SIRT1影响间充质干细胞骨修复的研究进展

王 娜，陈乃耀

(河北联合大学 附属医院 血液内科， 河北 唐山 063000)

间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)具有明确的成骨分化能力，且取材方便、来源丰富、免疫原性低，因而被认为是临床治疗骨缺损重要的种子细胞，具有良好的应用前景。尽管如此，间充质干细胞应用过程中还存在着局限性。一方面，MSCs是干细胞家族成员，在体内的数量仍属少数，在应用之前需进行体外扩增及大规模培养，但是在体外培养过程中，间充质干细胞传代次数是有限的，因为随着传代培养次数的增加，MSCs的增殖减慢甚至停滞、干性减退、丧失分化能力。这些都与细胞衰老的发生密切相关。已知MSCs能够表达SIRT1，并且随着代数的增加，该蛋白水平呈下降趋势[1]。因而，推测 SIRT1在调控间充质干细胞衰老过程中占有重要地位。已有大量研究表明SIRT1可以通过与P53、FOXO、NF-κB及其他蛋白的相互作用去调控细胞衰老。故通过体外活化SIRT1的方式可能会改变MSCs增殖分化的命运。另一方面，炎性反应细胞激活及促炎因子的释放均会影响MSCs的分化，那么如何改善移植后细胞周围的炎性反应微环境就显得颇为重要。目前，大量证据显示SIRT1能够显著抑制炎性细胞激活，减少炎性因子的释放，从而改善MSCs周围炎性环境，为间充质干细胞更好地发挥治疗作用奠定基础。目前有关应用SIRT1激活剂白藜芦醇干预人体新陈代谢，影响骨形成的临床试验已有开展并完成(http://clinicaltrials.gov/ct2/results?term=resveratrol+bone&Search=Search)。经试验证实白藜芦醇具有抗炎活性，能够调节人体的糖脂代谢，减少骨量的丢失，促进绝经后女性的骨形成。

1 SIRT1概述

沉默信息调节因子2(silent information regulator 2, Sir2)是生物体内与衰老过程密切相关的蛋白家族成员。SIRT1是存在于哺乳动物体内与Sir2高度同源的同系物，人SIRT1基因定位于染色体10q22.1，基因全长33 kb，包含9个外显子和8个内显子。其编码的蛋白由500个氨基酸组成，相对分子质量120 000，属Ⅲ型NAD+依赖的蛋白去乙酰化酶，该蛋白广泛存在于各种组织细胞之中。SIRT家族共有7个成员，即SIRT 1～7，SIRT1将底物蛋白中赖氨酸的乙酰基转移到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的ADP核糖上，产生去乙酰化的蛋白、烟酰胺(NAM)和2’-O-乙酰基-ADP核糖，通过上述反应过程SIRT1参与调节，如细胞衰老、凋亡、分化等多种生理活动，可能是所有生物共同的寿命调节基因之一。研究发现尼克酰胺、sirtinol抑制SIRT1活性，而白藜芦醇和槲皮素是其功能激活剂。

2 SIRT1抗衰老促进MSCs骨修复

衰老是自然界的普遍现象，从生物学上讲，衰老是生物随着时间的推移发生的退行性改变，表现为结构和机能衰退，适应性和抵抗力减退。衰老是生命发展必然，可以说，任何细胞从诞生之时起，老化的进程就已经开始了，当然间充质干细胞也不例外。在临床应用MSCs之前，需要进行体外扩增，以期获得足够细胞数量用于移植。但体外培养过程，MSCs的衰老使得获得细胞的质量下降，甚至不具备分化能力，这非常不利于基于MSCs的组织修复过程[2]。为了得到足够数量的高质量MSCs，必须找到可靠的延缓MSC衰老的方法。目前MSCs衰老的机制尚未完全阐明，主要有以下几种原因：1)端粒缩短：端粒为真核细胞染色体末端的特殊结构，其在染色体的稳定、复制、保护和控制细胞生长及寿命等诸多方面具有重要作用，并与细胞凋亡和细胞永生密切相关。2)氧化应激：细胞代谢过程中产生的活性自由基会导致脂质过氧化、DNA断裂突变，修复和复制过程因之发生错误，随着错误的积累，产生异常蛋白质，影响原有蛋白和酶的功能，最终导致细胞衰老。MSCs代谢过程中产生的活性氧的积累可以导致减少成骨细胞的数量及骨形成[3]。3)癌基因和抑癌基因：癌基因参与调控细胞周期、DNA损伤修复、凋亡等生理过程，但除此以外，癌基因的激活还涉及细胞衰老过程[4]。

2.1 SIRT1与NF-κB

NF-κB基因家族是哺乳动物中调节衰老相关通路的重要转录因子家族，参与细胞对外界刺激的应答，调控与细胞凋亡、细胞衰老、炎性反应发生以及免疫有关基因的活性。在小鼠中发现，应用NF-κB抑制剂可以延缓DNA损伤引发的细胞衰老[5]。而SIRT1可通过将NF-κB亚基去乙酰化调节其活性，从而影响NF-κB下游复杂的信号通路，最终达到调控细胞衰老的目的。

2.2 SIRT1与P53

目前人们普遍认识到P53基因同时参与细胞凋亡、癌变和衰老等的调节[6]。基因水平的研究显示，过表达SIRT1能够促进应激状态下细胞存活[7]，这与其能够使P53蛋白C端赖氨酸去乙酰化相关。乙酰化的P53能够促进细胞凋亡的发生[8]。实验发现，衰老细胞往往高表达P53，SIRT1通过对P53特异性的去乙酰化作用，负性调节其活性[9]。同时这种去乙酰化的P53可以抑制细胞内活性氧的产生[10]，进而改变细胞内氧化还原平衡，最终达到延长细胞寿命的目的。

2.3 SIRT1与FOXO

FOXO亚家族在肿瘤抑制，能量代谢和寿命延长中起着至关重要的作用。有研究表明，SIRT1与FOXO家族相互作用调控细胞衰老[11]。在氧化应激条件下，SIRT1激活剂白藜芦醇通过与FOXO1、FOXO3a和FOXO4相互作用，降低细胞内活性氧自由基的水平，增强超氧化物歧化酶的生成，提升细胞抗氧化应激能力[12]。

SIRT1通过调控下游信号的去乙酰化作用，进一步影响氧化应激反应和癌基因与抑癌基因的活性，最终改变细胞周期，延长细胞寿命，发挥抗衰老作用，进而实现促进MSCs骨修复作用的目的。然而上述关于SIRT1调控MSCs衰老的机制及促进成骨分化的机制尚不十分清楚，仍需进一步的探讨研究。

3 SIRT1抗炎作用与MSCs成骨分化

骨组织修复与重建过程中免疫系统发挥着重要作用[13- 14]，激活的炎性细胞及释放的炎性因子环境非常不利于骨重建修复。并且近年来越来越多的研究证据表明，促炎因子的释放抑制MSCs成骨分化[15- 16]。由此可见，炎性反应严重影响着基于MSCs的骨修复作用。而SIRT1蛋白在调节炎性反应中发挥着重要作用。

在炎性反应中，激活的巨噬细胞和T淋巴细胞可以产生大量促炎性反应因子，如TNF-α、INF-γ、IL- 6 和IL- 1等。敲除SIRT1可使巨噬细胞释放TNF-α增多[17]， T细胞更易活化并释放更多的促炎性反应因子INF-γ和IL- 5等[18]。前面提到SIRT1能够调节NF-κB活性，NF-κB除参与调节衰老外，还是炎性反应过程中重要的信号分子。SIRT1通过抑制NF-κB活性，减少TNF-α和IL- 1的产生[19]，而促炎因子TNF-α又可以成为NF-κB刺激因子，影响MSCs的成骨分化[20]。根据以上事实，不难发现，SIRT1通过抑制炎性反应细胞功能、减少炎性因子释放、降低炎性因子效应，实现抑制炎性反应功能，同时也说明SIRT1在免疫调节过程中占有重要地位。

除上述提到的SIRT1对MSCs成骨分化的间接影响外，SIRT1还直接参与调控MSCs的骨向分化过程。经尼克酰胺处理的MSCs更倾向于成脂分化，并且高表达成脂相关转录因子PPAR-γ[21]，相反，经白藜芦醇预处理的MSCs即使培养于尼克酰胺条件下，亦倾向成骨分化，并且PPAR-γ表达下调，成骨相关转录因子RUNX2表达增加。另有研究表明，SIRT1还可以促进成骨细胞分化，抑制破骨细胞和骨髓脂肪细胞形成[22]。

4 结语与展望

综上所述，SIRT1参与调节机体的多种生理功能，并通过这些生理功能直接或间接地影响了MSCs的增殖与分化。目前临床上基于间充质干细胞的组织修复治疗手段已经显示了良好的前景，但有关SIRT1蛋白与MSCs增殖分化的确切关系尚未解释清楚。白藜芦醇虽然是SIRT1的激活剂，但其药理作用并不仅局限于此，因此其影响MSCs的明确机制还需进一步研究阐释。SIRT1蛋白与MSCs增殖分化之间有着紧密的联系，这些发现使得临床上应用小分子SIRT1激活剂干预MSCs的组织修复过程、更好的调控MSCs向骨及软骨细胞发育成为可能。

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