沉默信息调节因子2相关酶1抗动脉粥样硬化作用机制的研究进展

刘相波，常荣

(1青海大学研究生院，西宁810000；2青海省人民医院)

我国心血管病病死率高于肿瘤及其他疾病，且近年来发病率持续上升。动脉粥样硬化(AS)作为心脑血管病的病理基础一直是研究热点，其机制尚未完全明确，主要相关学说包括炎症免疫学说、氧化应激学说、表观遗传学学说、脂质渗入学说、巨噬细胞受体缺失学说、致平滑肌突变学说、损伤应答学说等。现已证实AS的形成涉及多个病理生理过程，其主要形成过程包括内皮损伤老化引起内皮功能降低，内皮源性血管活性物质生成减少，内皮通透性增加，大量单核细胞及低密度脂蛋白(LDL)在黏附分子作用下蓄积于受损内皮，单核细胞在巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的作用下转变为巨噬细胞，并通过表面的清道夫受体A(SRA)、CD36和凝集素样氧化低密度脂蛋白受体1(Lox-1)摄取氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)而变成泡沫细胞，泡沫细胞聚集形早期AS斑块[1]，进一步导致血管狭窄或堵塞，斑块破裂可形成血栓，引起各种心脑血管缺血性疾病。新近研究[2, 3]结果强调了内皮损伤、脂质浸润、炎症反应、氧化应激、血管平滑肌激活及糖脂代谢异常在AS的发生发展过程中的重要作用。沉默信息调节因子2相关酶(sirt)是一类依赖NAD+的第三类组蛋白去乙酰化酶，sirt1作为sirt家族中最具特色的一员，基因定位于染色体10q22.1，包括8个内含子和9个外显子，全长 33 kb，是一种重要的转录调控因子，通过组蛋白与非组蛋白去乙酰化作用调节相关基因转录，这些受调节的基因或基因产物参与到AS形成的各个阶段[4]，发挥抗AS作用。现就sirt1的抗AS作用机制研究进展综述如下。

1 改善血管内皮功能

1.1 促进血管内皮源性血管舒张因子(NO)生成 NO能调节血管张力、阻止血小板黏附聚集、抑制平滑肌细胞增殖及减少炎症细胞浸润和脂质摄取，起到保护内皮和抗AS的作用。内皮型一氧化氮合酶(eNOS)是血管内皮细胞生理状态下合成NO的关键酶，其活性降低直接影响NO生成。sirt1和eNOS都在内皮细胞中大量表达，通过控制热量的摄入，即热量限制(calorie restriction,CR)可增加内皮中sirt1的表达水平，sirt1通过对eNOS钙调节结合蛋白功能区的496、506位赖氨酸残基去乙酰化而激活eNOS，增加内皮NO表达水平；NO还正向调节sirt1的活性，形成良性的正反馈调节作用[4]。此外，sirt1可通过去乙酰化作用激活磷酯酰肌醇-3激酶-蛋白激酶B-eNOS(PI3-Akt-eNOS)信号通路，上调磷酸化eNOS蛋白水平，促进NO产生，起到内皮保护作用[5]。Donato等[6]在动物实验中发现，抑制sirt1的表达会直接降低eNOS的磷酸化水平，与年龄相关的血管内皮功能下降有关。最近研究[7]还发现携带不同sirt1基因多态性的人群中，eNOS表达水平也有差异。

1.2 减轻内皮损伤延缓内皮衰老 各种炎症因子、ox-LDL、过氧化物可直接造成内皮损伤加快内皮老化，使内皮功能减退，是AS发生的始动因素。核因子κB(NF-κB)是调节炎症通路的重要转录调节因子。sirt1可抑制NF-κB活性，阻断肿瘤坏死因子α(TNF-α)介导的炎症反应，减少炎症因子释放[8]。此外，sirt1还可通过抗氧化应激作用减少各种氧化物及氧自由基的产生抑制ox-LDL生成，减少这些物质对内皮的毒性损伤作用。一项体外研究[9]发现，sirt1能抑制高糖诱导的内皮细胞衰老，还能下调NADPH氧化酶P47亚基的蛋白水平，从而减少ROS的产生，延缓内皮细胞衰老，并通过下调纤溶酶原激活物抑制蛋白PAI-1抑制年龄相关的血管老化。

2 抑制NF-κB转录活性，发挥抗炎作用并减少泡沫细胞生成

NF-κB是一种转录调节因子，能与增强子或基因特异位点结合调控多种基因转录，这些基因表达产物参与炎症反应、免疫应答、泡沫细胞形成等过程，与AS的发生发展密切相关。静息状态下NF-κB与其阻遏蛋白κB(IκB)结合，以无活性的状态存在于胞质内。当细胞受到炎症因子、氧化剂、脂多糖等物质刺激下，IκB激酶(Iκκ)被激活，使IκB磷酸化，在泛素及蛋白酶体作用下被分解，NF-κB蛋白活化并迁入细胞核，与靶基因上的κB位点特异性结合，启动靶基因表达，生成大量细胞因子和凝集素样oxLDL受体1(Lox-1)，参与炎症反应和泡沫细胞形成[10]。

2.1 减轻炎症反应 炎症反应贯穿AS形成的整个过程。在早期阶段促炎细胞因子诱导大量黏附分子及趋化因子表达，招募更多单核细胞，通过刺激受体表达和增强细胞介导的氧化，加速巨噬细胞向泡沫细胞转化、形成脂质斑块；在晚期阶段炎症因子通过促使平滑肌细胞凋亡，基质降解，使脂质斑块纤维帽变薄，斑块不稳定性增加，并脱落形成血栓。NF-κB被认为是调节炎症的重要转录因子。NF-κB激活后，将导致炎症相关基因大量表达，如细胞间黏附分子1(ICAM-1)、血管细胞黏附分子1(VCAM-1)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、环氧化酶2(COX-2)、TNF-α、IL-6等。sirt1对炎症具有负向调节作用。在NF-κB(RELA/P65)上众多的赖氨酸残基中，K310作为sirt1的底物，其乙酰化可提高相关炎症基因的转录活性。sirt1可通过对赖氨酸残基K310的去乙酰化作用降低炎症相关基因的转录活性。sirt1水平下降会增强NF-κB的乙酰化作用，增加内皮细胞、单核-巨噬细胞、脂肪细胞、骨髓细胞和小胶质细胞的炎症反应；采用sirt1受体激动剂或上调sirt1表达则可通过对NF-κB的去乙酰化作用减少各种炎症物质的产生，减轻炎症反应[8]。

2.2 减少巨噬源性泡沫细胞生成 单核细胞在趋化因子的作用下迁移至受损内皮，在M-CSF的作用下转变为巨噬细胞，后者通过其表面清道夫受体摄取ox-LDL变成泡沫细胞，聚集形早期AS斑块，并产生大量炎症因子。泡沫细胞形成是AS的关键环节。目前认为巨噬细胞摄取ox-LDL的受体包括清道夫受体A、CD36、Lox-1。Lox-1启动子中包含NF-κB特异结合位点，NF-κB活性增高促进Lox-1大量表达，增加ox-LDL摄入，促进泡沫细胞生成[11]。sirt1可通过去乙酰化作用，从转录水平抑制Lox-1的表达，减少泡沫细胞形成[12]。sirt1不影响清道夫受体B类1(SR-B1)的表达， SR-B1是介导内皮细胞高密度脂蛋白(HDL)吸收的受体，能增加内皮中HDL含量，HDL将内皮中的胆固醇转运至肝脏代谢排出，抑制泡沫细胞的生成[13]。此外，sirt1还可通过去乙酰化作用激活肝X受体(LXRs)；LXRs作为转录调节因子，可与启动子结合促进靶基因C-C趋化因子受体7(CCR7)表达；CCR7由泡沫细胞生成，可促使泡沫细胞从粥样斑块中转移出去，抑制斑块的进一步形成，发挥抗AS作用[14]。

3 促进胆固醇逆转运、调节脂质代谢

血脂异常是AS的高危因素，尤其是LDL已被证实与AS的发生有密切联系。ox-LDL不仅能直接损伤内皮导致内皮功能障碍，还能吸引单核细胞迁移进入受损内皮，促进平滑肌增殖形成泡沫细胞，与AS形成关系密切。

胆固醇逆向转运是将胆固醇从肝外组织转运至肝脏进一步代谢、转化生成胆汁酸的过程。胆固醇逆向转运受阻可导致内皮细胞内胆固醇积聚，促进泡沫细胞形成。LXRs作为一种氧化固醇激活的核受体，包括LXRα和LXRβ两种类型，其激活后具有转录因子活性，通过调控相关靶基因的转录参与胆固醇转运、代谢，调节脂质平衡[14]。sirt1可作用于LXRα上的K432和LXRβ上的K433位点激活LXRs，进一步促进ATP结合转运蛋白(ABC)超家族成员的表达。ABCA1和ABCG1作为ABC超家族成员，主要负责将肝细胞以外的细胞内胆固醇及磷脂转运至细胞外，减少胆固醇在内皮细胞沉积，是胆固醇逆转运过程的关键一步[15]。sirt1通过乙酰化作用激活LXRs，促进胆固醇逆转运过程，有利于胆固醇的代谢、转运和清除，减少胆固醇在内皮细胞内沉积，抑制泡沫细胞形成，起到抗AS作用。此外，激活的LXRs也可诱导胆固醇酯转运蛋白如磷酯转运蛋白(PLTP)和胆固醇酯转运蛋白(cETP)表达，介导肝脏胆固醇酯的清除，降低胆固醇水平。也有研究[13]发现，一些参与脂肪合成的关键酶(如脂肪酸合酶、乙酰CoA羧化酶)的基因启动子部分有LXRs结合位点，激活的LXRs可与相关基因启动子结合，促进相关酶的生成，加快脂质的合成转运，调节脂质代谢。

4 减轻胰岛素抵抗并促进胰岛素分泌

糖尿病是AS的高危因素，糖尿病患者多伴有胰岛素抵抗或胰岛素分泌不足引起血糖升高，长期高血糖可加速巨噬细胞凋亡，增加斑块形成；还可通过激活CX3CL1/CX3CL1轴诱导平滑肌细胞凋亡，增加斑块的不稳定性[16]。除此之外，长期高血糖增加糖基化终产物(AGEs)生成，导致血管内皮损伤，并使各种黏附因子、趋化因子过表达，诱导巨噬细胞清道夫受体表达上调，形成泡沫细胞，加速AS进程。sirt1能减轻胰岛素抵抗、促进胰岛素分泌调节糖稳态从而起到抑制AS的作用。

4.1 减轻胰岛素抵抗 胰岛素抵抗是指胰岛素调节的靶组织对胰岛素的敏感性下降。胰岛素信号通路受阻是引起胰岛素抵抗的重要原因。PKB/Akt、糖原合成激酶3β(GSK3β)、胰岛素受体及胰岛素受体底物的磷酸化水平在胰岛素信号通路的激活中发挥关键作用。sirt1的过表达可通过去乙酰化作用促进PKB/Akt、GSK3β、胰岛素受体和胰岛素受体底物的转录并提高磷酸化水平，激活胰岛素信号通路，改善胰岛素抵抗[17]。此外胰岛素受体磷酸化水平受蛋白酪氨酸激酶1B(PTP-1B)抑制，sirt1通过去乙酰化组蛋白H3，使PTP-1B启动子结合受阻，转录活性减小，降低胰岛素受体去磷酸化水平，从而改善胰岛素抵抗[18]。另有研究[3]发现，活性氧可直接干扰胰岛素信号通路，而一些炎症因子如TNF-α不仅能上调活性氧水平，还能直接降低胰岛素受体底物的磷酸化水平，导致胰岛素抵抗。sirt1则通过抑制NF-κB转录活性，减少各种炎症因子生成，还减少ROS生成，改善胰岛素抵抗。

4.2 促进胰岛素分泌 胰岛β细胞受损伴胰岛素抵抗引起的胰岛素分泌不足是引起血糖升高、糖代谢紊乱的主要原因。β细胞分泌功能受到ATP/ADP比值等影响，解耦联蛋白2(UCP2)通过线粒体内质子渗漏机制减少ATP生成，ATP/ADP比值下降，胰岛素分泌减少，引起高血糖。sirt1能与UCP2的启动子区域结合，抑制UCP2转录活性，上调ATP/ADP比值，促进胰岛素分泌[19]。此外，sirt1表达活性增高可激活二甲基精氨酸二甲胺水解酶2/促泌素信号通路从而促进胰岛素分泌，并通过上调葡萄糖转运体2、胰十二指肠同源盒1等与β细胞分泌功能有关的基因表达进一步促进胰岛素分泌[20]。

5 抑制活性氧产生，发挥抗氧化应激作用

氧化应激是指机体组织或细胞内氧化系统和抗氧化系统失衡，在促氧化酶的作用下产生大量ROS，而抗氧化酶如铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)、锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)及相关的细胞外超氧化物歧化酶减少或失活导致过多ROS产生的过程。过多的ROS可促进LDL氧化修饰为ox-LDL，还可激活NF-κB释放多种炎症因子，造成血管内皮损伤，进一步诱导ROS的产生，形成恶性循环，与AS的发生发展密切相关[21]。衔接蛋白p66Shc作为调控氧化应激的关键蛋白可通过其氧化还原酶活性作用于细胞色素C产生大量ROS。p66Shc缺陷的小鼠氧化应激抵抗能力增强，能预防年龄相关的血管内皮功能减退，在高脂饮食饲养条件下AS发生率降低。研究[22]发现sirt1对p66Shc基因启动子上的H3K9序列有去乙酰化作用，使组蛋白与DNA紧密结合，抑制p66Shc转录活性，减少ROS生成，发挥抗氧化应激作用，保护血管内皮。

叉头框蛋白(FOXO)家族是一类重要的转录因子，包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6，参与调控细胞周期、代谢、凋亡过程并调控抗氧化应激相关基因的表达[23]。sirt1可激活FOXO3、 FOXO3、FOXO4，诱导一系列抗氧化酶如Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、过氧化氢酶、抗氧化蛋白酶3(Prx3)、抗氧化蛋白酶5(Prx5)、硫氧还原蛋白酶2(TR2)产生，减少ROS生成，发挥抗氧化应激作用[24]。sirt1还被证实可促进FOXO3a的泛素化和降解，保护内皮祖细胞对抗氧化应激诱导的细胞凋亡[25]。此外，过氧化物酶体增殖物激活受体辅激活因子1a(peroxsomal proliferator-activated receptor-coactivator 1,PGC-1a)是一种能在氧化应激系统中调节多种抗氧化酶表达的重要转录调节因子，PGC-1a激活可促进相关抗氧化酶基因的表达，减少各种活性氧的产生，增强组织抗氧化能力。sirt1通过去乙酰化作用于PGC-1a上的赖氨酸残基，阻止蛋白酶体降解PGC-1a，使PGC-1a处于激活状态，从而上调抗氧化酶表达水平，使血管内皮中各种氧自由基代谢产物减少，发挥抗氧化应激作用[26]。通过促进可降低NADPH氧化酶产生的氧化产物水平。PGC-1a作为过氧化物酶体增殖物激活受体-a的共激活因子，能上调细胞内抗氧化酶水平。sirt1过表达可降低PGC-1a乙酰化水平，激活过氧化物酶体增殖物激活受体-a，使血管内皮中各种氧自由基代谢产物减少，发挥抗氧化应激作用[26]。

6 增加巨噬细胞自噬

自噬是受损的细胞器和大分子在细胞内降解和回收的代谢过程。巨噬细胞在整个AS过程中扮演着重要角色。巨噬细胞自噬能起到减轻炎症反应，促进胆固醇流出的作用，从而抑制AS。sirt1可通过组蛋白修饰和调控FOXO转录来调控巨噬细胞自噬[27]。sirt1的主要去乙酰化目标是H4K16，而H4K16脱乙酰可抑制自噬的起始阶段和后期阶段所涉及的基因的转录[28]。sirt1可直接与自噬基因ATG5、ATG7、ATG8相互作用形成复合体激活自噬[29]，还可以间接地通过乙酰化FOXO蛋白家族的FOXO1和FOXO3，上调自噬相关分子表达。FOXO1激活刺激Rab7表达，这自噬体的成熟有关；而FOXO3的去酰化增加了Bnip3的表达，这对自噬的诱导起关键作用[30]。

综上所述，AS是多种因素共同作用的结果，涉及多个病理生理过程。sirt1能改善内皮功能，改善胰岛素抵抗、促进胰岛素分泌和胆固醇逆转运调节糖脂代谢，还可通过抗氧化应激、抑制炎症反应、增加巨噬细胞自噬、减少泡沫细胞生成等多种机制参与AS发生发展的各个过程，发挥抗AS的作用。因此，在内皮细胞、单核-巨噬细胞中激活sirt1应被视为治疗AS的新方向。目前白藜芦醇等sirt1激活剂已经逐渐用于各种临床和药物试验，并取得一定成果，但需要更多的临床研究和试验证实该类药物的安全性。我们希望能够从这些相关的研究中得到启示，既对AS的发生发展有更加全面的认识，也期望能从sirt1抑制AS的各种机制中探寻更加有效的治疗靶点。