SIRT1在骨关节炎中的研究进展

周碧兰+曹伯进

【摘 要】 骨关节炎的发病机制目前还未完全明确，其治疗也是一个棘手的问题，而一些功能性基因的变化被认为是诱发骨关节炎的危险因素。越来越多的证据表明，组蛋白的去乙酰化影响骨关节炎的发生。沉默交配型信息调节因子2同源蛋白1（SIRT1）是一种依赖NAD+的组蛋白去乙酰化酶，具有调节机体代谢、抑制细胞凋亡、修复DNA损伤、抵抗应激反应、延缓衰老等重要作用。此外，SIRT1的活性影响软骨细胞的存活和功能，进而在骨关节炎的发生发展过程中起关键作用。而SIRT1调控骨关节炎的分子机制却非常复杂。对近年来SIRT1在骨关节炎中的研究进展进行综述，旨在加深对骨关节炎的认识，为临床治疗提供新的思路。

【关键词】 骨关节炎；SIRT1；组蛋白去乙酰化酶；软骨；综述

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生为重要病理特征的慢性疾病，又称骨质增生、骨关节病，退行性关节病等[1-2]。患者最常见的症状为关节疼痛、活动受限，常发生于晨间。检查患者受累关节可见骨质增生、关节僵硬、肿胀和压痛，严重者还会出现肌肉萎缩和关节变形等并发症[3]。OA可涉及全身所有的关节，常见的如膝、髋、脊柱（如颈椎和腰椎）等承重关节，严重影响患者的生活质量[4]。

1 OA概述

1.1 OA流行病学 OA是一种发病率很高的退行性疾病，国内外的研究显示，OA的总患病率高达15%[5-6]。Zhang等[7]研究发现，我国陕西省境内的7126名农村居民中，有983人患有膝OA。同时Jiang等[8]也通过调查发现，我国黑龙江省一个普通社区的OA患病率高达16.05%。OA是一种随着年龄的增长患病率明显增加的疾病，我国40岁人群的患病率为10%～17%，65岁以上為60%，75岁以上为80%[9]。另一项研究显示，OA女性和男性患病率分别是34%和31%[10]，说明女性患OA的概率明显高于男性[11]。OA也是导致残疾的主要原因之一，在超过50岁以上人群中，致残率可高达53%，在众多导致长期残疾的疾病中仅次于心血管疾病排名第二[9，12-13]，严重影响中老年人的生活质量。

由于人类平均寿命的延长以及世界范围内人口老龄化，与OA相关的医疗问题及医疗费用也急剧增加，这给患者的家庭和社会增加了大量的负担。基于OA对人类的威胁正在迅速增加，而OA目前尚缺完全治愈的手段，因此探讨OA的发病原因及发病机制，寻找有效预防及治疗方法尤为重要。

1.2 OA发病机制 OA可简单分为原发性和继发性2种：原发性OA无明确病因，可能是多种因素综合作用的结果，如遗传、老年、肥胖等。继发性OA常常由于过度劳累、机械与外伤、内分泌紊乱或炎症等因素引起[14]。在上述这些全身因素与局部因素的综合作用下，关节软骨受损、关节滑膜病变，以及软骨下骨反应性增生被认为是OA发病过程中的重要病理特征[15]。

1.2.1 衰老在OA发病中的作用 OA是一种与衰老相关的退变性疾病[16]，软骨的损伤和退化是其发生与发展过程中的一个关键环节，而软骨细胞是成熟软骨组织内唯一的细胞类型，因此在OA的发病过程中也发挥着举足轻重的作用[17]。在正常情况下，软骨细胞数量少且很少发生分裂，而且在发生凋亡后不易被清除。随着年龄的增长，软骨细胞凋亡数目增多进而导致软骨组织损伤加重[18]。与此同时，与衰老密切关联的氧化应激和炎症反应影响软骨细胞染色体端粒的长短，并参与软骨细胞向终末表型分化的过程[19-20]。此外，软骨基质也是软骨组织的重要组成部分，其主要成分Ⅱ型胶原和蛋白聚糖等同样受到衰老的影响[21]。随着机体的老化，Ⅱ型胶原发生高级糖基化的终末产物在软骨组织内大量蓄积，引发胶原间广泛的交联，造成软骨硬度增加，脆性加大，更易受到疲劳性应力的损伤，也更易被基质金属蛋白酶类（MMPs）降解[19]。研究表明，软骨细胞和软骨基质在生化、组成结构和代谢上发生不同程度的改变，直接参与软骨软化、破溃和局部剥脱等关节软骨损伤的过程，并引发关节僵硬变形、肿胀疼痛等多种相应的临床症状，促进了OA的病程进展[22-23]。

1.2.2 关节滑膜病变在OA发病中的作用 关节滑膜的病变在OA发病过程中起着重要作用，例如关节滑液的缺失导致关节骨骼缺少必要的保护，因此更容易受到外界炎性因子的侵入，而且在机械应力作用下关节也更易发生损伤，最终导致了OA的发生发展[24]。此外，关节滑膜的另一种常见的病变滑膜炎症是软骨基质降解产物引起的继发性改变，同样参与了OA的发病过程[25-26]。

1.2.3 软骨下骨增生在OA发病中的作用 软骨下骨反应性增生同样是OA发生发展的主要成因之一。研究表明，在OA患者中软骨下骨表现为骨小梁数目增加，密度增高，间距变小，骨小梁方向与关节表面更垂直，进而出现骨质象牙化、骨囊肿和骨赘形成等病理变化[27-28]。

因此，软骨、滑膜和软骨下骨的改变在OA的发病过程中都起到了非常重要的作用。一方面关节软骨发生形态学的改变和功能损伤，而衰老引起的一系列内环境的改变则加剧了这些进程，同时进一步揭示了年龄因素在OA中的重要地位，另外一方面关节滑膜发生病变或软骨下骨出现反应性增生也是导致OA发生的重要原因。

1.3 OA治疗 OA目前尚无完全治愈的手段，临床上大多采用药物和非药物相结合的方式治疗，具体需要结合患者自身情况，如性别、年龄、病变部位的程度等制订合适的个体化治疗方案，以达到减轻患者病痛，改善关节功能，提高生活质量的目

的[29-30]。对于初次患病且症状较轻的OA患者，一般选用非药物治疗的方式，如针灸、按摩、热疗、超声波、关节功能训练和肌力训练等[31-32]。若非药物治疗无效，就需要选用合适药物进行治疗，如非甾体抗炎药（NSAIDs）、阿片类镇痛剂等[33]。此外，关节腔内注射透明质酸钠或糖皮质激素，运用关节镜（窥镜）和开放手术等外科治疗的方式对于OA的治疗同样非常关键[34]。endprint

2 沉默交配型信息调节因子2同源蛋白1（SIRT1）

2.1 SIRT1基本特征 沉默信息调节因子2（Sir2）-去乙酰化酶类（sirtuins）是一种保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖的组蛋白去乙酰化酶，广泛地存在于原核与真核生物中[35]。在人类的sirtuins中，存在7个同源蛋白，分别命名为SIRT1到SIRT7[36-37]。在sirtuins所有家族成员中，SIRT1与sirtuins的同源性最高[38]。SIRT1含有一个保守的核心催化结构域，并结合NAD+作为辅酶，该核心结构域具有脱乙酰基酶活性的作用，而且SIRT1的COOH端和NH2端增强了核心结构域的催化效率和脱乙酰基酶活性[39]。

2.2 SIRT1功能概述 Kim等[40]研究发现，当高糖诱导肾小球系膜细胞发生损伤时，SIRT1的活性降低，氧化应激以及细胞凋亡加剧，这说明SIRT1在调节线粒体代谢能量、氧化应激，以及细胞凋亡中具有重要作用。进一步的研究表明，SIRT1通过对组蛋白、转录因子及其他蛋白的赖氨酸残基进行去乙酰化修饰，调节基因的表达，进而在调控机体代谢，抑制细胞凋亡，延缓衰老，抵抗应激等过程中发挥重要的调控作用[41-42]。此外，SIRT1的活性和表达也受到多种因素的影响，例如底物的有效性、组织和亚细胞的定位、转录因子和微小RNA（miRNA）蛋白表达的调控等因素[43]。SIRT1的活性也与其发生磷酸化、甲基化、亚硝基化等翻译后修饰有关[44]，更重要的是SIRT1和多种转录因子的基因调控通路之间的串扰影响着干细胞的扩增与分化[45]。

3 OA与SIRT1

鉴于SIRT1在新陈代谢和生理活动中具有重要作用，特别是SIRT1可通过多种机制如调控基因表达，促进神经新生，修复DNA損伤和细胞凋亡等方面促进机体长寿的这一作用目前引起了广泛的关注，SIRT1成为了抗衰老药物研究的新靶点[46]。近年来，SIRT1在与年龄因素密切相关的OA的研究中也取得了很大的进展。

3.1 SIRT1在OA中的体外研究 一项体外研究发现，电离辐射能够抑制SIRT1的表达，从而诱导软骨细胞发生凋亡[47]，这说明软骨细胞内SIRT1的表达与该细胞的凋亡相关。此外，也有研究表明SIRT1通过增强胰岛素样生长因子信号，降低p53的活性，从而影响软骨细胞的存活能力[48]。

Kim等[49]研究发现，无论是在正常人还是OA患者的软骨细胞中，25 μM和50 μM的白藜芦醇均能显著上调SIRT1的表达，并且上调1型胶原（COL1），10型胶原（COL10）和成骨特异性转录因子2（RUNX2）的表达，进一步促进软骨细胞发生增生。OA的主要病理特征是关节软骨的功能退化，因此这几项研究说明了SIRT1表达水平的高低影响了软骨细胞的活性，进而影响到软骨功能的强弱，SIRT1在OA病程的发生发展中起到了关键的调控作用。

SIRT1调控与OA发病密切相关的一些基因表达，如Matsushita等[50]检测了人软骨细胞中SIRT1的过表达对MMP-1，2，9，13等OA基因的影响，发现过表达SIRT1能抑制这些基因的上调，延缓OA的发生。另一项研究也表明，SIRT1调节多种软骨特异性基因的表达，如聚集蛋白聚糖，Ⅱ型和IX型胶原和软骨寡聚基质蛋白（COMP），尤其是抑制了ADAMTS-5的表达和使SOX9去乙酰化，进而影响OA的病理进程[51]。

3.2 SIRT1在OA中的体内研究 除了体外研究，体内研究也发现SIRT1在影响软骨细胞活性，维持软骨功能，进一步抑制OA发生和恶化的过程中发挥出了重要的作用。例如一项研究表明，软骨细胞内SIRT1的缺失会加剧小鼠OA的恶化，说明SIRT1对OA的发展有一定的预防作用[52]。进一步的研究也发现和野生型的小鼠相比，SIRT1敲除的小鼠表现出更小的体型和代谢紊乱，并且患OA的进程加快，这一现象可能与SIRT1参与小鼠软骨细胞的合成与凋亡途径有关[53-54]。此外，有研究报道在OA模型鼠中，每周关节内注射白藜芦醇通过激活SIRT1和沉默缺氧诱导因子-2α显著减轻OA中软骨功能的退化[55]。另外一项研究显示，在氧化应激诱导的兔OA模型中，褪黑激素（N-乙酰-5-甲氧基色胺）通过调控SIRT1通路发挥软骨保护作用和抗炎效应，延缓OA的发展[56]。最新研究结果也表明，SIRT1敲除或者突变的小鼠相比同窝的小鼠，其软骨功能更容易发展退化，患OA样疾病的速度更快，并伴有软骨基质蛋白的减少甚至凋亡[57]。

4 展 望

SIRT1的活性能够影响软骨细胞的存活和功能，进而在OA的发生发展中发挥重要的作用。鉴于其复杂的机制尚未完全了解，因此对于SIRT1与软骨、滑膜及整个骨关节的相互作用关系还需要更深入的研究。由于SIRT1显示出对软骨的保护作用，治疗可以从激活SIRT1，进而减缓或防止OA方面开展，例如从植物中提取出的天然多酚类化合物白藜芦醇具有激活SIRT1的作用，对软骨功能的调节有益，也可发挥出预防其他年龄相关疾病、延长预期寿命的潜在作用。还可以通过化学合成方法进一步开发得到更有效的SIRT1激活剂。此外，SIRT1是沉默调节蛋白sirtuins家族中研究最多的一个，那么这个家族的其他成员是否有相似的作用呢？这就需要更多的研究去证实。总之，鉴于SIRT1在OA的发生发展中有着重要的作用，SIRT1有望成为开发治疗OA药物的重要靶点。

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