Sirtuins家族在感音神經性聾發病機制中的作用研究

梁文琦 柳柯 龔樹生

首都醫科大學附屬北京友誼醫院耳鼻咽喉頭頸外科（北京 100050）

沉默信息調節因子2（silencing information regulator 2,Sir2）作為一類煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依賴性去乙酰化酶，最早是在酵母菌中被發現的[1]。迄今為止發現的哺乳動物Sir2同源蛋白質有7個，分別為SIRT1～7，稱為Sir2-相關酶類（Sir2-related enzymes,Sirtuins）[2]。Sirtuins家族的特征是高度保守的NAD+結合結構域和催化結構域，并含有催化核心外的N-末端和C-末端延伸，不保守的延伸末端使其能與多種底物結合從而完成不同的生物學功能[3]。人類Sirtuins家族的各個成員的染色體信息、翻譯后蛋白信息和功能見表1[4-10]。Sirtuins家族參與染色質重塑、DNA修復、衰老、新陳代謝和氧化應激調節等多種生理過程，而這些生理過程大多參與了感音神經性聾的發生與發展，因此，近年來人們發現Sirtuins家族在多種類型的感音神經性聾的發病機制中扮演著重要的角色。

表1 Sirtuins家族各成員的染色體信息、翻譯后蛋白信息和功能Table 1 Chromosome information,post-translational protein information and function of Sirtuins family

1 Sirtuins家族在內耳中的表達

在Sirtuins家族中，SIRT1與SIRT2同源性最高，也是研究最多的一員[11]。其基因結構高度保守，蛋白廣泛表達于機體的各種組織細胞中[12]。SIRT1在C57BL/6小鼠內耳中大量表達，包括毛細胞、螺旋韌帶的纖維細胞、中間細胞、血管紋邊緣細胞和螺旋神經節細胞[13]。SIRT1蛋白表達定位于細胞核和細胞質，通過對底物蛋白賴氨酸殘基的去乙酰化作用，調節底物蛋白生物活性，廣泛參與基因轉錄、能量代謝和細胞衰老等多個過程[14]。人類SIRT2主要在大腦中表達。有報道認為SIRT2的功能與SIRT1相互拮抗，SIRT2在神經退行性疾病中起到的是破壞的作用[15]。SIRT3、SIRT4和SIRT5定位于線粒體，但SIRT3被認為是主要的線粒體去乙酰化酶，因為與SIRT4和SIRT5缺陷小鼠相比，SIRT3缺陷小鼠肝臟和棕色脂肪組織中的線粒體蛋白表現出高度乙酰化[16]。SIRT3基因編碼的蛋白定位于細胞線粒體中膜[17]。在內耳中，SIRT3分布于負責將機械振動轉換成神經信號的耳蝸毛細胞，將神經信號從耳蝸上皮傳遞到大腦的螺旋神經節的神經細胞，以及負責供應營養、組成血管的血管內皮細胞[18]。

2 Sirtuins家族與感音神經性聾的發病機制

2.1 Sirtuins家族與內耳細胞凋亡

Sirtuins家族通過多種途徑參與了內耳細胞損傷：（1）SIRT1的表達量隨著聽力喪失和毛細胞丟失而減少，表明SIRT1可能具有保護聽覺功能的作用[13]；（2）SIRT1可以通過miR-34a/SIRT1/p53信號通路調控老年性耳蝸毛細胞凋亡。當過表達miR-34a時，抑制SIRT1的表達，其對p53蛋白的去乙酰化能力下降，從而導致p53活性上升，最終促進了內耳細胞的凋亡。而反過來，使用白藜蘆醇激活SIRT1，能夠有效地緩解因miR-34a過表達而引起的毛細胞凋亡[19]；（3）miR-34a過表達能抑制SIRT1的表達，從而促進毛細胞凋亡。miR-34a通過負性調節SIRT1/HIF-1α信號通路而發揮有害作用，為糖尿病聽力障礙的治療提供了新的靶點[20]；（4）微小RNA-29b （microRNA-29b，miR-29b）過表達能抑制SIRT1和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子 1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1,PGC-1α）的表達，導致線粒體功能障礙、毛細胞凋亡增加。抑制miR-29b基因可增加SIRT1和PGC-1α的表達，從而減少毛細胞凋亡[21]。另外，心肌梗死相關轉錄本（myocardial infraction association transcript,MIAT）可下調miR-29b含量，從而上調SIRT1/PGC-1α的表達。SIRT1/PGC-1α含量降低能通過促進耳蝸毛細胞凋亡從而促進年齡相關性聽力損失的發生[22]；（5）SIRT1的沉默通過抑制自噬促進了毛細胞凋亡，而SIRT1激活能恢復自噬，減少毛細胞凋亡，從而延緩年齡相關的聽力損失[23]；（6）SIRT2抑制劑AK-7可減少耳蝸細胞凋亡，減輕噪聲所致的聽力損失，表明SIRT2對耳蝸細胞凋亡的調控作用參與了噪聲性聾的發病機制[24]；（7）Someya等[25]發現衰老會導致野生型和SIRT3缺陷小鼠的聽力損失。然而，雖然卡路里限制減少了野生型小鼠與年齡相關的神經元和毛細胞的丟失，延緩了聽力損失的進展，但這種影響在SIRT3缺陷的動物中完全消失。該研究表明SIRT3是調節年齡相關性聽力損失對卡路里限制反應的關鍵分子。其后他們發現，SIRT3表達量增多能保護細胞免受氧化應激誘導的細胞死亡，并抑制了年齡相關螺旋神經節神經元和毛細胞的凋亡[26]。

2.2 Sirtuins家族與氧化損傷

Sirtuins家族在氧化損傷中也扮演著多種重要的角色。（1）在順鉑處理的耳蝸組織中，p53上調miR-34a表達量，聚（ADP-核糖）聚合酶1（poly（ADP-ribose）polymerase 1,PARP-1）激活引起 NAD+減少，從而導致SIRT1的蛋白水平和活性水平均下降，加劇了順鉑的耳毒性[27]；（2）miR-34a過表達能抑制SIRT1的表達，增加了高糖誘導的缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1alpha,HIF-1α）的表達，通過氧化損傷促進糖尿病聽力障礙的發生發展[20]；（3）在小鼠噪聲性聾模型中，SIRT2在耳蝸中的表達量增多。并且用一種SIRT2抑制劑AK-7抑制SIRT2的表達，可減少DNA氧化損傷，從而減輕噪聲所致的聽力損失[24]；（4）SIRT3 表達減少使SOD2乙酰化增加、活性下降，引起氧化產物累積，從而導致聽皮層氧化損傷[28]；（5）熱量限制促進了SIRT3的表達，導致線粒體異檸檬酸脫氫酶2（iso‐citrate dehydrogenase 2，IDH2）去乙酰化并激活，導致線粒體中NADPH水平的升高和還原型谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽比率的增加，從而提高了年齡相關螺旋神經節神經元和毛細胞對氧化應激的抵抗力[26]；（6）SIRT3過表達減少了噪聲暴露引起的軸突變性，從而使小鼠對噪聲性聾具有抵抗力，而SIRT3的缺失降低了煙酰胺核苷的保護作用和NAD+生物合成酶的表達[29]；（7）丙烯醛顯著降低SIRT3的表達，誘導耳蝸核神經元線粒體功能障礙和氧化應激，而慢病毒轉染過表達SIRT3可部分阻止丙烯醛誘導的耳蝸核神經元損傷。這些結果表明SIRT3在丙烯醛耳毒性中起保護作用[30]。

2.3 Sirtuins家族與內耳自噬

目前關于Sirtuins家族通過自噬途徑參與感音神經性聾發病機制的研究較少。有研究發現，在早期階段，順鉑能夠通過誘導HEI-OC1細胞中SIRT1的增加從而調節自噬，提示SIRT1通過自噬激活參與了順鉑所致感音神經性聾的發病機制[31]。SIRT1通過去乙酰化核心自噬蛋白ATG9A參與了年齡相關的聽力損失的發病機制。ATG9A不僅參與自噬體膜的形成，而且是內質網應激誘導自噬的感受器[23]。

2.4 Sirtuins家族其他成員與感音神經性聾

目前關于SIRT4、SIRT5和SIRT6和感音神經性聾之間的因果聯系仍不確定。SIRT4和SIRT5在線粒體中有著特異的底物，關于它們在感音神經性聾中的作用機制還需要進一步的研究。SIRT7的主要生物學活性尚不清楚。據報道，SIRT7是選擇性組氨酸H3K18脫乙酰酶[32]和RNA聚合酶I轉錄激活劑[33]。SIRT7介導的GABPβ1的脫乙酰化促進了GABPα與GABPα的復合物形成和GABPβ/GABPβ異四聚體的轉錄激活，從而影響了線粒體動態平衡，故SIRT7基因敲除小鼠出現多系統線粒體功能障礙,其中包括年齡相關性聽力損失[34]。

3 Sirtuins家族的激動劑和抑制劑

目前，在感音神經性聾領域中，對Sirtuins家族中SIRT1和SIRT3的激動劑和抑制劑研究較多。SIRT1的功能激動劑主要包括白藜蘆醇、SRT1720、銀杏葉提取物EGb761和云芝等。（1）SIRT1的天然激動劑白藜蘆醇，能改變12月齡C57BL/6小鼠的自噬損害，延遲年齡相關的聽力損失[23]；（2）特異性SIRT1激活劑SRT1720能有效地減少順鉑誘導的HEI-OC1細胞聽覺細胞系、斑馬魚側線和C57BL/6小鼠耳蝸毛細胞丟失，提示SIRT1可作為治療順鉑所致感音神經性聾的潛在治療策略[31]；（3）銀杏葉提取物EGb761對3-硝基丙酸所致急性耳毒性動物模型有明顯的聽力保護作用，其機制可能是3-硝基丙酸降低了SIRT1的表達，而EGb761能維持SIRT1在耳蝸中的表達，從而保護螺旋韌帶和螺旋神經節細胞內的纖維細胞[35]；（4）梅尼埃病患者的SIRT1水平以及血漿中還原谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值顯著升高，梅尼埃病患者處于全身氧化應激狀態，而在梅尼埃病加云芝治療組中，SIRT1含量和血漿中還原谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值均下降，表明云芝能通過SIRT1誘導對細胞內促氧化狀態的反應[36]。

SIRT3活性在NAD+含量升高或NADH含量降低時被激活，反之當NAD+含量降低或NADH含量升高時被抑制[37]。NAD+耗盡時產生的大量活性氧（ROS），從 而 介 導 了 線 粒 體 SIRT3 含 量 升 高[38]。Adjudin是SIRT3的激活劑，它可以上調SIRT3，抑制ROS產生和細胞凋亡[39]。目前在實驗過程中激活SIRT3蛋白的方法有熱量限制[40]，白藜蘆醇對SIRT3也有一定的激活作用[41]。研究人員也會通過直接過表達SIRT3的方法對其作用進行研究。另外，SIRT1在多種轉錄激活和翻譯后修飾活動中參與調控SIRT3信號通路[42]。

4 結論

Sirtuins家族作為具有多種生物學功能的重要因子，在能量代謝、生長發育、修復損傷及凋亡等多種生理活動中發揮著重要的調控作用，但關于Sirtuins家族和感音神經性聾的研究數量并不多。目前研究中涉及到的Sirtuins家族成員有SIRT1、SIRT2和SIRT3。在圖1中，我們闡明了這三位成員在感音神經性聾發病機制中的重要作用。但是，現有的研究對Sirtuins家族生物學功能的理解并不全面，需要進一步對其上下游分子進行探討。總之，Sirtuins家族是感音神經性聾發生發展機制研究中一個非常具有前景和科學價值的著眼點和切入點。

圖1 SIRT1、SIRT2和SIRT3通過多種上下游分子，調節毛細胞凋亡和聽皮層損傷。Fig.1 SIRT1,SIRT2 and SIRT3 regulate hair cell apoptosis and auditory cortex damage through a variety of upstream and downstream molecules.