SIRT1与肺部疾病的关系

宋小琴 综述，王荣丽 审校

（泸州医学院附属医院呼吸内科，四川泸州646000）

沉默信息调节因子Sir2是近来发现的一类具有NAD＋依赖性的组蛋白／非组蛋白去乙酰化酶，从细菌到哺乳动物都有表达，属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶（HDAC）。Frye[1]首次鉴定和克隆出了7种人类的Sir2同系物：SIRT1～SIRT7，取名为“sirtuins”。SIRT1与Sir2的同源性最高，在哺乳动物成熟组织中广泛表达，在生殖细胞和胚胎早期含量丰富，是目前研究最多的sirtuins。

1 Sir2家族

Sir2最早是在酵母细胞中被发现的，后来大量的研究证实Sir2在从细菌到人类的各种生物都有广泛的分布。哺乳动物的sirtuins在亚细胞中的定位是不相同的，在细胞核中占优势的主要是SIRT1、SIRT6和SIRT7，后两者位于细胞核的异染色质区和核仁，而SIRT1也具有一些重要的胞质的功能，位于细胞核内除了异染色质区和核仁以外的区域，SIRT3、SIRT4、SIRT5位于线粒体，SIRT2定位在细胞质。sirtuins蛋白共同特征是都拥有一个保守的200个左右的氨基酸残基构成的催化核心区域，暗示其具有保守的催化作用，但它们的蛋白质在亚细胞定位和作用底物上各不相同，使得它们的功能具有多样性[2]。而不同的生物群体中相应的功能也会表现出多样化。酵母的Sir2在交配型基因沉默、端粒区基因沉默、r DNA沉默中起重要作用，还可能参与长寿与衰老的调节。而人类sirtuins的底物是组蛋白、非组蛋白及各种转录因子和其他的各种功能性蛋白质。Sir2所催化的去乙酰基反应与水解NAD＋生成烟酰胺（NAM）和2－O－乙酰－ADP－核糖相偶联[3]。由于Sir2的去乙酰化作用需要NAD＋作为辅助因子，所以NAD＋合成途径和补救途径在调节Sir2功能上起重要作用。Sir2活性受NAD＋补救途径中的中间产物（烟碱，烟酸等）以及NADH和一些NAD＋的代谢物的调节[4]。

2 SIRT1定位、结构特征及生物学功能

2.1 SIRT1定位、结构特征 哺乳动物SIRT1与酵母Sir2的同源性最高，对其研究也最为深入。人类SIRT1于1999年被发现，由500个氨基酸残基组成，其催化核心区域由275氨基酸残基组成，编码基因位于染色体lOq21.3全长33 kb，包含9个外显子和8个内含子，5′端及3′端各有一个分别为53 bp和1 793 bp的非翻译区，翻译后的蛋白质相对分子质量约为60×103，不存在剪切变异体，具有NAD依赖的脱乙酰基酶活性。通过X线晶体衍射证实SIRT1有两个基本结构域：一个大结构域，主要由Rossmann折叠组成，是许多NAD和NADP＋结合酶的特征域，这一结构域保守性较强；一个小结构域，包含一个锌带（Zincribbon）结构和一个螺旋构件，这一结构域保守性较低。在这两个结构域之间形成一个裂隙，它的底物就结合于此并发生催化反应[5]。有关研究已经证实，第363位赖氨酸是SIRT1脱乙酰化酶活性的必需基团。

2.2 生物学功能及调控 SIRT1是广泛存在于生物体的胞核及胞质中的一种核蛋白，主要通过对组蛋白、转录因子及其他蛋白修饰的赖氨酸残基进行去乙酰化，调节基因的表达。SIRT1通过与不同的组蛋白和非组蛋白相互作用来完成不同的功能，这些蛋白主要包括：H1、H3、H4、p53、Ku70、FOXOs、NF－KB、Smad7、AR、E2F1、Tat、PGC－1α、NcoR、p300[6]。研 究发现，SIRT1在体内的底物并不具有序列或结构特异性，而是一种蛋白质之间的相互作用[3]。SIRT1参与体内许多生理功能调节，包括众多基因转录、能量代谢以及细胞衰老过程的调节等，尤其在糖代谢、脂代谢、调节胰岛素分泌中发挥着重要的作用[7]。此外，SIRT1还是细胞凋亡过程中的抑制因子。在生物体内，烟酰胺、sirtinol是SIRT1的功能抑制剂，红葡萄酒抗氧化剂白藜芦醇、槲皮素是其功能激活剂。目前，SIRT1相关的研究已经很多，且越来越深入，上述功能已经被大家熟知了，在国外已有不少的研究证实SIRT1和过敏性气道疾病、肺癌、COPD等疾病有着密切的关系，但在国内相关的资料尚少。

3 SIRT1与肺部疾病的关系

3.1 SIRT1与过敏性气道疾病 呼吸系统过敏反应性疾病中最常见的就是过敏性鼻炎和支气管哮喘，而临床上以后者更常见。气道过敏性疾病是多种细胞及细胞因子参与的气道慢性炎症性疾病，中国目前没有研究SIRT1与气道过敏性疾病的相关研究，而国外相关文献也很少。

Kim等[8]通过使用卵清蛋白（OVA）诱导建立过敏性气道疾病的小鼠模型，研究中运用Western blot原理及免疫荧光等检测模型小鼠吸入OVA激发后体内相关的指标，然后向模型小鼠体内注射sirtinol，再次检测小鼠体内的相应指标。研究结果显示模型小鼠注射sirtinol，吸入OVA激发后，肺内、气管上皮细胞内的SIRT1水平及SIRT1酶活性，均较激发前大幅度的下降，于此同时气道高反应性、高水平的VEGF、白细胞介素（IL）－4、IL－5和IL－13等气道炎症因子水平、升高的血管渗透性、气道黏液的分泌水平等都大幅度降低。同时还发现气道上皮细胞中，注射sirtinol后减弱了OVA诱导的HIF－1α水平的上调。可以推断在小鼠体内，sirtinol通过HIF－1α介导的对血管内皮细胞生长因子表达的调节，可能减弱抗原介导的气道炎症和气道高反应性。

3.2 SIRT1与流行性感冒 流行性感冒是一种常见的易发生于季节变化时的急性呼吸道感染性疾病，主要由流感病毒感染所致。目前，国内研究显示SIRT1与流感病毒引起的细胞凋亡有密切的联系。

关振宏等[9]采用流式细胞技术在观察流感病毒诱导A459细胞凋亡情况的同时应用Western blot原理研究SIRT1和p53等蛋白的表达情况。研究结果显示，1 000 TCID50／mL剂量流感病毒感染A549细胞后，细胞表现出典型的凋亡特征，且凋亡比例随感染时间延长而逐渐增加。在流感病毒诱导细胞凋亡过程中，SIRT1蛋白的表达下降，p53的表达上升。线粒体中Bax的表达上调，Bcl－2的表达下降。从而推断出SIRT1蛋白参与了流感病毒诱导的A549细胞凋亡，SIRT1蛋白表达下调可能促进了Bax释放进入线粒体和p53蛋白功能的进一步发挥。

3.3 SIRT1与慢性阻塞性肺病（COPD） COPD是呼吸系统疾病中的常见病、多发病，近年来由于环境污染、吸烟及人口老龄化等原因，COPD的发病率和病死率居高不下，由于COPD患者肺功能进行性减退严重影响劳动力和生活质量。目前，在国内同样没有关于SIRT1与COPD的相关研究，而国外有较多的研究表明SIRT1与COPD关系密切。

Rajendrasozhan等[10]研究显示，相对非吸烟组，吸烟者和COPD患者的巨噬细胞，肺组织中SIRT1水平降低是由于翻译后修饰所引起的，而修饰是由香烟烟雾（CS）衍生的具有活性的复合物来实现的，导致Rel A／p65乙酰化减少。而SIRT1的消耗导致CS提取物（CSE）介导的Rel A／p65NF－κB乙酰化的增强，同时SIRT1去乙酰基酶可调节IL－8炎性因子的释放。Rajendrasozhan等[11]将其总结为，CS／氧化剂诱导组蛋白乙酰转移酶和组蛋白／非组蛋白去乙酰化酶（乙酰化酶），如导致染色质重塑的HDAC2和SIRT1发生翻译后修饰，而引起染色质变异和表观遗传变化，而HDAC2／SIRT1－Rel A／p65辅阻遏复合物的分离与Rel A／p65乙酰化有相关性，最终引起持续的促炎基因的转录。因此染色质修饰和表观遗传调控，对COPD患者持续的肺部炎症中起着至关重要的作用。这将有助于理解SIRT1在COPD的病理生理过程中的作用，将来可能会有助于后续治疗研究的发展。Zeng等[12]阐述了NF－κB活性和组蛋白乙酰化的增强对引起局部促炎因子的释放起着重要的作用，而SIRT1作为一种重要的蛋白参与到组蛋白的去乙酰化和负性调节NF－κB的活性从而减少炎症因子的释放。

关于COPD的炎症因子的释放，另外还有一个有价值的研究，Yang等[13]将单核巨噬细胞暴露于CSE中引起剂量、时间依赖的SIRT1活性和表达水平的降低，而这伴随着NF－κB依赖的促炎因子释放的增加。在有CS暴露史的小鼠的肺组织的炎症细胞中同样观察到，伴随着支气管肺泡灌洗液和肺组织中几种炎症介质水平的升高，SIRT1水平降低。Sirtinol可增强CSE诱导的炎症因子的释放，相反，白藜芦醇抑制CSE诱导的炎症因子的释放。由此得出CSE介导的SIRT1的抑制与NF－κB水平增高有关，CSE打断了SIRT1与NF－κB的Rel A／p65亚基间的相互作用，导致单核巨噬细胞Rel A／p65乙酰化的增强。最终得出SIRT1通过NF－κB调控CS介导的炎症介质的释放，由此推断SIRT1在肺部持续炎症和细胞老化中的重要作用。

Hwang等[14]研究发现，由于CS的暴露导致肺上皮细胞、纤维细胞和巨噬细胞自溶，而通过白藜芦醇预处理可以减弱CS引起的自溶反应，然而sirtinol预处理后可以增强自溶作用，在SIRT1缺陷小鼠肺内CS可以诱导高水平的自溶作用，而多二磷酸腺苷核糖聚合酶－1（PARP－1）通过抑制SIRT1的活性可以诱发细胞自噬。这些研究表明，通过CS介导的氧化应激诱导肺内细胞的细胞毒性反应即自溶作用，SIRT1－PARP－1轴在CS诱导的自溶作用调控中发挥了关键作用，这对理解CS诱导细胞死亡和衰老的机制有重要意义。

3.4 SIRT1与肺癌 随着中国人口老龄化，加上严重的空气污染，人们戒烟意识薄弱，肺癌居肺部疾病死亡率的首位，其发病机制复杂，因此肺癌的治疗也就成为了一大难题。SIRT1与多种肿瘤，但是与肺癌的关系目前国内外也只有较少的文献报道。

Sun等[15]研究中将A549肺癌细胞转染针对SIRT1特异性的反义寡核苷酸，SIRT1的表达在mRNA和蛋白质水平上均成剂量依赖性降低，并成序列特异性方式表达。SIRT1表达的抑制诱导细胞分裂停滞在G1期和细胞程序性死亡，显著地降低了A549细胞的存活率，同时还大大提高了辐射诱导的防扩散作用，这主要是与A549肺癌细胞的p53抑癌基因的乙酰化和Bax的表达有关。这个研究结果表明，反义寡核苷酸诱导SIRT1表达的抑制可能将成为一个潜在的基因治疗方法来治疗肺癌。

有研究发现，在细胞和动物模型中存在一个HIC1－SIRT1－P53环，其中癌超甲基化1（HIC1）抑制SIRT1转录，使P53去乙酰基作用并失活，而Tseng等[16]在118例肺癌患者体内检测HIC1－SIRT1－P53环的改变从而寻找其在肿瘤发生中的作用。研究发现，肺鳞癌患者大多表现为p53的乙酰化水平较低和SIRT1的低表达，充分显示HIC1也是低水平的表达，证实HIC1－SIRT1－p53环在临床肺鳞癌患者的消极调节作用。而肺腺癌患者体内乳腺癌缺失因子1（DBC1）的表达阻断了SIRT1的去乙酰基酶和p53之间的相互作用，导致P53乙酰化水平增高。通过组蛋白翻译后修饰实现的HIC1启动子的后生演变和HIC1启动子的甲基化均有利于染色质的组装，减弱了由p53乙酰化所诱导的转录从而对肿瘤的发生起着相应的调节作用。研究中还有重要的发现，肺癌患者若出现HIC1－SIRT1－P53环改变后的调节作用则提示患者预后较差。该研究的数据是HIC1－SIRT1－P53环的调节在肺肿瘤的发生和预后中的一个有效的临床证据，由于SIRT1－DBC1控的不同和肺鳞癌和肺腺癌的后生演变的不同，决定了p53的乙酰化／去乙酰化和HIC1变化的重要地位。

4 展 望

目前，SIRT1已经成为当前的一个研究热点，已经明确的证实SIRT1通过去乙酰化组蛋白／非组蛋白，还有一些转录因子的调控，参与基因的转录调控、DNA损伤修复、细胞凋亡等细胞水平维持机体正常的生命活动，已有研究证实SIRT1与过敏性气道疾病、COPD、流感、肺癌等多种肺部疾病中都有相关性，但研究都没与临床的运用上相结合，SIRT1抑制剂和激动剂的开发，目前相关研究也相对较少，且目前没有与肺炎、间质性肺疾病相关的文献，若想要SIRT1作为靶点真正运用到临床疾病的治疗上，仍需进一步深入的研究。

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