去乙酰化酶Sirtuins家族與非酒精性脂肪性肝病的關系

宗也凱， 劉江凱

1 河南中醫藥大學 第一臨床醫學院， 鄭州 450008; 2 河南中醫藥大學第一附屬醫院 脾胃肝膽科， 鄭州 450008

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)也稱代謝相關脂肪性肝病(MAFLD)，是一種潛在的嚴重肝病，是指除外酒精和其他明確損肝因素所致的以肝細胞內脂質過量沉積為主要特征的臨床病理綜合征[1]。其臨床疾病譜發展包括非酒精性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)甚至肝硬化和肝細胞癌(HCC)。流行病學調查結果顯示NAFLD全球患病率為25.24%[2]，在我國，NAFLD患病率為29.2%[3]。全球范圍內，2010年—2020年兒童NAFL的發病率迅速攀升，NAFLD整體呈年輕化趨勢[4]。但迄今為止尚無針對這種疾病的特定藥物治療被批準[5]，因此如何診治NAFLD已成為當今中西醫學界面臨的嚴峻挑戰。近些年，國內外大量研究發現Sirtuins在NAFLD的發生發展中扮演著重要的角色，Sirtuins有望成為新的治療靶點。

1 Sirtuins概述

Sirtuins是一組高度保守的線粒體煙酰胺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴性蛋白質去乙酰化酶家族，由沉默信息調節因子2編碼。它們通過各種翻譯后修飾調節下游靶蛋白功能，大約與25%的人類蛋白質組相互作用。生物活性主要包括細胞應激、耐藥性、基因組穩定、腫瘤發生和調節能量代謝等[6]。Sirtuins對翻譯后蛋白底物的化學修飾主要以乙酰化為主，輔以丙二酰化、琥珀酰化和戊二酰化[7]。Sirtuins家族由7種不同的同源蛋白質組成(SIRT1～7)，具有不同的亞細胞定位和功能(表1)[8-10]。其在代謝組織如肝臟、胰腺和脂肪組織中具有很高的表達特征[11]，因此對肝臟可能有潛在特異性。Sirtuins涉及很多包括肝臟在內的細胞生理功能：生物氧化、糖脂代謝、線粒體功能、胰島素分泌、肝糖異生、脂肪細胞成熟、炎癥活動。這與NAFLD多重打擊假說中的多種因素相重合，如氧化應激誘導的線粒體能量代謝障礙、內質網應激以及促炎和纖維化途徑的激活[12]。

2 Sirtuins在NAFLD中的作用

2.1 Sirtuins與脂肪代謝 肝內脂肪過度異位沉積是NAFL發生發展的重要病理基礎，Sirtuins通過多種途徑參與脂肪代謝，減少因肝細胞脂肪過度沉積對細胞結構和功能的破壞[13]，預防脂毒對肝細胞二次打擊的發生。脂肪由甘油和三分子脂肪酸合成，各種異常的脂肪酸活化過程是甘油三酯積累的主要原因之一[14]。肝細胞SIRT1特異性缺失損害過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的信號傳導，抑制了脂肪酸β-氧化過程，過多的脂肪酸難以分解，從而加重了肝內脂肪堆積[15]。成人NAFLD大泡狀脂肪變性從肝臟中央周圍區開始發生，隨著疾病的進展，逐漸向門靜脈周圍區擴散。SIRT5在肝門靜脈周圍細胞有高表達特征，基因敲除SIRT5小鼠中受損的線粒體對中鏈甘油三酯(C6-C12)β-氧化能力下降可能驅動了門靜脈周圍大泡性脂肪變性[16]。作為脂肪基本成分之一的棕櫚酸酯，其介導的異常脂肪代謝可通過AMPK/PPARα/PPARγ途徑被SIRT1抑制，從而減輕過量異常脂肪合成對肝臟代謝的負擔[17]。

表1 哺乳動物Sirtuins一般特征[8-10]

載脂蛋白是脂質運輸的重要載體，亦是肝脂質代謝的主要途徑，其主要由肝細胞合成，NAFL的發生可能與不同類型載脂蛋白的缺失或增加相關[18]。相關研究[19]表明，SIRT3可恢復非酯化脂肪酸誘導的極低密度脂蛋白低效組裝和分泌，提高肝臟脂肪代謝效率。相反，肝SIRT6缺乏則會導致糖類應答元件結合蛋白和膽固醇調節元件結合蛋白1(SREBP1)的水平和轉錄活性升高。低密度脂蛋白受體在細胞膜表面的表達與SREBP1呈正相關，過高的SREBP1表達會促進低密度脂蛋白攜帶脂質由血漿向胞內轉運，增加肝臟對脂質的攝取，誘發NAFL的發生[20]。近年來，自噬/脂噬也被廣泛認為是脂肪代謝及降解的重要途徑之一，甘油三酯脂酶通過SIRT1介導的信號促進自噬/脂噬的發生，是控制肝臟脂滴分解代謝和脂肪酸氧化的主要手段[21]。研究[22]證實，丹皮酚能夠通過促進SIRT1-FoxO1-ATG14(自噬相關蛋白14)依賴性脂噬預防棕櫚酸誘導的HepG2細胞損傷中的脂代謝障礙，降低細胞中脂滴數量。這一行為也可被SIRT3通過激活AMPK信號來增強脂滴中巨噬細胞和分子伴侶介導的自噬[23]。綜上所述，Sirtuins通過氧化分解、調控脂肪細胞、修飾功能蛋白、激活自噬等途徑對人體脂肪代謝產生影響，尤其在對肝脂肪變的預防和改善當中扮演著重要的角色。

2.2 Sirtuins與胰島素抵抗或缺失 胰島素抵抗或缺失是NAFLD發生發展的關鍵打擊因素。脂肪組織中甘油三酯脂解后，脂肪酸主要從血液輸送到肝臟，這一過程受胰島素調節。胰島素缺失或抵抗致使細胞利用葡萄糖不足，導致過多的脂肪酸運輸到肝臟誘發形成NAFL[24]。目前已知誘發胰島素缺失或抵抗的原因有脂肪誘導、線粒體功能障礙、氧化應激、胰島素受體突變、炎癥因子的分泌等[25]。

脂聯素是脂肪組織分泌的一種人體內主要內源性胰島素增敏激素，其特異性缺失常常誘發胰島素抵抗。有研究[26]證實，SIRT1可通過FoxO1途徑上調脂肪組織中脂聯素的表達水平，增強包括肝在內的細胞對胰島素的敏感性。高血糖會加劇細胞線粒體活性氧的產生，SIRT1通過介導氧調節蛋白150減輕棕櫚酸誘導的HepG2細胞內質網應激和胰島素抵抗[27]。胰島素由胰腺胰島β細胞分泌，其合成速率受血漿葡萄糖濃度影響，胰島β細胞功能障礙和體積減少是導致胰島素分泌受損的主要原因[28]。研究[29]發現SIRT1可通過AMPK信號介導的脂肪酸氧化激活胰腺導管細胞的神經原3陽性內分泌祖細胞的活化，從而促進胰島β細胞的再生。內質網應激此前已被證實與胰島β細胞損害相關，且這一過程通常合并脂毒的發生。SIRT3通過修飾IRE1、ATF6能夠拮抗氧化應激，維持和保護胰腺β細胞正常功能免受脂肪毒性并促進胰島素的分泌[30]。以上代謝方式，離不開細胞受體的協同作用，胰島素通過調節含有葡萄糖轉運蛋白4的囊泡運輸來增加肝臟、脂肪、肌肉細胞對葡萄糖的攝取[31]。當這一關鍵過程失調，即會導致胰島素抵抗，而SIRT1可激活葡萄糖轉運蛋白4的失常表達，促進細胞對葡萄糖的轉運，減少肝脂肪聚集預防NAFL的發生[32]。綜上所述，Sirtuins相關的脂糖代謝與NAFLD的發生發展息息相關。

2.3 Sirtuins與炎癥 NASH組織病理學改變主要為肝細胞脂肪變性合并小葉內炎癥浸潤，期間可伴隨纖維化的發生，是NAFLD向肝硬化和HCC過渡的中間階段，且難以自行痊愈。NASH發生發展由多種機制所致，包括脂肪酸堆積、線粒體/內質網功能障礙、氧化應激和內毒素介導的細胞因子釋放等[33]。

Sirtuins家族通過信號級聯反應減緩炎癥的發生，這與其修飾蛋白、沉默基因的生理功能相關[34]。氧化應激導致膜脂過氧化可使細胞結構遭到破壞，許多抗氧化酶的調節依賴于轉錄因子Nrf2。有研究[35]表明，SIRT6靶向調控Nrf2，使Nrf2與抗氧化反應元件結合增加Ⅱ相/抗氧化酶的表達，從而減緩因氧化應激產生的細胞炎性浸潤，改善NASH。各種損傷因素誘發肝細胞對炎癥因子的募集可伴隨炎癥瀑布效應的發生，根據近年來研究顯示，Sirtuins在炎癥信號通路中對抗炎抗應激有明顯的正向作用。SIRT1介導的NF-κB乙酰化(ac-NF-κB)在炎癥信號的激活中具有重要作用。游離脂肪酸處理的HepG2細胞中，ac-NF-κB的表達顯著上調，而SIRT1的表達下調。用七葉素(SIRT1激活劑)處理HepG2細胞顯著抑制了TNFα和IL-6表達的增加，減少了肝細胞炎性浸潤[36]。C-Jun也是炎癥主要信號通路之一，其可被SIRT6影響經由脫乙酰H3K9、AP-1或AP-1相關結合位點，下調炎癥因子MCP-1、IL-6及TNFα的表達[37]。現今，Sirtuins在慢性炎癥中的作用相關研究還處于非常早期的階段，但越來越多的證據表明，在慢性炎癥期間，特定組織中的NAD+水平和Sirtuins轉錄水平持續降低[38]。

2.4 Sirtuins與纖維化 脂肪性肝纖維化進展是NAFLD中后期病理階段之一，終末可演變為脂肪性肝硬化。脂肪性肝纖維化主要是由肝脂質異常堆積等慢性損傷因素引起細胞外基質蛋白積累所導致，不斷的纖維化進展致使肝正常結構和功能被破壞[39]。

肝星狀細胞(HSC)及其分泌的因子蛋白是細胞外基質的主要來源，有研究[40]證實SIRT1可通過去乙酰化增強子EZH2阻斷靜止期HSC PPARγ的轉錄活性，減緩HSC的激活。在肝臟受到物理、化學、感染等刺激產生病理變化時，HSC增殖并激活轉變為肌成纖維細胞，表達α-平滑肌肌動蛋白，合成細胞外基質[41]。肌成纖維細胞分化是肝纖維化發病機制中的一個關鍵過程，TGFβ是肌成纖維細胞分化的強有力誘導劑。相關研究[42]表明，SIRT1選擇性抑制劑EX-527通過上調細胞中SIRT2、SIRT3和SIRT4的水平來降低TGFβ和α-平滑肌肌動蛋白的表達水平以減緩纖維化的發生，但具體機制尚未闡明。然而，另一項研究[43]顯示，抑制SIRT2會導致ERK的磷酸化和c-MYC的降解，其可顯著抑制人肝星狀LX2細胞中成纖維基因的表達。這與上述實驗結果有所出入，猜測Sirtuins在肝纖維化的過程中可能存在某種相互拮抗作用，但尚未有相關研究證實這一關系。肝臟基因敲除和HSC基因敲除SIRT6小鼠比野生型小鼠出現更嚴重的炎癥浸潤和纖維化程度，這可能與SIRT6在關鍵賴氨酸殘基K333和K378處脫乙酰化Smad3，并減弱在HSC中由TGFβ誘導的轉錄活性相關[44]。肌成纖維細胞中線粒體功能常常表現一定的缺陷，SIRT7能夠通過去乙酰化GABPβ-1增強線粒體穩態[45]。由此可見，Sirtuins主要通過抑制HSC激活因子預防肝纖維化的發生。

3 Sirtuins在NAFLD中的變化

NAFLD過程中，Sirtuins的表達也會發生某些改變，了解這些變化有利于更全面梳理Sirtuins在脂肪肝中的作用。一項對比研究[46]顯示，與正常體質量受試者相比，超重或肥胖受試者脂肪組織中SIRT1、SIRT2、SIRT3和SIRT6 mRNA表達存在差異。除了SIRT2，所分析的基因都顯示與BMI呈負相關。有趣的是SIRT2在超重組中含量最高，肥胖組最低。另有Kim等[47]發現，SIRT1能夠與SIRT6啟動子上的FOXO3a和NRF1形成復合物并正向促進SIRT6的表達，從而負向調節糖酵解、甘油三酯合成和脂肪分解。這預示著Sirtuins之間存在著某些正負調節和協同機制。關于Sirtuins隨著BMI增高而下降的原因，在另一項研究中可能得到一些合理的解釋。經棕櫚酸處理過的HepG2細胞中細胞核和線粒體部分的SIRT3表達水平降低，其細胞伴隨顯著的活性氧誘導和凋亡以及線粒體跨膜電位的消耗[48]。

一項研究[49]報告了SIRT1水平在不同的小鼠模型和經歷活化的培養HSC的肝臟中降低，SIRT1的下調與HDAC4上調平行。HDAC4在HSC激活過程中被募集到SIRT1啟動子，并從SIRT1啟動子中去除乙酰化組蛋白H3和H4，這導致了SIRT1反式阻遏。與其他肝細胞類型相比，SIRT6在HSC中表達最豐富，其可能對肝纖維化有特異性，但在小鼠和人的活化HSC和纖維化肝臟中SIRT6的表達卻降低[50]。以上研究表明Sirtuins在肝纖維化進展中被某些機制阻遏導致其正常功能失效，誘發加重了纖維化進展。現階段對Sirtuins的研究主要集中在挖掘功能作用、信號通路方面，涉及NAFLD中Sirtuins交互關系或表達變化等方面研究較少。近年來表觀遺傳學是Sirtuins研究的一個新方向，有望解答其在NAFLD中更深層次的關系[51]。

4 小結和展望

Sirtuins是治療NAFLD的潛在靶點，它們通過多種途徑參與了與NAFLD發生發展密切相關的糖脂代謝、氧化應激、炎癥反應、纖維變性。大量實驗研究表明其對NAFLD的干預效果是顯性的，但具體機制仍未完全闡明或僅有小部分闡明。僅基于目前的研究，Sirtuins還不能應用于NAFLD的治療。對于Sirtuins在NAFLD中完整全面的生理病理功能還需要更深入的了解，因此迫切需要更多的研究來加深對NAFLD中各種Sirtuins相互作用的理解，并開發Sirtuins的選擇性激活劑/抑制劑，這對于今后攻克治療NAFLD具有深刻意義[52]。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：宗也凱負責論文設計，收集數據，資料分析，撰寫論文并最后定稿；劉江凱參與論文指導。