SIRT1在糖尿病及其并发症中的研究进展及治疗潜力

郭淑芹 朱春英 张云良

SIRT1即沉默信息调节因子1是依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的组蛋白脱乙酰化酶，它参与糖代谢和胰岛素的分泌过程。SIRT1基因沉默或蛋白抑制导致SIRT1下调可以诱导胰岛素抵抗(IR)，增加SIRT1的表达尤其是在IR的情况下，可以增加胰岛素的敏感性，促进胰岛素分泌，降低血浆葡萄糖的含量，从而改善胰岛素抵抗，成为治疗糖尿病的新潜在靶点。

1 SIRT1的基本结构

SIRT1是第Ⅲ类HDACs(组蛋白去乙酰化酶)，从细菌到人类都高度保守，是Sir2的哺乳动物同源物，定位于第10条染色体的q21.3，基因长度为33 kb，无剪接变异，SIRT1主要定位于细胞核，也可位于细胞浆，有核浆胞质的穿梭运动。此外，它在胎儿及成人组织中广泛表达，在肝、脑、肾、脂肪、肌肉组织中高表达，并且相对特异地、均匀地表达在胰岛细胞中，胰岛之外的外分泌腺细胞几乎未见表达。

2 SIRT1与糖尿病

2.1 SIRT1与糖异生 SIRT1被认为是肝糖异生的一个调节因子，在空腹状态下机体主要依靠糖异生来维持血糖的稳定，然而在糖尿病患者中，肝糖异生则是高血糖的一个主要因素。SIRT1在禁食期间通过增强其底物PGC1-α的乙酰化作用，来诱导PEPCK、FBPase、G6Pase基因转录，增加肝糖原的输出，从而促进肝糖异生［1，2］除此以外sirt1可去乙酰化肝脏X受体，并且下调PTP1B导致胆固醇的转运增加，胰岛素抵抗减弱［3，4］。

2.2 SIRT1与胰岛B细胞寿命

2.2.1 通过能量限制，延缓 β细胞的衰老 降低能量的20% ～40%被称作能量限制(calorie restrict，CR)，CR上调SIRT1可提高胰岛素的利用率，促进胰岛素分泌，延缓β细胞的衰老.研究显示缺失SIRT1的能量限制的小鼠处于高代谢状态并且肝脏线粒体功能改变，此外还显示小鼠利用能量障碍［5］。在让β细胞特异性地高表达SIRT1的转基因小鼠中发现小鼠的糖耐量增加了，β细胞寿命延长且功能得以保持，在SIRTl基因敲除和能量限制时，SIRTl转基因后也可以直接增高胰岛素的敏感性。

2.2.2 通过p53延长/缩短B细胞寿命:p53是SIRTl的生理性底物之一，SIRTl通过对p53蛋白第283位降低P53蛋白与DNA顺式元件的结合能力，并由此减少由其诱导的细胞凋亡。Luo等［6］研究发现，SIRT1与p53在细胞核中相互作用，使p53的lys382脱乙酰基来抑制p53调控的细胞凋亡，通过赖氨酸残基的去乙酰化，可以减少由p53诱导的细胞凋亡，有利于细胞的存活，从而延长胰岛B细胞寿命，同时在突变的细胞中，过量表达SIRT1可以增加胰岛B细胞对环境的应急适应能力。然而也有研究发现SIRT1参与了胰岛B细胞包括凋亡在内的生命活动，引起B细胞的功能下降，从而导致胰岛素分泌减少［7］，提示了它是糖尿病发生的一种潜在因素。因此SIRT1通过p53途径在糖尿病中的作用仍有待进一步深入研究。

2.3 SIRT1与胰岛素抵抗

2.3.1 通过FOXO影响胰岛素分泌:FOXO(forhead box class 0，FOXO即叉头转录因子)作为一种转录因子参与了凋亡调控基因、细胞周期控制基因以及应激反应相关基因的表达调控。哺乳动物脂肪细胞中，SIRTl可能是通过胰岛素(INS)/胰岛素样生长因子(IGF-1)通路发挥作用，FOXO是胰岛素信号通路(INS通路)的一个重要下游因子，SIRTl影响INS/IGF-1信号通路，从而影响下游的FOXO。Rutanen等［8］报道FOXO3可能是SIRTl的直接底物，SIRTl通过使FOXO脱乙酰基来调控FOXO诱导的基因，在脂肪组织中SIRTl与转录共抑制子NCoR相互作用，负调控白色脂肪细胞中的过氧化物增殖因子激活受体γ(PPARγ)，促进脂肪动员。能量限制能成功诱导胰岛细胞内SIRT1蛋白的上调，抑制了FOXO1的活性，降低了FOXO1下游衰老相关蛋白和凋亡相关蛋白的表达，增强了INS/IGF-1信号通路及其自身的去乙酰化酶活性，从而同时提高了细胞对胰岛素的敏感性，减少了胰岛B细胞因过度分泌胰岛素而引起的凋亡，最终延缓了B细胞的衰老。此外研究发现在胰岛素敏感的组织中低能量消耗及SIRT1低表达均可能与胰岛素抵抗相关的线粒体功能调节受损有关［9］。

2.3.2 通过PPARγ介导UCP2影响胰岛素的分泌:肝脏和血循环中的脂肪含量升高可导致肝脏和外周组织出现胰岛素抵抗。SIRT1能抑制细胞分化并增加脂肪分解，并且能与PPARγ结合，从而抑制部分PPARγ调控的基因表达。体内研究表明SIRTl对于维持葡萄糖和脂肪动态平衡是必需的。肝脏特异的SIRTl敲除不仅增加了血糖的浓度和胰岛素抵抗，而且肝脏游离脂肪酸和胆固醇水平也增高了［10］。在胰岛B细胞系中通过siRNA作用减少SIRTl的表达，提高解耦联蛋白(UNCO-upling Protein 2，UCP2)水平，使胰岛素分泌水平下降。SIRTl通过PPARγ介导的UCP2蛋白的抑制来促进胰岛素的分泌。通过减少SIRTl，细胞内UCP2的敲除恢复了胰岛素分泌的能力，表明UCP2导致受葡萄糖刺激的胰岛素分泌的缺陷，SIRTl基因敲除鼠呈现构成性高UCP2表达，因此SIRTl在胰岛B细胞通过调节UCP2来影响胰岛素分泌是一个重要的信号传导途径。

3 SIRT1与糖尿病并发症

3.1 糖尿病与冠心病 2001年美国国家成人胆固醇教育计划第三次报告(ATPⅢ)明确提出“糖尿病是冠心病等危症”。温主治等［11］发现与非冠心病组患者相比，冠心病组患者存在糖耐量异常和新诊断糖尿病的风险分别是其1.6倍和2.3倍，然而未诊断糖尿病的冠心病住院患者普遍存在糖代谢异常，建议如有可能，全部心血管住院患者均应常规行口服葡萄糖耐量试验(OGTT)检查。陈丽函等［12］发现，大鼠模拟心脏缺血再灌注情况下，SIRT1高表达抑制半胱氨酸蛋白酶3的激活，提高心肌细胞抗凋亡或衰老的能力，达到保护心肌及其活力的目的，然而SIRT1表达缺失或活性丧失则均使心肌细胞凋亡增加。

3.2 糖尿病与肿瘤 在正常细胞中SIRT1是十分重要的抗衰老、抗代谢性疾病的蛋白。而在肿瘤细胞中，正是SIRT1的抗凋亡作用，使突变细胞逃避凋亡和衰老控制，而有助于肿瘤的发生。日本一项流行病学资料表明，患有糖尿病的亚洲人群同未患糖尿病者相比，其肿瘤发生风险明显增加［13］。在多个肿瘤细胞系和实体肿瘤组织中发现SIRTl高表达［14］。有研究表明2型糖尿病可以通过影响IR/IGF-1R信号途径促进乳癌的发生发展［15］。但是至今仍未有足够的证据来明确糖尿病促进肿瘤的发生机制，有待进一步研究探讨。

3.3 抗动脉粥样硬化 SIRT1通过促进eNOS表达及刺激NO分泌而具有舒张血管的作用，还通过抑制E-选择素的表达降低白细胞对内皮细胞的黏附，血管内皮特异性高表达SIRTl可以阻止apoE敲除小鼠动脉粥样硬化的发生，并发现该功能SIRTI促进内皮细胞的存活及功能的改善有关，进一步研究发现，高糖环境下内皮细胞SIRTl的表达降低可能使其对p53表达的抑制作用降低，因而使细胞寿命缩短，从而促进糖尿病血管病变的发生。朱玉等［16］对与人2型糖尿病发病过程相似的自发性2型糖尿病OLETF大鼠为模型进行了研究，发现糖尿病大鼠腹主动脉SIRTI的表达明显下降，Cardeflini等［17］对60名2型糖尿病患者的颈动脉斑块进行分析，发现其TIMP-3的水平明显下降，且与SIRTl的表达下降明显相关。因此SIRTl的表达下降可能在糖尿病及其大血管并发症的发生发展中具有重要作用。

3.4 保护神经元 Araki等［18］在小鼠神经细胞中发现，SIRT1蛋白能延缓神经细胞轴突降解，而这种降解往往发生于接触化学药物或从细胞体断离的神经细胞轴突，表明SIRTI对神经元也有保护作用，新近研究表明，在视网膜变性10(rd10)的小鼠模型中，发现在rd10鼠的感光细胞中SIRT1的神经保护作用逐渐被减弱［19］。因此SIRT1可能改善糖尿病神经病变有待深入研究。

3.5 保护脑组织 对培养的海马切片进行缺血预处理时发现提高SIRTI活性可以实现神经保护作用，脑缺血再灌注时，抑制SIRT1活性后神经保护作用即消失，表明SIRT1是脑缺血后神经保护的重要因子之一。此外，抗氧化剂维生素E可减轻氧化应激损伤，可能与其抑制高脂或高糖饮食引起的SIRT1水平下降有关，提示脑内SIRTI水平受氧化应激和能量平衡的影响［20］。

4 SIRT1指导临床相关治疗及其前景

4.1 SIRT1激活剂 植物产生的多酚类小分子物质，如白藜芦醇(resveratrol，Res)、漆树黄酮(fistein)、紫铆因(butein)是其功能的激活剂。白藜芦醇是一种在红葡萄酒中发现的植物抗毒素，它可增加细胞内SIRTl的活性并且可模拟CR的有益作用［21］。SIRT1激动剂可保护内皮细胞不受高糖的影响，并可改善高糖环境下内皮细胞胰岛素抵抗的作用，因此白藜芦醇在预防和治疗糖尿病大血管病变中具有广阔的前景;SIRT1抑制剂［22］如 splitomicin 、sirtinol通过活化 NFκB/p65 加强人类上皮细胞组织因子的表达，而且还可以诱导体内动脉血栓的形成，因此SIRT1可能是预防动脉血栓的新靶点。对2型糖尿病db/db鼠的研究中发现白藜芦醇在AMPK/SIRT1途径中通过激活锰超氧化物歧化酶降低尿白蛋白排泄率，并减轻肾脏的病理改变因此在防治糖尿病肾病方面发挥着积极的作用［23］。目前新型SIRT1特异性小分子激动剂(如 SRT1720、SRT2104、SRT2183)增加SIRT1的活性的能力高于白藜芦醇1000倍，可以产生与饮食限制和加强锻炼的同等效应，能改善胰岛素敏感性，降低葡萄糖浓度并增加线粒体功能，但是它们大部分都处于早期阶段，有待更多的研究。

4.2 SIRT1与二甲双胍 二甲双胍是通过激活AMPK而改善糖尿病患者的血糖的，AMPK还可同时激活SIRTl，可以通过FOXOl、FOX03a以及PPARγ等转录因子，进一步调节机体的能量代谢。SIRT1可能依赖于AMPK的激活来发挥作用，有研究表明动脉中SIRT1的表达降低可能在2型糖尿病及其大血管并发症的发生发展中具有重要作用［16］，而二甲双胍可能通过升高SIRTl mRNA的表达具有保护糖尿病大血管的作用，因此SIRTl与AMPK协同激活，可能在糖尿病动脉粥样硬化中具有潜在治疗价值。

4.3 SIRT1与PPAP-γ活性激活剂 在糖尿病的治疗中PPAP-γ活性激活剂——噻唑烷二酮类药物可使胰岛素敏感性增强，从而增强组织对葡萄糖的利用与摄取，但是SIRTl活性上调的药物，将会使PPAP-γ活性降低，从而抑制脂肪的形成，这将使肥胖症患者获益，进而可以改善肥胖引起的胰岛素抵抗，因此有关SIRTI对PPAP-γ活性的影响有待进一步研究。

Sirtuins作为一类抗代谢性疾病的蛋白，对人类代谢紊乱相关疾病、神经退行性疾病、心血管疾病等的治疗具有潜在的治疗价值，将其作为分子靶标用于新药研发必将对相关疾病特别是糖尿病及其血管和神经病变的治疗开辟新的途径。

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