Sirtuins家族與心血管疾病關系研究進展

谷佳鑫綜述 劉文秀，趙德超審校

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)發病率和病死率居高不下，已成為一個重大的公共衛生問題[1]。盡管內皮功能障礙、動脈粥樣硬化、炎性反應等已被證實是眾多CVD共同的病理基礎，但體內是否存在某些保護因子干預疾病的發生、發展仍然值得探索。近年來Sirtuins家族走入大眾視野，它是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)依賴性的組蛋白去乙酰化酶。研究表明[2]，Sirtuins家族成員的激活可以調節細胞新陳代謝、維持代謝平衡、緩解氧化應激，從而減輕細胞損傷、抑制炎性反應等，進而預防了多種與衰老相關的疾病和心血管疾病。基于此，本文將重點對Sirtuins家族成員的生物學功能、與心血管疾病的相關性進行分析討論，旨在為Sirtuins家族作為心血管疾病的有效治療方法提供理論依據。

1 Sirtuins家族成員及生物學功能

1.1 Sirtuins家族及成員 早在20世紀70年代，沉默信息調節因子2(silent information regulator 2，Sir2)首次在釀酒酵母細胞轉錄沉默時被發現。Sir2是一種高度保守的蛋白家族，其產物影響基因組的穩定性[3]，Sir2過度激活可延長酵母的壽命[4]。后來將真核生物中與Sir2同源的蛋白稱之為Sirtuins。Sirtuins屬于Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶，具有NAD+依賴性去乙酰化酶活性。目前已知 Sirtuins的酶活性更為廣泛，它們不僅是去乙酰化酶，還是ADP核糖基轉移酶、去丙二酰化酶和去琥珀酰化酶[5]，當然，所有這些都需要與NAD+結合才能發揮作用。Sirtuins家族共有7種亞型，即SIRT1～SIRT7，它們廣泛分布于細胞中，其中SIRT1和SIRT2定位于細胞質，SIRT1、SIRT6和SIRT7分布于細胞核，而SIRT3、SIRT4和SIRT5在線粒體中被發現[6]。

1.2 Sirtuins家族成員的生物學功能 Sirtuins家族各成員通過作用于細胞器中各種蛋白質的翻譯后修飾來調節多種細胞功能[7]。SIRT1被認為與Sir2關系最密切，始終是研究的熱點。它參與了大量生物學過程，如調控基因轉錄、細胞凋亡與生存、炎性反應與氧化應激、細胞衰老及腫瘤等[8]。SIRT1因可直接或間接地參與腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate -activated protein kinase，AMPK)信號通路的調控[9]，使非組蛋白和轉錄因子去乙酰化而延緩細胞的衰老，被稱為“長壽蛋白”。SIRT2 在G2/M期可遷移至細胞核中，參與細胞周期調控和胞內運輸[10]。近年來發現，SIRT2的激活可降低活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平，使肝激酶B1去乙酰化，促進AMPK通路激活[11]，從而參與細胞氧化應激、自噬和細胞凋亡的調節。此外，SIRT2 還可抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的降解，參與糖的生成。SIRT3可維持線粒體能量穩態，其機制主要與誘導叉頭蛋白O3a(forkhead box O3a，FOXO3a)轉錄因子去乙酰化和核移位減少細胞中的ROS水平相關。同時，SIRT3還參與腫瘤的發生。SIRT4的研究相對較少，其主要在調節能量代謝和胰島素分泌方面發揮作用。最新研究表明，SIRT4能抑制肌肉和肝臟細胞中的脂肪酸氧化[12]。SIRT5是Sirtuins家族最鮮為人知的成員，已有報道其參與尿素循環、糖酵解、脂肪酸氧化等過程，調節胞漿和線粒體蛋白的丙二酰化。另有研究證實，SIRT5還參與了各種癌癥的發生和發展[13]。目前對SIRT6的研究較多，其與SIRT1在功能上高度相似，被認為是細胞內能量傳感器和細胞內穩態的主要調節因子[14]。它主要通過參與DNA修復和端粒維持來調節基因組完整性，通過調節葡萄糖和脂肪代謝及炎性反應來調節細胞內穩態。此外，SIRT6還參與免疫反應、癌細胞分化等多種生物學過程。SIRT7參與基因調控、基因組穩定、衰老及腫瘤的發生[15]。并且，SIRT7還被認為是新陳代謝和應激反應的調節因子[16]。

2 Sirtuins家族與心血管疾病

目前，Sirtuins家族與心血管疾病的研究進展及其潛在的臨床應用價值受到學者的廣泛關注。研究其家族各成員在心血管疾病中的作用及機制，有望為心血管疾病的預防和治療提供新方法與策略。

2.1 Sirtuins家族與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是指脂質、纖維組織和/或鈣質在動脈內膜的積聚，其病理機制很復雜，主要涉及脂質異常、慢性炎性反應和內皮細胞(endothelial cells，EC)功能障礙。近年發現，Sirtuins家族部分成員通過發揮不同生物學功能，參與抗動脈粥樣硬化作用。其中SIRT1可激活內皮型一氧化氮合酶，抑制巨噬細胞中NF-κB活性和促進FOXO 轉錄因子，從而干擾促炎細胞因子信號傳導及表達，同時SIRT1的激活可改善糖耐量和脂質穩態[17-19]，進而防止動脈血栓形成。另外，SIRT1激活還可抑制前蛋白轉化酶枯草桿菌蛋白酶 Kexin-9活性[20]，從而使低密度脂蛋白水平降低，這些都具有抗AS作用。在AS中，SIRT6則可作為一種重要的內皮功能調節因子發揮作用。研究顯示，ApoE-/-小鼠SIRT6敲除可增加黏附分子的表達，促進單核細胞與EC的黏附，進而加快斑塊進展，而SIRT6過表達則可抑制促AS基因的表達，機制與腫瘤壞死因子配體超家族成員4基因啟動子上的組蛋白H3K9去乙酰化相關[21]。此外，也有研究發現[22]，SIRT6依賴其脫乙酰酶活性調節端粒維持功能和血管平滑肌細胞壽命，從而抑制動脈粥樣硬化的形成。由此可見，Sirtuins家族，特別是SIRT1和SIRT6，在血管EC中具有多方面的作用，對維持血管內穩態和逆轉疾病介導的內皮功能障礙至關重要。大量文獻已經在體內、體外試驗及藥理學研究中都支持這一發現，因此，深入對Sirtuins家族的研究，在預防/逆轉內皮功能障礙方面具有巨大的潛力，若對其提前干預，有望預防更危險的心血管意外的發生。

2.2 Sirtuins家族與心肌梗死 急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一種發病率和病死率都很高的心血管疾病。大量學者的研究已發現，Sirtuins家族在AMI中發揮至關重要的作用，甚至認為Sirtuins家族可與肌鈣蛋白(cTnI、cTnT)、肌酸激酶同工酶、肌紅蛋白和心臟型脂肪酸結合蛋白等一起作為AMI早期診斷的預測因子，同時還可指導AMI治療策略的選擇[23]。最新研究表明，適當上調成年大鼠心臟中SIRT1可減輕缺血再灌注損傷，而下調SIRT1則可加重損傷[24]，這進一步說明SIRT1與AMI發生發展的相關性。研究還顯示，SIRT1可抑制心肌細胞凋亡和纖維化，減少炎性反應，延緩心室重構的進程[25]。因此，SIRT1可能成為改善AMI患者預后的潛在治療靶點。當然，此結論只是在動物及細胞水平得到驗證，臨床上的可行性還有待進一步驗證。SIRT5基因調控區內的DNA序列變異導致的SIRT5水平改變，可作為一個危險因素促進AMI的發展，這一猜想也在部分AMI患者中得到了初步證實[26]，然而，SIRT5對AMI的保護作用還需大樣本人群研究進一步證實。

2.3 Sirtuins家族與高血壓 現有數據表明，我國高血壓患者已超3億，但高血壓的機制尚未完全闡明，許多研究發現，Sirtuins家族在高血壓的發病機制中起重要作用。內皮功能障礙導致并加速高血壓的進展，同時高血壓也會導致血管功能障礙，這是個雙向過程。而代謝紊亂和氧化應激參與了血管功能障礙的發病過程，SIRT3則作為這一過程的重要角色。Dikalova等[27]的研究發現，高血壓患者SIRT3水平降低40%，超氧化物歧化酶2乙酰化增加3倍，這提示SIRT3與高血壓的發生密切相關，然而，SIRT3的降低是否與高血壓的進展相關仍需探索。2021年Silaghi等[28]再一次提出，SIRT3的缺失會導致超氧化物歧化酶2的過度乙酰化，進而失活，而這些變化會促進線粒體損傷和炎性反應，加速血管老化和高血壓進展。相反，SIRT3過表達則起到保護血管和降壓作用。以上研究為調控SIRT3表達來治療高血壓病的策略提供了理論基礎。此外，SIRT6和SIRT7在高血壓的進展中也發揮重要作用。Guo等[29]在高血壓模型小鼠中發現SIRT6表達降低，同時敲減小鼠SIRT6，血壓明顯升高，并進一步加重內皮功能障礙及心腎的損傷。另外，SIRT7蛋白表達因病理性壓力超負荷而增加[30]，通過去乙酰化會對心肌起到抗肥大作用。因此，調控Sirtuins家族某些成員活性，對高血壓的發生發展具有重要意義。

2.4 Sirtuins家族與心力衰竭 心力衰竭是各種原因導致的心臟泵功能受損，其病理生理基礎與血管功能障礙、心肌細胞壞死、心肌肥厚、間質纖維化等導致的心臟重塑相關。Ma等[31]研究發現，SIRT1參與單萜苯酚Bakuchiol對糖尿病性心肌病小鼠心臟功能、心肌纖維化、心肌細胞肥大和心肌細胞凋亡的改善過程，進一步的研究發現，Bakuchiol的保護作用很大程度上歸因于SIRT1/核因子—紅系2相關因子2信號通路的顯著激活，最終通過提高抗氧化劑的產生和減少ROS的生成來加強心臟抗氧化能力。由此表明，SIRT1在糖尿病性心肌病中發揮保護作用，干預SIRT1可能對糖尿病性心肌病心臟功能和纖維化程度的改善提供幫助。除SIRT1外，SIRT3與心力衰竭的發生發展更是密不可分。Zeng等[32]研究顯示，SIRT3可介導EC代謝障礙，從而促使EC/壁細胞/心肌細胞的通訊中斷和冠狀動脈微血管稀疏，進一步促進心肌細胞缺氧和心肌纖維化，進而導致舒張功能障礙型心力衰竭，機制可能與SIRT3在EC中調節糖酵解和線粒體呼吸之間的代謝轉換相關。因此，調節SIRT3可能通過改善EC代謝從而減少心力衰竭的發生。此外，Palomer等[33]研究發現，SIRT3可調節心肌細胞纖維化和炎性反應，進而影響心力衰竭的進展，在這個過程中基因FOS的表達會增加，因此推測SIRT3可通過參與FOS/激活蛋白-1通路參與以上過程。因此，嘗試通過對SIRT3在心血管疾病早期的干預來預防心力衰竭的發生和發展似乎可行，但仍需大量的體內外實驗及人群調查來證實。

3 小結與展望

綜上所述，Sirtuins家族在心血管疾病中的保護作用和潛在的治療策略非常顯著，其各成員直接或間接參與動脈粥樣硬化、心肌梗死、高血壓、心力衰竭等心血管疾病的發生及發展，這對于研究CVD相關的發病機制提供了大量證據，但目前機制尚未完全清楚。現有證據表明，Sirtuins家族大部分成員對機體產生有利影響，但SIRT5有促癌作用，其他成員是否存在不利影響，仍然值得探索。在未來，操縱Sirtuins家族有望成為預防和治療心血管疾病和其他與衰老相關疾病的重要手段。