针灸调节阿尔茨海默病患者线粒体SIRT3机制初探*

屈红艳，邢文文，李 璐，张兆星，赵丽娟，李 倩，史晓燕，吴 涛，艾 霞，刘 奇

陕西中医药大学(咸阳 712046)

阿尔茨海默病是由德国精神科医师Alois Alzheimer首次提出的一种神经退行性疾病，又称为老年性痴呆(Alzheimer’s disease，AD)。数据显示，在发达国家65岁以上人群中，AD的发病率约为13%，已成为威胁健康的第五杀手。截止2015年，全球共有约4680万老年性痴呆患者，相关医疗支出高达8180亿美元[1-2]，据世界卫生组织估算，到2050年全球的AD患者将接近1.14亿[3]，将会给患者的家庭及社会带来巨大的经济压力及社会负担。神经退行性疾病多数病理性表现为中枢神经系统神经元的渐进性丧失及功能障碍，临床症状包括运动功能障碍伴有认知功能减退[1]。除了阿尔茨海默病之外，还常见肌萎缩侧索硬化症，帕金森病，亨廷顿病等病。其中阿尔茨海默病起病较隐匿、呈进行性发展、具有年龄相关性，会严重影响到老年人的生活质量。

1 AD与线粒体能量代谢

AD特征性地表现为淀粉样蛋白前体所产生的β淀粉样蛋白(Aβ)在脑实质中和血管壁处沉积、神经纤维发生缠结及其学习和记忆功能的相关脑区神经元丧失[4]，即出现认知功能的下降，记忆能力损害和痴呆。AD的发病机制非常复杂，到目前为止仍不完全清楚，学者认为，氧化应激和炎症损伤等所致的错误折叠蛋白积聚，能量代谢异常、线粒体结构损伤等原因均参与了AD发生发展的重要过程。

线粒体(Mitochondrion)是一种被两层膜所包绕的细胞器，存在于大多数细胞中，其中进行的细胞内氧化磷酸化和三磷酸腺苷(ATP)的合成，能为细胞的生命活动提供大约95%的能量。因此，线粒体被称作“Power house”。其直径约为0.5～10μm。虽然拥有自身的遗传物质和遗传体系，却因基因组大小有限，因此线粒体是一种半自主细胞器。线粒体也是产生活性氧、超氧化物等的重要场所。实验证明，AD模型大鼠神经元线粒体的平均体积增大、表面积却减小，表明神经元线粒体出现了肿胀；而线粒体数目的密度减低则意味着其线粒体的数目变少了[5]。此外，近些年有研究发现SIRT3能够降低由活性氧所介导的线粒体DNA的损伤。

研究表明，能量代谢在老年痴呆等神经退行性疾病的病理变化过程中起到重要的作用。线粒体作为糖类、脂肪及氨基酸最终氧化释放能量的部位，是真核生物进行氧化代谢的重要场所。线粒体内主要进行的是最终氧化的共同途径三羧酸循环与氧化磷酸化过程。细胞质基质中完成的糖酵解和在线立体基质中完成的三羧酸循环还会产生还原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等高能分子，而氧化磷酸化这一步骤的作用即为利用这些物质还原氧气而释放能量并且合成ATP。线粒体功能障碍及氧化应激是AD病理过程的重要环节。临床上对该病多采取综合治疗，包括胆碱酯酶抑制剂、神经营养药、抗自由基药及促智药等。但这些药物只能起到缓解症状的作用，无法阻止病程的发展，因为突起溃变、神经元死亡和网络破坏是引起AD功能障碍的主要原因[6]。

2 SIRT3与AD 线粒体能量代谢

作为NAD+依赖性去乙酰化酶，Sirtuins指的是一类具有高度保守性的蛋白质家族，由细菌到人类均有广泛分布。迄今为止，Sirtuins家族共发现有沉默信息调节因子1-7(Silent information regulator 1-7，SIRT1-7)七个成员，都是最初在酵母中发现的SIRT2的同源蛋白[7]。此后，组蛋白的乙酰化及去乙酰化研究开始备受关注。在人类7种Sirtuin蛋白中，SIRT1,SIRT6和SIRT7主要定位在细胞核内，而SIRT2则大部分位于细胞质中。在线粒体中发现的主要有SIRT3，SIRT4和SIRT5。SIRT3对人类衰老具有重要的遗传控制作用。Lombard研究小组在敲除了小鼠模型中的SIRT3,SIRT4和SIRT5后,发现只有SIRT3敲除小鼠的线粒体内蛋白质出现高度乙酰化，说明SIRT3是一种广泛作用于线粒体内蛋白质主要的去乙酰化酶[8]。

近年来，去乙酰化酶Sirtuin-3(Sirt3)被学者发现具有依赖于NAD的组蛋白去乙酰化酶活性，对乙酰化的线粒体蛋白具有脱乙酰基效应。SIRT3指烟酰胺腺嘌呤二核苷酸所依赖的去乙酰化酶3(NAD-dependent protein deacetylase Sirtuin-3，SIRT3)是去乙酰化酶家族的成员之一，称为沉默信息调节因子3[9]。它是哺乳动物体内存在的一类高度保守的、NAD依赖的组蛋白去乙酰化酶，能在一定程度上调节细胞的存活、增值、代谢、死亡和衰老，以及器官的长寿[10]。由于在机体的衰老及能量代谢过程中SIRT3的关键作用，它与神经退行性病变之间的相关性受到了国内外研究者的广泛青睐，使他们进一步关注其神经保护的机制是否为调控SIRT3的活动或者增加其表达，进一步缩短神经退行性疾病的康复进程。

目前，关于SIRT3的细胞定位还没有定论，但很多研究者认为SIRT3在细胞核与细胞质中都有表达，在细胞处于应激状态时，细胞核内SIRT3能迁徙至线粒体内[11]。不同于SIRT1与SIRT2，SIRT3多数位于细胞线粒体内。在细胞的代谢、产生ATP和活性氧以及细胞凋亡的信号通路中，线粒体的作用尤其关键[12]。所以，SIRT3也许会在调节线粒体的稳态方面具特别重要的意义。如SIRT3能通过去乙酰化相关底物来调节线粒体内能量代谢的平衡。

能量代谢在AD等神经退行性疾病的病理变化中作用关键，保护线粒体、改善能量代谢已成为病理机制研究和新药开发的新切入点。近年来进行的流行病学调查表明，摄入的能量减低可对与年龄相关的某些神经退行性疾病(例如AD)具有一定的保护作用[13]。研究表明，SIRT3是线粒体内的主要去组蛋白乙酰化酶，其参与了糖、脂肪酸、氨基酸等代谢途径中关键酶的乙酰化过程，可保护线粒体，调节能量代谢延缓衰老。作为机体非组蛋白乙酰化的重要调节因子，Sirtuins除了具有去乙酰化酶活性和ADP核糖基化活性以外，还有去琥珀酰化和去丙二酰化等酶活性[14]。细胞中NAD+和NADH的含量多少还会影响其酶活性的发挥，相关研究结果表明，当细胞内NAD+的含量增高时，能够激活Sirtuins蛋白酶的活性，而如果NADH含量增高，Sirtuins蛋白酶的活性则会被抑制[15]。

SIRT3生物学作用包括减少活性氧生成，改善线粒体功能等，因而在AD的相关研究中愈发重要。有相关研究结果表明，采用药物对线粒体的电子传递链进行干预可以导致线粒体功能障碍的发生及细胞中活性氧的含量增加，从而引起海马神经元中SIRT3的表达上升，进一步达到延长细胞寿命的目的。AD细胞模型建立后，活性氧能够调节SIRT3的表达。SIRT3调控线粒体功能也抑制线粒体相关的生物学进程。有文献研究表明，热量控制(俗称“节食”)能够延缓动物衰老的进程，延长其寿命，其作用机制或许即为激活了一种去乙酰化酶SIRT3的原因[16]。

3 针灸对线粒体形态、功能及数目等的影响

目前，线粒体作为细胞内靶点，与不同的药物之间发生广泛而复杂的反应。如Wallace教授提出了中医可以通过中药的药性来调节人体内线粒体能量以治愈疾病。各种针灸临床和实验研究证实，针灸治疗对老年痴呆、帕金森、脑老化等神经退行性疾病的治疗优势明显。其对线粒体的保护效应与中药相类似，都会影响线粒体的形态与功能，在研究针灸治疗不完全性截瘫家兔损伤脊髓神经元内线粒体影响的动态研究说明，模型复制成功后6h针灸即可对线粒体的肿胀有一定的缓解作用，来对抗继发性的损伤；在损伤7日后针灸组中线粒体的各项指标优于模型组；15日后针灸组线粒体的形态恢复至正常。表明针灸可以减轻损伤脊髓神经元内线粒体的肿胀变性，维持线粒体的有效功能面积和有效数目，促进线粒体内的能量代谢和神经元的恢复，对抗继发性损伤，缩短修复时间[17]。罗磊[18]等对Wistar大鼠海马神经元线粒体中的Aβ-结合性乙醇脱氢酶蛋白(AβAD)和细胞色素氢化酶(COX)Ⅳ进行检测，发现针灸疗法能够使AβAD水平有效下调，COXⅣ活性提高，表明针灸疗法可通过提高COXⅣ活性和抑制AβAD的过度表达来调节线粒体的能量代谢，进一步防治AD。现有的研究表明，针刺可以有效地保护线粒体能量代谢，减少氧化应激损伤，对能量代谢相关酶的活性具有一定的调节作用，而组蛋白去乙酰化酶SIRT3在线粒体抗氧化应激、调控能量代谢中作用重大。寻找SIRT3作用的底物和SIRT3作用激动剂，将有利于我们深入理解在神经退行性疾病和人类长寿中SIRT3的重要作用[9]。

4 小 结

就目前来看，人们对于SIRT3的功能及其在线粒体能量代谢中的作用方面，人们还缺乏全面的了解。今后我们要进行的各种研究，应该主要集中在揭示SIRT3在神经退行性疾病中保护作用的分子机制方面，以期为SIRT3作为AD的治疗靶点提供更充分的依据。总而言之，随着我国人口老龄化的不断发展，具有整体调节作用的传统医学针灸，可有效防治AD，提高生存质量，进一步减轻社会负担，将成为神经退行性疾病的优势疗法。因此，从SIRT3介导的线粒体保护机制入手，探索针刺治疗改善线粒体的能量代谢，是探讨AD防治可能机制的一个有效途径。