷或應激使免疫系統受到激活后機體產生的防御反應。SIRT1 能夠抑制NF-κB 炎癥信號通路，減少炎性因子釋放，從而減輕炎癥反應。NF-κB 受到SIRT1 調控，SIRT1與NF-κB 的P65/RelA 亞單位結合，降低P65/RelA 乙酰化程度，使NF-κB 失活，減少其下游腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-1β（IL-1β）等炎性因子的表達[11]。Li 等[12]發現，對于心臟缺血/再灌注損傷小鼠，應用咖啡酸鄰硝基苯乙酯（CAPE-o NO2）后SIRT1 表達增加，并通過NF-κB 途徑抑制了心臟組織中ROS 生成和炎性因子的表達，減少缺氧復氧誘導的氧化應激與炎癥反應。

2.4 抑制細胞凋亡

細胞凋亡是一種自主有序的程序性死亡，過高的炎性細胞因子或ROS 水平可誘導細胞進入凋亡。心肌細胞凋亡是心力衰竭等多種心臟疾病發生發展的重要病理基礎。心肌細胞的不可再生性使其在發生凋亡時數量減少，從而損害心臟功能。心臟特異性SIRT1 過表達使氧化應激下心肌細胞的凋亡顯著降低，心肌損傷減輕。Yuan 等[13]的研究發現，阿霉素（DOX）降低了補體C1q/腫瘤壞死因子相關蛋白3（CTRP3）的表達，而心臟特異性過表達CTRP3 激活了SIRT1，從而抑制炎癥反應和心肌細胞凋亡，減輕了DOX 誘導的心功能不全。

SIRT1 可通過FoxO1 信號通路，使抗凋亡蛋白Bcl-xL 表達增加，同時下調促凋亡蛋白caspase-3 和Bcl 相關X 蛋白（Bax），抑制心肌細胞凋亡。而Chen 等[14]報道，在缺氧H9c2 細胞中給予白藜蘆醇，SIRT1 對FoxO1 的功能具有雙重影響，SIRT1 經FoxO1 信號通路，促進了超氧化物歧化酶Mn-SOD 的轉錄，增加了Mn-SOD 表達，抑制了細胞凋亡；同時，細胞周期依賴性激酶特異性抑制蛋白p27KIP1被激活，使FoxO1 誘導細胞周期停滯的作用增強。

p53 在調控細胞周期與凋亡中發揮重要作用，其活性受Bcl 相關X 蛋白（Bax）介導。SIRT1 可降低p53 的乙酰化程度，抑制Bax 啟動子與p53的結合，下調Bax 的表達，減少p53 依賴途徑的細胞凋亡。

此外，Luo 等[15]報道，在低氧誘導的H9c2細胞中，肌醇依賴性激酶1α（IRE1α）被激活，而SIRT1 過表達可降低IRE1α活性，抑制IRE1α通過JNK/c-jun 和NF-κB/p65 途徑介導的H9c2 心肌細胞凋亡。

2.5 調控細胞自噬

自噬是一種依賴于溶酶體的常見細胞代謝過程，對于維持細胞正常功能有著重要的作用。根據底物的選擇性，可以將自噬分為選擇性自噬和非選擇性自噬，前者包括線粒體自噬、內質網自噬、核糖體自噬等[16]。在人類心肌細胞缺氧/復氧損傷后，提高SIRT1 表達可以激活線粒體自噬，減少心肌細胞損傷[17-18]。此外，Silva 等[19]發現，衣霉素或異丙腎上腺素誘導的內質網應激反應中，SIRT1 缺乏小鼠表現出自噬抑制和心功能不全加重，進一步研究發現，SIRT1 可激活eEF2K/eEF2 通路增強心肌細胞的內質網自噬，減輕衣霉素誘導的內質網應激反應，從而促進心肌細胞存活。

3 SIRT1 在CVD 中的作用

CVD 的發展是一個連續的過程，涉及氧化應激、炎癥、細胞凋亡與自噬等多種機制。心肌細胞不可再生，因此延長心肌細胞的壽命、維持心肌細胞活力，對心臟疾病的防治至關重要。SIRT1 通過參與調節細胞的能量代謝，減少氧化應激條件下細胞的凋亡和衰老，促進細胞自噬，最終保護心血管功能，減輕CVD 的發展。研究表明，SIRT1 可調控心力衰竭、心肌缺血再灌注損傷、心肌肥厚、糖尿病心肌病、動脈粥樣硬化等CVD 的發生與過程。

3.1 對心力衰竭及左心室功能的影響

心力衰竭是常見的心血管疾病終末期臨床表現，展現出復雜的表型，如心肌細胞死亡、心肌纖維化、心肌收縮力降低等。心力衰竭的發生涉及到氧化應激、心肌細胞凋亡、肌漿網Ca2＋-ATPase（SERCA2a）功能不足等機制。在晚期心力衰竭患者的心肌組織中，SIRT1 表達顯著減少，Mn-SOD 及抗凋亡分子Bcl-xL 受到明顯抑制，而促凋亡分子Bax 的表達明顯增加；SIRT1 的缺乏可能通過p53 和FoxO1 信號通路，介導了心肌細胞凋亡[20]。SIRT1 激動劑白藜蘆醇能夠增加心肌細胞核SIRT1 表達，促進Mn-SOD 生成，保護心肌免受氧化應激損傷。

SERCA2a 是調節細胞內游離Ca2＋濃度的酶，其表達或活性不足直接影響細胞內Ca2＋穩態，降低心肌收縮力，從而引發心力衰竭。Gorski 等[21]的研究表明，在多種動物的衰竭心臟中，SIRT1激動劑增強了SERCA2a 的活性，進一步研究發現，SIRT1 可能通過對SERCA2a 賴氨酸殘基K492 的去乙酰化作用，促進了ATP 與SERCA2a的結合，從而恢復衰竭心臟的心肌功能。

臨床試驗也證實了SIRT1 激動劑能夠改善心功能。Magyar 等[22]發現，SIRT1 激動劑白藜蘆醇（10 mg·d－1，持續3 個月）能夠顯著改善穩定型冠心病患者的左心室舒張功能，左心室收縮功能也略有改善。Militaru 等[23]的研究也表明，口服白藜蘆醇（20 mg·d－1，持續60 d）能夠顯著降低穩定型心絞痛患者的B 型利鈉肽水平，改善左心室功能，減少心絞痛發生次數；而白藜蘆醇與果糖硼酸鈣聯用時，對心絞痛患者的生活質量改善更為明顯。

3.2 對心肌缺血再灌注損傷的影響

冠狀動脈阻塞是誘發缺血性心臟病的主要原因。恢復冠狀動脈的血流供給可減輕心肌的缺血缺氧狀態以及心肌壞死，但心肌缺血再灌注（I/R）常常會加劇心肌損傷。SIRT1 通過調節I/R 過程中的主要病理過程，如氧化應激、炎癥、細胞凋亡等，減輕I/R 損傷，改善心肌功能。在心臟I/R 小鼠模型中，心臟特異性SIRT1 敲除使心肌梗死面積和心肌細胞凋亡率顯著增加，而心臟特異性SIRT1 過表達減少了心肌梗死面積和心肌細胞凋亡；進一步研究發現，SIRT1 上調了Mn-SOD、硫氧還蛋白1、Bcl-xL 等促存活分子的表達，下調了促凋亡分子Bax 和活化的caspase-3，同時刺激了FoxO1 的轉錄活性，抑制了心肌細胞的氧化應激，保護心臟免受I/R 損傷[24]。應用SIRT1 激動劑也能產生類似生物學的效應，白藜蘆醇可通過激活SIRT1，減少心肌梗死面積，降低I/R 導致的心肌損傷；而SIRT1 抑制劑尼克酰胺以劑量依賴性方式，加重心肌細胞凋亡。缺血后處理（IPC）是減輕I/R 損傷的有效方式之一，SIRT1在IPC 中的有益作用與PI3K/Akt 信號通路有關，SIRT1 的去乙酰化作用使Akt 活化，促進Akt 與PIP3 結合，SIRT1 通過激活PI3K/Akt 途徑，恢復了IPC 介導的心臟保護作用[25]。

3.3 對心肌肥厚的影響

心臟長期負荷過度導致心肌細胞體積增大，心肌厚度和重量增加。在心臟壓力超負荷和氧化應激條件下，SIRT1 水平顯著上調。SIRT1 在抑制心肌肥厚中的作用較為復雜。自發性高血壓大鼠的心臟SIRT1 表達升高，心肌細胞內SIRT1 mRNA 與蛋白表達及心肌肥厚程度成正相關。此外，抑制SIRT1 表達可以減少壓力超負荷所引起的心肌肥厚和心力衰竭；而PPARγ和SIRT1 表達同時增加，會加重心功能不全[26]。但是，Li 等[27]報道SIRT1 減少了蛋白激酶C-ζ（PKC-ζ）的乙酰化，降低了PKC-ζ途徑誘導的心肌肥厚。

3.4 對糖尿病心肌病的影響

糖尿病心肌病是指在心肌代謝紊亂及心臟微血管病變的基礎上，導致的心肌廣泛灶性壞死，與線粒體的生物發生功能受損有關。Ma 等[28]研究表明，心臟特異性SIRT1基因敲除小鼠表現出糖尿病心肌病的癥狀，包括心肌肥厚和功能障礙、胰島素抵抗和糖代謝異常；進一步研究發現，白藜蘆醇激活了SIRT1，SIRT1 通過介導PGC-1α的去乙酰化，誘導NRF-1/2、ERR-α和TFAM 的表達增加，逆轉了糖尿病心肌病小鼠的線粒體生物發生和線粒體功能，減輕心臟舒張功能障礙。

糖尿病導致心肌eNOS 表達降低，NO 合成受損，誘導氧化應激和細胞凋亡。Fourny 等[29]研究表明，在糖尿病大鼠左心室心肌注射腺病毒載體Ad-SIRT1 能上調心臟SIRT1 表達，減少心肌細胞內eNOS 乙酰化，增加eNOS 磷酸化；SIRT1過表達改善了糖尿病大鼠的心功能，縮小了心肌梗死面積，減輕了心肌缺血再灌注損傷和氧化應激。Koka 等[30]研究表明，在糖尿病小鼠缺血再灌注的心臟中，SIRT1 的過表達不僅抑制心肌細胞超氧化物的產生，還提高了抗氧化酶SOD 的活性。而SIRT1 在糖尿病心肌病中的抗凋亡作用與FoxO 有關。在自發性糖尿病Goto-Kakizaki 大鼠中，SIRT1 激活FoxO3a 信號通路的同時脫去了p53 賴氨酸373/382 位點的乙酰基，抑制了p53 活性，從而減輕了糖尿病心臟的重塑和心肌細胞凋亡[31]。此外，糖尿病心肌功能受損與SERCA2a的水平降低有關。Sulaiman 等[32]報道，糖尿病小鼠心臟的SIRT1 活性降低，使SERCA2a 下調；白藜蘆醇能激活SIRT1 增強SERCA2a 表達，從而改善糖尿病小鼠的心臟功能。

臨床研究表明，糖尿病冠心病患者補充白藜蘆醇（500 mg·d－1，持續4 周）可使外周血單個核細胞的PPAR-γ和SIRT1 上調，患者對胰島素的敏感性顯著升高，空腹血糖、胰島素、胰島素抵抗顯著降低[33]。

3.5 對動脈粥樣硬化的影響

動脈粥樣硬化的發生與泡沫細胞形成密切相關。泡沫細胞主要來源于由單核細胞分化成的巨噬細胞以及血管平滑肌細胞（VSMC）。這兩種來源的泡沫細胞的形成都可被SIRT1 抑制。SIRT1通過介導肝X 受體（LXR）賴氨酸K432 的脫乙酰基，促進膽固醇逆向轉運，清除巨噬細胞中的膽固醇，抑制巨噬源性泡沫細胞形成。此外，SIRT1 還通過抑制NF-κB 信號通路，減少氧化型低密度脂蛋白（oxLDL）受體-1 的表達，降低巨噬細胞對oxLDL 的攝取，從而減少巨噬源性泡沫細胞的形成[34]。而在VSMC 中，SIRT1 功能的降低使NF-κB 活性增強，促進oxLDL 誘導細胞內膽固醇和脂質滴的積累，增加了VSMC 源性泡沫細胞的形成和遷移能力；在給予SIRT1 激活劑STR1720 后，SIRT1 的表達上調，NF-κB 信號通路受到抑制，SRT1720 劑量依賴性地減少了oxLDL 誘導的VSMC 源性泡沫細胞的形成[35]。

此外，血脂異常也是動脈粥樣硬化的誘發因素之一。而SIRT1 信號通路的激活能夠改善血脂水平。在ApoE－/－小鼠中，SIRT1 激動劑SRT3025 通過抑制前蛋白轉化酶枯草溶菌素9（Pcsk9）的表達，使血漿總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和極低密度脂蛋白膽固醇顯著降低，主動脈斑塊明顯縮小，抑制動脈粥樣硬化的發生[36]。臨床研究顯示，健康吸煙人群口服SIRT1激動劑SRT2104（2.0 g·d－1，持續28 d）能夠降低血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和三酰甘油濃度[37]。而糖尿病冠心病患者補充白藜蘆醇（500 mg·d－1，持續4 周）后，高密度脂蛋白膽固醇水平顯著增加，總膽固醇與高密度脂蛋白膽固醇的比值顯著降低[33]。

3.6 對其他CVD 的影響

Zhou 等[38]發現，在血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）誘導的高血壓小鼠中，SIRT1 表達和脫乙酰基活性顯著降低，下游靶蛋白p53 的乙酰化水平顯著升高；進一步研究發現，在VSMC 中，SIRT1 過表達能夠抑制AngⅡ輸注引起的收縮壓升高，降低TGF-β1 啟動子特異性結合位點上NF-κB 的結合，從而減輕胸主動脈和腎主動脈的血管重塑。而AngⅡ參與誘導基質金屬蛋白酶（MMP）活性升高，刺激主動脈炎癥反應，誘發主動脈夾層。SIRT1 通過介導NF-κB 和內源性MMP 拮抗劑TIMP-1 的去乙酰化，抑制MMP 基因活性和轉錄，在受到氧化應激和炎性刺激時維持主動脈壁結構的完整性，從而減少主動脈夾層的發生[39]。

衰老使血管內皮SIRT1 功能部分喪失，NOsGC-cGMP 信號傳導受損，血管舒張功能下降。增強老年小鼠血管內皮SIRT1 的表達后，COX-2介導的血管收縮反應受到抑制，血管平滑肌細胞中sGCβ1 的表達和活性增加，緩解了年齡誘導的血管舒張反應減弱[40]。

4 展望

現有研究證實，在心力衰竭、心肌缺血再灌注損傷、心肌肥厚、糖尿病心肌病、動脈粥樣硬化等疾病的病理過程中，SIRT1 能夠減少細胞損傷，改善心血管功能。SIRT1 作為能夠改善心血管功能的靶點，其激動劑作為潛在的治療藥，有望應用于多種CVD，具有一定的開發價值。目前，臨床前研究已經展現了SIRT1 激動劑對CVD的治療作用，但臨床研究的數量以及樣本量仍然有限。但是，SIRT1 表達過高（12.5 倍）時會導致心肌細胞凋亡，心功能減退[41]。而且，SIRT1可以減少轉錄因子核因子E2 相關因子2（Nrf2）乙酰化以及依賴Nrf2 的相關抗氧化基因轉錄[42]，可能會加重心臟損害，這些使得SIRT1 激動劑的應用受到一定的局限。綜上所述，研究SIRT1 在心血管中的作用機制，開發以SIRT1 為靶點的藥物，將為心臟疾病的預防與治療提供新的思路與方案。