SIRT1/LOX-1通路在同型半胱氨酸介導的動脈粥樣硬化中作用的研究進展

梁學飛，馬致遠，張永春，王學惠

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，新鄉(xiāng)醫(yī)學院心臟病診療中心，河南 衛(wèi)輝 453100； 2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、居民生活方式的改變及人口老齡化進程加快，心血管疾病已成為我國居民死亡和疾病負擔的首要原因[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國心血管疾病患者已超過2.9億，心血管疾病死亡434.4萬人，冠心病死亡173.6萬人，且心血管疾病的患病率仍不斷升高，給社會帶來嚴重的經(jīng)濟負擔[2-3]。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是人體內(nèi)必需氨基酸蛋氨酸甲基化產(chǎn)生的一種非必需、含硫的非蛋白氨基酸。Hcy代謝異常會引起血漿中Hcy升高，形成高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteine，HHcy)，Hcy是動脈粥樣硬化(atherosclerosis,As)、高血壓、血管鈣化等疾病的獨立危險因素之一[4]。目前HHcy導致血管損傷的機制尚未被完全闡明，臨床上降低體內(nèi)Hcy水平的方法較為單一，主要是補充葉酸和維生素B。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)與心血管疾病密切相關(guān)，作為研究廣泛，結(jié)構(gòu)、功能最為明確的組蛋白去乙酰化酶，通過去乙酰化相關(guān)蛋白，控制細胞進程，發(fā)揮減輕氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及細胞凋亡等作用[5]。氧化低密度脂蛋白受體1(oxidized low-density lipoprotein receptor-1，LOX-1)是氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)最主要的受體，兩者結(jié)合后引起內(nèi)皮損傷，導致As進展[6]。現(xiàn)就SIRT1/LOX-1在Hcy介導的內(nèi)皮細胞炎癥、氧化應(yīng)激及凋亡中的作用及潛在的臨床應(yīng)用價值進行綜述。

1 SIRT1概述

1.1SIRT1 Sirtuins最早是在酵母中發(fā)現(xiàn)的一類煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的脫乙酰基酶，屬于Ⅲ類組蛋白脫乙酰基酶，具有高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域和250個氨基酸核心以及可變氨基酸和C端延伸[7]。哺乳動物有7種Sirtuins(SIRT1～7)，它們各自有不同的亞細胞定位、酶活性和結(jié)合靶點。SIRT1的結(jié)構(gòu)與酵母Sirtuins最為相近，學者們對其結(jié)構(gòu)、功能的研究也最為廣泛、透徹。SIRT1一般位于細胞核中，在特定條件下易位至細胞質(zhì)[8-9]。SIRT1調(diào)節(jié)細胞中的關(guān)鍵分子途徑，并且是與熱量限制相關(guān)的一種具有有益作用的長壽因子。

1.2SIRT1與氧化應(yīng)激 SIRT1通過多個靶點，包括組蛋白、叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞型、核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、p53和核因子E2相關(guān)因子2、含錳離子超氧物歧化酶等調(diào)節(jié)細胞氧化還原狀態(tài)及生理功能，進而保護血管[10-12]。各種與血管病理生理狀況相關(guān)的氧化應(yīng)激會損害SIRT1在其特定靶標上的活性，從而降低了針對氧化應(yīng)激的血管保護作用。

1.3SIRT1與血管衰老 氧化應(yīng)激和低水平炎癥反應(yīng)是動脈衰老的關(guān)鍵變化。血管炎癥過程涉及的主要機制包括NF-κB、激活蛋白1、p53、p27、p66 Shc、AMP活化蛋白激酶以及核因子E2相關(guān)因子2的信號轉(zhuǎn)導[12-14]。體內(nèi)和體外研究提示，SIRT1能夠延緩血管老化，但具體機制尚待進一步研究[10,15-17]。SIRT1在衰老的血管組織中的表達顯著降低，內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、單核細胞/巨噬細胞中缺乏SIRT1會加速血管衰老，從而加劇炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)皮功能障礙，促進泡沫細胞形成和自噬，最終導致As的發(fā)生發(fā)展[10,15-17]。

2 Hcy與As

2.1Hcy概述 冠狀動脈的內(nèi)皮細胞受損引起炎癥細胞浸潤、脂質(zhì)沉積、平滑肌細胞增殖，加上慢性炎癥反應(yīng)的參與，導致As斑塊產(chǎn)生。20世紀60年代McCully[18]對遺傳性Hcy代謝異常兒童進行血管病理學研究發(fā)現(xiàn)了動脈硬化的Hcy理論。生理狀態(tài)下人血漿中Hcy的水平維持在5～15 μmol/L，代謝失衡狀態(tài)下Hcy>15 μmol/L被定義為HHcy[19]。有研究表明，當體內(nèi)缺乏S-腺苷-L-蛋氨合成酶、亞甲基四氫葉酸還原酶、S-腺苷-L-Hcy水解酶、胱硫醚-β-合成酶、蛋氨酸合酶時Hcy代謝失衡引起HHcy，而這些代謝反應(yīng)大都需要葉酸和維生素B的參與[4]。當Hcy代謝失衡后，其作為一種有效的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，會與N-甲基-D-天冬氨酸受體結(jié)合，導致氧化應(yīng)激、鈣超載、細胞凋亡和內(nèi)皮功能障礙，引起As形成。As易損斑塊的形成也可歸因于Hcy誘導的脂蛋白與微生物聚集后阻塞血管脈管，導致動脈內(nèi)皮細胞缺血、管壁內(nèi)細胞死亡以及出血、炎癥、內(nèi)膜微膿腫等[20]。Hcy代謝失衡后通過影響內(nèi)皮細胞的氧化應(yīng)激、凋亡、鈣超載以及脂蛋白等加速As的形成。

2.2Hcy致血管損傷機制 Hcy導致血管損傷的機制包括：①Hcy本身具有二硫鍵且能直接抑制抗氧化劑的活性，影響超氧化物歧化酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)的表達，進而導致超氧陰離子生成增加，最終導致活性氧類(reactive oxygen species，ROS)蓄積，引起氧化應(yīng)激，損傷血管。②Hcy誘導的氧化應(yīng)激可通過NF-κB通路引起炎癥反應(yīng)，也可引起平滑肌細胞的去分化導致增殖增強，最終損傷血管外膜；HHcy能夠降低磷酸化內(nèi)皮型一氧化氮合酶的表達，減少一氧化氮的生成，進而導致內(nèi)皮功能障礙[21]。③HHcy通過激活兩組谷氨酸受體(α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸受體和N-甲基-D-天冬氨酸受體)引起炎癥反應(yīng)，進而導致血管損傷[22]。④Hcy上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)基因的表達，包括葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78、轉(zhuǎn)錄激活因子6、蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、轉(zhuǎn)錄激活因子4、肌醇依賴酶1以及X-box結(jié)合蛋白1等引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，造成內(nèi)皮細胞凋亡，加速As進展。⑤Hcy還可以直接調(diào)節(jié)甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，進而導致DNA、RNA及組蛋白甲基化，通過表觀遺傳學發(fā)揮致病作用[4]。目前關(guān)于Hcy導致血管損傷的機制尚未完全闡明，需要進一步深入研究。

3 LOX-1在Hcy導致As中的作用

3.1LOX-1與As As是一種慢性炎癥性疾病，當ROS的產(chǎn)生與抗氧化防御系統(tǒng)失衡時，氧化應(yīng)激增加，內(nèi)皮細胞功能障礙，繼而引起脂質(zhì)和炎癥細胞浸潤，這是As發(fā)生發(fā)展的主要決定因素。研究表明，有高血壓、糖尿病、吸煙、血脂異常等心血管疾病風險因素的患者血管壁中ROS的產(chǎn)生增加[23]。ROS的增加可使低密度脂蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)樵贏s中起關(guān)鍵作用的ox-LDL。ox-LDL能被LOX-1、CD36、SR-A(class A macrophage scavenger receptor)等不同的清除劑受體所識別、內(nèi)吞，從而發(fā)揮致As作用，其中最重要的受體是LOX-1。LOX-1是一種跨膜糖蛋白，能夠與ox-LDL結(jié)合，是內(nèi)在化和降解ox-LDL的重要受體[6]。LOX-1在巨噬細胞、血管平滑肌細胞、心肌細胞、血小板以及成纖維細胞等中表達。ox-LDL與LOX-1結(jié)合后可通過促分裂原活化的蛋白激酶、NF-κB、NOX/ROS、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、鈣蛋白酶、B細胞淋巴瘤-2/B細胞淋巴瘤-2相關(guān)X蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶等通路影響As途徑中的多種細胞類型(如內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、血小板)，從而導致內(nèi)皮細胞功能障礙及凋亡，單核細胞遷移，巨噬細胞分化，平滑肌增殖、遷移，噬菌斑不穩(wěn)定[24-25]。

3.2Hcy與LOX-1 高血壓、糖尿病、肥胖癥、吸煙、血脂異常等均可導致LOX-1表達增加[26-29]。當內(nèi)皮細胞暴露于Hcy(如HHcy)時，可增加LOX-1信使RNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，而補充葉酸則可逆轉(zhuǎn)該過程[30-31]。Holven等[31]的研究證實，HHcy可通過升高人體內(nèi)LOX-1的水平增強ox-LDL誘導的炎癥反應(yīng)，從而發(fā)揮致As作用，補充葉酸可下調(diào)這些反應(yīng)。Ma等[32]的研究證實，Hcy通過Toll樣受體4/NF-κB/DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1抑制LOX-1的甲基化和反式硫酸鹽代謝，從而損害內(nèi)皮細胞。內(nèi)皮細胞受損后脂質(zhì)，特別是ox-LDL積累在內(nèi)皮下層中促進As形成。LOX-1是導致內(nèi)皮細胞受損引起As的重要因素，而Hcy升高LOX-1表達的具體分子機制尚不完全清楚，需要深入研究。SIRT1作為一種去乙酰化酶，能夠去乙酰化組蛋白、多種重要的轉(zhuǎn)錄因子以及轉(zhuǎn)錄輔因子等，發(fā)揮抗炎、抗氧化、抗細胞衰老等作用。SIRT1可能成為研究Hcy致As分子機制的新熱點。

4 SIRT1在Hcy導致的As中的作用

4.1SIRT1延緩As發(fā)展 Sirtuins主要通過組蛋白去乙酰化發(fā)揮作用，但其中一些也具有脫酰基酶、二磷酸腺苷核糖基化酶、脫丙二酰酶、戊二酸酶以及脫琥珀酰酶的特性。Sirtuins在限制熱量和運動后可被激活，控制細胞核、細胞質(zhì)以及線粒體中的關(guān)鍵細胞過程，以維持代謝穩(wěn)態(tài)，減少細胞損傷并減輕炎癥。所以Sirtuins有助于預防多種與年齡有關(guān)的疾病，包括心血管疾病。與心血管相關(guān)的Sirtuins主要是SIRT1、SIRT3、SIRT6和SIRT7，其中研究最廣泛的是SIRT1[5]。越來越多的證據(jù)表明，Sirtuins可能也調(diào)節(jié)As本身[12,17,33-34]。SIRT1可通過去乙酰化某個靶蛋白，調(diào)節(jié)細胞代謝過程，減少氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)，對抗細胞衰老，減輕細胞損傷，進而發(fā)揮抗As作用。研究證實，冠心病患者As區(qū)域SIRT1的水平降低，且從冠心病患者中分離出的單核細胞SIRT1水平也低于健康人[35]。以上研究表明SIRT1與As密切相關(guān)，人們對SIRT1在As中的作用進行了進一步的研究。首先，在載脂蛋白E敲除的小鼠As模型中，小鼠體內(nèi)SIRT1的表達降低，尤其是As斑塊中SIRT1的表達降低[36]；將載脂蛋白E敲除小鼠內(nèi)皮細胞中SIRT1特異性過表達后可預防As斑塊的發(fā)生發(fā)展。其次，將載脂蛋白E敲除小鼠平滑肌細胞中的SIRT1特異性敲低后能加速As的進展[36-37]。雖然SIRT1在血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞中發(fā)揮延緩As發(fā)展的作用，但其能否通過巨噬細胞發(fā)揮延緩As進展的作用及其延緩As的具體分子機制尚不完全清楚，需要進一步研究。

SIRT1除與As相關(guān)外，還與其他心血管病相關(guān)。SIRT1與心力衰竭的發(fā)病機制和心臟電活動的調(diào)節(jié)有關(guān)[11,38-39]，也可作為評估心肌梗死發(fā)生率和預后的指標。尋找升高體內(nèi)SIRT1表達的方法已成為研究熱點。研究證實，麥角硫因(2-巰基-1-組氨酸甜菜堿)可通過調(diào)節(jié)SIRT1/p66shc和SIRT6/NF-κB途徑防止高糖誘導的內(nèi)皮衰老[15,40-41]，而新型多聚ADP核糖轉(zhuǎn)移酶抑制劑AG-690/11026014可通過恢復心臟組織中SIRT1的活性對血管緊張素Ⅱ誘導的小鼠心臟重構(gòu)發(fā)揮保護作用[42]。總之，SIRT1通過調(diào)節(jié)As發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮抗As作用，進一步研究能提高人體內(nèi)SIRT1活性的藥物可為As的治療提供新選擇。

4.2SIRT1保護血管的機制 很多學者對SIRT1保護血管的機制進行了探討。SIRT1可通過去乙酰化作用調(diào)節(jié)內(nèi)皮型一氧化氮合酶、去乙酰化NF-κB的p65亞基、減少促炎因子的表達、去乙酰化氧化還原過程中的靶蛋白、拮抗ROS的過量產(chǎn)生、減少氧化應(yīng)激等發(fā)揮血管保護作用。SIRT1與衰老相關(guān)蛋白(如p66Shc)之間的串擾可預防基于抗氧化應(yīng)激反應(yīng)的血管疾病[12]。研究SIRT1與Hcy的關(guān)系有助于進一步了解Hcy致As的分子機制。Wang等[43]研究表明，用Selaginellin(一種卷柏屬植物提取物)預處理能夠以濃度依賴的方式抑制Hcy誘導的臍靜脈內(nèi)皮細胞衰老，這可能與抑制細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生以及上調(diào)SIRT1信使RNA的表達有關(guān)。Chen等[44]的研究表明，Hcy可增加大鼠腸系膜上動脈角蝰毒素6c誘導的內(nèi)皮素受體B蛋白的表達水平和內(nèi)皮素受體B介導的收縮反應(yīng)，并降低SIRT1蛋白的表達水平。白藜蘆醇可扭轉(zhuǎn)上述作用，并阻止Hcy誘導的乙酰化p65的上調(diào)和內(nèi)皮素B受體蛋白的表達，降低Hcy誘導的大鼠血壓升高。以上結(jié)果表明，Hcy通過SIRT1/NF-κB信號通路調(diào)節(jié)內(nèi)皮素B受體的表達，并且SIRT1作為關(guān)鍵的上游蛋白在Hcy致血管損傷中發(fā)揮著至關(guān)重要的血管保護作用。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫能夠減弱Hcy誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并增加PC12細胞中SIRT1蛋白的表達；抑制SIRT1可逆轉(zhuǎn)硫化氫對PC12細胞中Hcy引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的保護作用。提示硫化氫具有抑制HHcy誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的能力，SIRT1參與其中，揭示了硫化氫在高Hcy介導的神經(jīng)毒性中起保護作用的分子機制。綜上，Selaginellin、白藜蘆醇等具有激活SIRT1活性的藥物能延緩Hcy對內(nèi)皮細胞及神經(jīng)細胞的損害。目前，SIRT1已正成為治療Hcy誘導的血管損傷的新靶點，而Hcy如何通過影響SIRT1及其下游信號影響內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞等的具體機制尚需要進一步研究。

5 SIRT1/LOX-1通路在Hcy介導的As中的作用

Hcy能通過下調(diào)SIRT1的表達，增加LOX-1的表達發(fā)揮致As作用。研究表明，Hcy可通過增加蛋白激酶C-β的活化，提高LOX-1的表達水平，且隨著蛋白激酶C-β磷酸化的上調(diào)會引起SIRT1的降解；而SIRT1的過表達可減少Hcy誘導的LOX-1的激活，沉默蛋白激酶C-β的功能也能夠減少Hcy引起的LOX-1激活和內(nèi)皮細胞凋亡[30]。以上提示Hcy能夠通過SIRT1/LOX-1通路誘導內(nèi)皮細胞凋亡及功能障礙，所以尋找增強SIRT1活性并調(diào)節(jié)SIRT1/LOX-1通路的藥物成為治療Hcy致As的新方法。Wang等[46]的研究發(fā)現(xiàn)，HHcy可降低內(nèi)皮細胞SIRT1的表達，增加LOX-1的表達，導致ROS生成增多、NOX活性增強以及NF-κB激活，從而促進炎癥反應(yīng)和細胞凋亡。用Ex527(SIRT1的抑制劑)或小干擾RNA阻斷SIRT1的表達后可增加LOX-1的表達；而SIRT1的過表達則可顯著降低LOX-1的表達[46]。Xu等[47]的研究表明，胞質(zhì)多聚腺苷酸結(jié)合蛋白1缺失后可通過SIRT1/LOX-1信號通路在Ox-LDL誘導的細胞凋亡和炎癥中發(fā)揮抗炎和抗凋亡作用。而Hcy是否會先影響胞質(zhì)多聚腺苷酸結(jié)合蛋白1的表達，進而通過SIRT1/LOX-1通路引起內(nèi)皮損傷尚需進一步研究。有研究表明，銀杏內(nèi)酯B及二甲雙胍通過調(diào)節(jié)SIRT1/LOX-1通路對ox-LDL導致的內(nèi)皮細胞損傷發(fā)揮保護作用，具體表現(xiàn)為抑制氧化應(yīng)激、增強內(nèi)皮型一氧化氮合酶活性，抑制蛋白激酶B激活，抑制AMP活化蛋白激酶-α、蛋白激酶C-α以及NOX激活[48-49]。

多項研究證實SIRT1/LOX-1參與Hcy致血管內(nèi)皮損傷過程。一項隨機安慰劑對照臨床試驗發(fā)現(xiàn)，冠狀動脈疾病患者采用藏紅花素治療后SIRT1和AMP活化蛋白激酶的基因表達顯著上調(diào)，而LOX-1和NF-κB的表達顯著下降[50]。提示藏紅花素可通過增加SIRT1和AMP活化蛋白激酶基因的表達降低LOX-1和NF-κB的表達，進而對冠狀動脈疾病患者產(chǎn)生有益作用[50]。以上研究表明，靶向SIRT1/LOX-1的藥物在Hcy致內(nèi)皮損傷中具有保護作用。SIRT1、LOX-1是調(diào)控As的關(guān)鍵蛋白，針對SIRT1/LOX-1通路的研究也越來越多，并逐漸被人們所重視。在單核細胞衍生的巨噬細胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT1過表達能夠降低LOX-1的表達，從而減少泡沫細胞的形成和As[51]。LOX-1能夠在體內(nèi)調(diào)節(jié)血栓形成，激活保護性的八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子/SIRT1途徑，減少血栓形成，提示SIRT1可能作為治療急性冠狀動脈綜合征的一個新靶點[52]。有研究表明，運動干預通過調(diào)節(jié)SIRT1/NOX/LOX-1信號轉(zhuǎn)導，降低NF-κB、細胞間黏附分子1和血管細胞黏附分子1蛋白的表達發(fā)揮抗炎、抗氧化作用，從而減輕HHcy引起的主動脈內(nèi)皮細胞損傷[53]。而在另一項臨床研究中發(fā)現(xiàn)，抑制SIRT1后能顯著上調(diào)冠心病患者單核細胞中的氧化應(yīng)激，并且促凋亡事件、促炎事件和線粒體損傷能夠被SIRT1的過表達所逆轉(zhuǎn)，LOX-1/NOX在其中發(fā)揮SIRT1下游信號的作用[35]。

SIRT1/LOX-1參與Hcy的致血管內(nèi)皮損傷過程。Hcy引起的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、凋亡增加、線粒體損傷等能被SIRT1的激活所逆轉(zhuǎn)[30,46]，LOX-1作為SIRT1下游信號，也扮演著重要角色。尋找能增強SIRT1活性或上調(diào)其表達的藥物可能延緩Hcy致As的發(fā)生發(fā)展，SIRT1/LOX-1也逐漸成為治療Hcy致血管損傷的關(guān)鍵分子通路。

6 小 結(jié)

HHcy能引起炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細胞凋亡等，導致As進展，其已成為臨床上檢測心血管疾病的常用指標。Hcy導致As的分子機制尚未完全闡明。SIRT1是一種重要的抗As分子，可調(diào)節(jié)多種生理和病理過程的下游靶蛋白，如LOX-1、NF-κB、NOX、激活蛋白1、p53、p27等，從而發(fā)揮改善心血管系統(tǒng)功能的作用。LOX-1是一種促進As發(fā)展的重要蛋白，與SIRT1關(guān)系密切。Hcy可通過SIRT1/LOX-1引起內(nèi)皮細胞損傷，導致As進展。用藥物增強SIRT1的表達后能降低其下游信號LOX-1的表達，進而改善Hcy致血管損傷及As發(fā)展。LOX-1在巨噬細胞、血管平滑肌細胞、心肌細胞、血小板和成纖維細胞均有表達，研究Hcy是否通過SIRT1/LOX-1引起上述細胞的損害，有助于更深入地了解Hcy致As的分子機制，同時尋找增強SIRT1活性的藥物可能為治療Hcy誘導的As提供新選擇。