组蛋白脱乙酰酶SIRT1 与细胞自噬*

余小艳， 张艳林△， 曹勇军， 刘春风，2

(苏州大学1附属第二医院神经内科，2神经科学研究所，江苏 苏州215004)

组蛋白脱乙酰酶sirtuin 1(SIRT1)首先于1999年在人体内被发现，其基因定位于人类染色体10q 21.3，基因组序列长度约为33.72 kb，无剪接变异，具有高度保守性，cDNA 序列包含长约2.4 kb 的开放阅读框(open reading frame，ORF)，有9 个外显子，编码747 个氨基酸，翻译后蛋白质相对分子量约为81.7 kD。SIRT1 是组织细胞自我保护的一种重要分子，它在机体细胞周期、细胞衰老、凋亡和新陈代谢等方面的调节中发挥重要作用。在动物细胞中，SIRT1 以广泛的转录因子为底物，包括过氧化物酶体增殖子活化受体γ 辅激活因子1A(peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1A，PGC-1A)、p53、叉头框蛋白O(forkhead box O protein，FOXO)、核 因 子κB (nuclear factor κB，NF-κB)、Ku70、成肌分化蛋白(myogenic differentiation protein，MyoD)及组蛋白(histone)，通过对它们脱乙酰化参与基因沉默、DNA 双链断裂修复、组蛋白脱乙酰化、细胞周期调节和抗衰老等过程。近年研究表明，SIRT1 具有多种作用:(1)参与细胞周期调控，改变细胞周期停留或阻滞，抑制细胞死亡诱导机制，促进细胞存活;(2)抗氧化应激［1-2］;(3)抑制炎症反应［3］;(4)促进糖脂代谢［4］。

自噬(autophagy)是1962 年细胞内“自己吃自己”的现象被发现后提出的，是指从粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等成分形成自噬体(autophagosome)，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物，以实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。根据细胞内底物运送到溶酶体腔方式的不同，哺乳动物细胞可分为3 种主要方式:大自噬、小自噬和分子伴侣介导的自噬［5-6］。无论大自噬还是小自噬都可以选择性和非选择性吞噬大的物质，分子伴侣介导的自噬为胞浆内蛋白结合到分子伴侣后转运到溶酶体腔中，被溶酶体酶消化。自噬使胞内物质降解，采取何种途径与细胞的类型、状态及被降解物质的特性有关。降解后产生的氨基酸等可以被细胞重新利用，因此自噬过程也构成了细胞物质的再循环过程［7］。自噬主要由自噬相关基因(autophagy-related gene，Atg)编码的蛋白完成。从低等生物到高等生物，大部分Atg 具有高度保守性。Atg5 和Atg6 被证明是巨自噬和微自噬的必要基因的标志，而溶酶体受体则被认为是分子伴侣介导的自噬的标志，微管相关蛋白1 轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)可作为自噬体的标志蛋白［8］。Sequestosome 1(SQSTM1/p62)蛋白是自噬的底物，它的降解也可作为自噬的一个标志。参与自噬过程的信号转导分子非常复杂，现在比较明确的途径主要有2 条:哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途径和Ⅲ型磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(class Ⅲphosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，class ⅢPI3K/PKB)途径［9］。

自噬现象广泛存在于真核细胞，是生物在其发育、老化过程中都存在的净化自身多余或受损细胞器的共同机制，生命体借此维持蛋白代谢平衡及细胞环境稳定，这一过程在细胞清除废物、结构重建、生长发育中起重要作用［10］。自噬通过降解长寿命、大分子异常物质，参与了对机体多系统的保护。研究证实在多种疾病中SIRT1 与自噬有着紧密的联系。

1 SIRT1 与自噬在延缓动脉粥样硬化进程中的研究

SIRT1 活化剂可能是预防和治疗动脉粥样硬化的一个很有前景的新靶标。内皮细胞损伤是动脉粥样硬化性疾病发病的关键始动环节。SIRT1 在脉管系统高度表达，在调控血管内外平衡和血管重塑方面起着重要作用［11］。上调血管内皮细胞SIRT1 有利血管健康，在apoE-/-小鼠，内皮细胞高表达SIRT1 能通过提高内皮细胞的存活和功能，延缓高脂引起的动脉硬化［12］。这种作用可能部分是由于对脂类和胆固醇代谢的调节作用，包括对核受体LXR 的活性调节［13］。内皮细胞中的SIRT1 缺失时，局部缺血损伤后的血管效应将被破坏［14］。我们的研究发现，激活自噬通过减少氧化低密度脂蛋白在人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)的聚集，缓解了氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)诱导的HUVECs内皮素1 异常分泌、增殖及凋亡损伤［15-16］。SIRT1 与自噬的上调，均能通过保护血管内皮细胞，延缓动脉粥样硬化形成，那么它们之间具有怎样的联系?

1.1 SIRT1 通过调控自噬抑制炎症从而延缓动脉粥样硬化 炎症反应学说是一种为学者们公认的动脉粥样硬化形成学说。有报道，在巨噬细胞内，SIRT1降低了炎症相关因子诱导型一氧化氮合酶和细胞间黏附分子1 的表达及活性，从而抑制了炎症反应。因此，提高SIRT1 的表达和活性可以作为一个调节炎症反应、保护机体的新的手段［3］。Takeda-Watanabe 等［17］认为SIRT1 能通过调控自噬抑制炎症从而延缓动脉粥样硬化进程。对THP-1 细胞进行sirtinol(一种SIRT1 的抑制剂)处理，通过激活与自噬失活作用紧密相关的NF-κB 信号转导通路导致炎症相关因子如肿瘤坏死因子α 和白细胞介素6 的表达增加，从而导致LC3 的减少，p62 积聚。常用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤抑制自噬，也能导致与炎症相关的NF-κB 的激活。将细胞的p62 基因敲除，sirtinol 通过激活NF-κB 引起炎症也被阻止。而自噬诱导剂雷帕霉素能消除sirtinol 引起的炎症和NF-κB 激活导致的p62 积聚。而且，SIRT1 的抑制能导致mTOR 途径的激活和腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)途径的缺失从而导致自噬障碍。总之，在THP-1 细胞中SIRT1 的失活能导致NF-κB的激活并通过mTOR 和AMPK 失调引起自噬障碍从而导致炎症。

1.2 SIRT1 通过诱导自噬促进血管壁细胞对脂质的降解 SIRT1 为自噬所必需，在培养的胚胎成纤维细胞中，SIRT1 能以NAD+依赖型方式与Atg5、Atg7 和Atg8 形成复合体，直接使其脱乙酰化，激活自噬［18］。而自噬参与了血管内皮细胞对ox-LDL 的降解代谢。这提示SIRT1 可能通过诱导自噬，促进血管壁细胞对氧化脂质的降解代谢，进而延缓动脉粥样硬化进程中泡沫细胞的形成。

2 神经系统疾病中的SIRT1 与自噬

2.1 朊蛋白病中的SIRT1 与自噬 SIRT1 对神经系统疾病的神经元有保护作用，例如阿尔兹海默病和朊蛋白病。最近的研究表明SIRT1 能通过激活自噬，调控线粒体的内稳态，从而保护神经元，延缓神经退行性疾病的进展。SIRT1 的过表达还能通过激活自噬，对抗朊蛋白PrP106-126的神经毒性。用小干扰RNA(small interfering RNA，siRNA)沉默SIRT1 基因，可使细胞对朊病毒的神经毒性敏感从而导致死亡和线粒体的功能丧失。这表明SIRT1 通过调控自噬对神经元抵抗朊蛋白的神经毒性导致的细胞死亡起着非常关键的作用，也许是神经系统疾病如朊蛋白病治疗的新靶标［19］。

2.2 帕金森病( Parkinson disease，PD) 中的SIRT1与自噬 过多的蛋白质折叠错误和失去功能的线粒体能引起能量缺乏，是PD 的发病机制之一。在PD模型中已证明通过自噬增加错误蛋白和失去功能线粒体的清除能增强神经保护作用。SIRT1 诱导剂白藜芦醇具有多种生物学功能:抗肿瘤作用、心血管保护作用、抗炎作用等［20］。白藜芦醇通过诱导自噬，保护了神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)免受鱼藤酮诱导的凋亡，促进了肾上腺嗜铬细胞瘤细胞(PC12)α 核突触蛋白(α-synuclein)的降解。研究发现抑制AMPK 或SIRT1 能减少LC3-II 的表达水平，表明AMPK 和(或)SIRT1 在白藜芦醇调控自噬上是必需的。而且，抑制AMPK 能抑制SIRT1 活性的表达和降低白藜芦醇对鱼藤酮引起的细胞凋亡的保护作用，进一步证明了AMPK/SIRT1/自噬途径在白藜芦醇对于PD 细胞模型的保护作用中所起的重要作用［21］。

3 内分泌系统疾病中的SIRT1 与自噬

不断增加的证据表明SIRT1 对2 型糖尿病有抑制作用，这种作用是否也与自噬有关联?Kitada等［22］对其进行了研究，证实了在2 型糖尿病中SIRT1 也与自噬有某种联系。他们将大鼠的食物减少40%持续24 周，检测尿白蛋白、肌酐清除率、肾脏组织学变化、NF-κB 的乙酰化、SIRT1 蛋白的表达和肾皮质p62 的积聚，同时用电子显微镜观察线粒体的形态和邻近肾小管细胞的自噬溶酶体，结果发现能量限制能改善包括炎症在内的大鼠肾脏异常，并且能改善SIRT1 水平的降低、NF-κB 乙酰化的增强和自噬障碍。由此表明在大鼠肾脏中，能量限制能通过SIRT1 起到抗炎和改善自噬障碍的作用，从而改善2 型糖尿病对肾脏的损害。SIRT1 还能促进糖脂代谢。Lagouge 等［4］发现，给予大鼠SIRT1 激动剂白藜芦醇，可使大鼠避免由饮食引起的肥胖和葡萄糖不耐受，这一药理作用是白藜芦醇通过上调SIRT1实现的。

4 癌症中的SIRT1 与自噬

癌症一直以来都是科学家想攻克的难题，因癌细胞的特点是无限制、无止境地增生，使患者体内的营养物质被大量消耗，癌细胞还可转移到全身各处生长繁殖，导致人体消瘦、无力、贫血、食欲不振、发热以及严重的脏器功能受损。如何抑制癌细胞的增殖、生长一直是人们关注的焦点。已有证据表明内源性的SIRT1 通过对自噬的调控可以抑制癌细胞生长。研究表明，对培养的前列腺癌细胞，SIRT1 能通过影响自噬体的形成和成熟阶段对自噬降解产生影响［23］。Scarlatti 等［24］证实了SIRT1 激动剂白藜芦醇能促进人类乳腺癌细胞的自噬性降解，最终导致癌细胞死亡。

5 能量代谢中的SIRT1 与自噬

越来越多的证据证明SIRT1 有调控自噬的作用，值得注意的是，短暂提高SIRT1 的表达对提高自噬水平已经足够了。研究发现SIRT1-/-小鼠胚胎纤维母细胞在营养不足情况下不能激活自噬。SIRT1能与Atg5、Atg7 和Atg8 形成复合物，进而使其脱乙酰化，激活自噬［25］。在培养的细胞、胚胎和新生组织中，SIRT1 的缺失能明显提高自噬所需要蛋白质的乙酰化水平。研究发现SIRT1-/-小鼠与Atg5-/-小鼠有相似的地方，包括损害细胞器的聚集，能量平衡的破坏和早期围产期的死亡率。然而，在小鼠出生之前给予新陈代谢必需物丙酮酸能提高SIRT1-/-小鼠的存活率。这些证据表明乙酰化是调节自噬体形成的一个重要的翻译后修饰［18］。SIRT1 介导的Atg 蛋白乙酰化，不仅能够促进饥饿状态细胞蛋白质的自噬摄取，还能够提高衰老过程中损伤细胞器的降解。

Hariharan 等［26］证实在心肌细胞中SIRT1 通过调控FOXO 的乙酰化在调控饥饿引起的自噬方面起着重要的作用。自噬的适当激活在细胞能量限制时能储存ATP，提高细胞的存活率。当心肌细胞处于葡萄糖缺乏时，SIRT1 通过调控FOXO 的乙酰化从而对自噬进行调节。FOXO 通过调节Rab7(一种GTP结合蛋白)，反过来增强自噬体和溶酶体的融合。成年鼠处于营养缺乏时，FOXO1 的乙酰化和随后出现的自噬对心脏保持左心室的收缩功能起着重要的作用。SIRT1 调控FOXO1 的乙酰化在饥饿引起的自噬中所起的重要作用，表明通过SIRT1-FOXO1 途径引起的自噬激活能在营养缺乏时保护心脏。

Kume 等［27］的研究表明，SIRT1 在造模小鼠上通过调控线粒体自噬而延长寿命。年老的和长期能量限制的小鼠能提高衰老肾脏SIRT1 的表达和减少缺氧带来的线粒体和肾脏的损害，这种作用是通过调控自噬完成的。对从能量限制的小鼠取得的肾小管细胞进行培养证实了SIRT1 能调控FOXO3 的乙酰化，这一活动对随后出现的自噬和肾小管细胞处于缺氧时细胞的存活产生重要影响。年老的SIRT1+/-小鼠的肾脏对能量限制改善损伤线粒体的聚集起反作用。这些证据表明SIRT1-FOXO3 在细胞应对低氧、能量限制和抵抗衰老方面起着重要作用，可能为年龄和缺氧相关性疾病提供新的治疗方法。Csiszar等［2］研究证实，通过对大鼠饮食实施能量限制，减少了氧化应激。但是通过siRNA 沉默SIRT1 的大鼠，其对抗氧化应激的能力明显减弱。

6 应激状态下的SIRT1 与自噬

Kanno 等［28］证明了脊髓损伤后自噬过程即被启动，自噬相关蛋白beclin 1 作为自噬的促进者，在脊髓半横切损伤后4 h 表达上调，3 d 达到高峰，并至少持续21 d，说明脊髓损伤后诱导beclin 1 的表达上调，进一步促进自噬性细胞死亡。在氧化条件下LC3-Ⅱ的反应性增加，但是通过siRNA 技术下调SIRT1 的表达后，LC3-Ⅱ的反应性降低，自噬体的形成减少，说明在氧化应激条件下SIRT1 介导自噬小体形成并参与自噬过程［29］。不仅如此，过华蕾等［31］发现了D-半乳糖诱导的心肌细胞衰老伴随着氧化应激的增强及自噬水平的下降，而SIRT1 激动剂白藜芦醇能减轻D-半乳糖诱导的心肌细胞衰老的程度，其保护效应产生的机制可能与白藜芦醇抗氧化应激效应及上调自噬水平有关。

7 结论与展望

SIRT1 和自噬对生物的各个方面都有重要影响，近年来成为各大领域的研究热点。大部分学者都认为SIRT1 对自噬起着正向调节作用，但Hwang 等［31］发现，在不同的肺组织细胞中，烟草烟雾引起的SIRT1 活性降低能激活自噬。SIRT1 激动剂白藜芦醇能通过阻止SIRT1 的减少从而减少自噬的发生，而SIRT1 抑制剂能通过降低SIRT1 的表达从而增强自噬。有趣的是，在没有刺激因素作用下通过SIRT1抑制剂降低SIRT1 的活性并不能诱导自噬。SIRT1是如何调控细胞自噬作用的还有待我们进一步研究，弄清SIRT1 与自噬的关系对各种疾病的防治都有重要意义。

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