SIRT1介导类风湿关节炎相关信号转导通路的研究进展

陈倩雯，何奕坤，沈佳莹，杨光辉

(1.上海中医药大学，上海 201203； 2.上海中医药大学附属曙光医院风湿免疫科，上海 201203)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种慢性进行性自身免疫性疾病。RA病理表现为滑膜炎症、滑膜血管形成，滑膜增厚及滑膜纤维化样改变[1]。若不及时进行干预，可逐渐出现关节软骨和骨的破坏，最终导致关节畸形和功能丧失，对机体造成不可逆性损伤。目前，全球的RA发病率为0.5%～1%[2]。在我国，RA的发病率为0.28%[3]，患病人数达500多万，但缓解率仅为8.6%[4]，一旦罹患RA，则需要长期服用治疗药物，不仅使患者遭受严重的身体疼痛，也给患者及其家庭带来沉重的经济负担。RA的发病与免疫失调、遗传易感性以及环境因素密切相关[5]，发病机制复杂，涉及多个信号通路与细胞因子，但具体的病因及发病机制尚未阐明。沉默信息调节因子(silent information regulator type,SIRT)1是第三类去乙酰化酶Sirtuins家族中的一员，在细胞代谢凋亡、炎症反应、氧化应激、衰老等的调节中具有重要作用[6]。SIRT1与RA相关的多个信号转导通路密切相关，深入研究其作用机制有望研发出新的药物来控制RA病情的进展。现就SIRT1介导RA相关信号转导通路的研究进展予以综述。

1 SIRT1概述

Sirtuins是一类在进化上高度保守的Ⅲ类组蛋白脱乙酰酶家族，为SIRT2的直系同源物质[7]。在哺乳动物中，已经发现的Sirtuins家族成员有7个，分别为SIRT1～SIRT7，它们在脑、心脏、肝脏、睾丸、卵巢、肌肉、肺、肾、血液和脾脏中均有不同程度的表达。Sirtuins家族成员具有相似的结构，所有的沉默调节蛋白共享一个由275个氨基酸残基组成的核心脱乙酰结构域，但其亚细胞定位和生理功能的不同则由各自C端和N端的结构域决定。其中SIRT1是与酵母染色质SIRT2同源性最高的蛋白。SIRT1首先于1999年在人体内被发现，该基因定位于人类染色体10q21.3，基因组序列长度(69644427～69678147)约为33.72 kb，无剪接变异，具有高度保守性。互补DNA序列包含长约2.4 kb的开放读码框，有9个外显子，编码747个氨基酸，翻译后蛋白分子量约为81 700[8]。SIRT1是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖组蛋白去乙酰化酶，具有抗炎、抗氧化、抗凋亡等作用[9]，其生物学功能主要依赖其脱乙酰酶活性，是细胞防御和应激反应中生存机制的关键调控因子，其作用机制主要是通过去乙酰化p53、Ku70、叉头框家族蛋白和p65来促进细胞存活和抑制凋亡[10]。

2 SIRT1对RA相关信号转导通路的良性调控作用

目前SIRT1在RA中的作用机制尚不完全清楚，但SIRT1可在RA多个信号通路上发挥良性调节作用，参与RA滑膜炎发展、血管翳形成以及骨质破坏等过程。有实验表明，过表达SIRT1能够抑制炎症因子的释放，减少血管生成介质的分泌，提高软骨细胞的存活率[10]。而骨髓细胞特异性缺失或低水平的SIRT1则可加剧小鼠的炎症性关节炎、增加滑膜微血管的生成并加重骨侵蚀的程度[11]。这些重要的证据表明SIRT1参与RA的发展进程，并在缓解疾病症状方面有重要作用。

2.1SIRT1抑制核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的转录能减轻RA炎症反应 NF-κB是一种重要的调控因子，提取自成熟的B淋巴细胞，是介导各种炎症基因表达的主要转录因子[12]。NF-κB可与κ轻链基因增强子的κB序列(5-GGGACTTTCC-3)特异性结合，并促进κ轻链基因蛋白的表达[13]。NF-κB以二聚体的形式广泛存在于细胞中，能够调节细胞因子、黏附因子和免疫受体基因等表达。细胞的分化、炎症反应的发生和细胞凋亡等均受到NF-κB的调节[14]。NF-κB家族包含5个蛋白，分别为NF-κB1(p50/p105)、NF-κB2(p52/p100)、RelA(p65)、c-Rel、RelB，其中与RA紧密相关的NF-κB蛋白的亚基为p65。p65在多数细胞类型中表达水平较高，可与其他4个成员中的任何一个二聚体形成活跃的转录因子[6]。在RA中,NF-κB在滑膜组织中被激活,可以增强炎症因子[如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、IL-8]的转录，促进黏附分子的表达和基质金属蛋白酶的活化，促进成纤维细胞样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes,FLS)的增殖、侵袭和迁移，从而增强RA患者的滑膜炎症、加重骨侵蚀程度[15-16]。有研究证实，SIRT1是NF-κB信号通路的主要调节器，能够使NF-κB的p65亚基在赖氨酸残基K310上直接去乙酰化抑制NF-κB的转录活性，从而限制炎症反应的发展[9,17]。体外实验研究表明，过表达的SIRT1通过调控NF-κB的转录，不仅可以减少RA患者滑膜组织中促炎因子的分泌，还能抑制FLS的增殖、侵袭和迁移，这种双重机制能够有效抑制RA滑膜炎症[18]。丁永利等[15]在动物实验中证实，过表达的SIRT1能够下调胶原诱导型关节炎小鼠踝关节组织中NF-κB及p65蛋白的乙酰化水平，降低炎症因子基质金属蛋白酶3表达，增加抑炎因子金属蛋白酶组织抑制因子-1的表达，进而调节炎症因子平衡，从而缓解关节滑膜炎症，对RA病情的发展起到积极的调控作用。

2.2SIRT1下调激活蛋白-1 (activator protein-1,AP-1)的转录在RA中发挥抗炎作用 AP-1是细胞核内的重要促炎转录因子，普遍存在于哺乳细胞中[19]。AP-1是由含碱性亮氨酸拉链结构的多种蛋白组成的高度保守的同源或异源二聚体，在细胞的增殖、分化、凋亡中具有重要作用。AP-1的成员包括Jun家族成员、Fos家族成员、Maf家族成员、聚化伴侣和激活转录因子家族成员[20]。其中，Jun和Fos基因在多种同源或异源二聚体中形成的异源二聚体结构最为稳定，是AP-1的主要成分。Jun和Fos家族成员中的c-Fos和c-Jun是AP-1最常见的两个亚单位，能够被血清、细胞因子及炎症因子等刺激而激活，进而激活AP-1，启动AP-1的转录活性。AP-1转录活性的增强能够诱导炎症因子的表达并因此诱发炎症反应，进而对机体造成不同程度的损伤[21]。已有研究证实，RA患者滑膜组织中AP-1的DNA结合活性明显增高，其结合活性增强与c-Fos和c-Jun的信使RNA原位表达有关，且AP-1的结合活性与RA疾病活性呈正相关，抑制AP-1的活性有助于缓解RA的病情[22]。有实验证明，SIRT1对AP-1的转录活性有抑制作用[23],其发挥作用的机制有两条：一是通过降低AP-1的乙酰化程度来实现，乙酰转移酶p300能够激活c-Jun的271位赖氨酸而升高c-Jun、c-Fos的乙酰化水平，从而增强AP-1的转录活性，SIRT1能够去乙酰化p300下调其诱导的c-Fos、c-Jun乙酰化[24-25]；二是通过抑制AP-1的DNA结合能力来抑制其转录活性，SIRT1能够竞争性结合于c-Fos、c-Jun的碱性DNA结合区域，而减少其与AP-1的结合发挥抑制转录的作用[25]。在关节炎小鼠模型中，下调AP-1可以抑制炎性巨噬细胞中环加氧酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)的表达，对小鼠关节炎症和骨破坏起到改善作用[26]。在RA中，新近的研究证明上调SIRT1可以通过降低AP-1的表达抑制RA滑膜成纤维细胞中炎症因子COX-2的转录，从而发挥良好的抗炎作用[27]。

2.3SIRT1去乙酰化缺氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)可减轻RA滑膜炎症、阻抑滑膜微血管生成 HIF-1α是碱性螺旋-环-螺旋/PAS(Per ARNT Sim)蛋白家族的成员，由826个氨基酸组成，广泛存在于人及其他哺乳动物体内，是目前发现的唯一能在低氧状态下发挥活性的特异性转录因子[28]。HIF-1α在低氧条件下能够被迅速激活而与其家族的芳烃受体核转位蛋白/HIF-1β结合形成HIF-1异二聚体复合物，继而与其缺氧反应元件结合诱导数百个基因的起始转录。HIF-1α能够介导多条细胞通路的缺氧信号转导，调控细胞的生长、增殖、迁移和凋亡，在炎症性疾病、血管性疾病、肿瘤等的发生发展中扮演重要角色。研究表明，HIF-1α在RA滑膜组织中呈高表达，是造成RA滑膜增生、血管翳形成以及滑膜炎症状态持续的重要原因[29]。滑膜炎是RA重要的病理特征，其导致的低氧环境可使HIF-1α激活并迅速在细胞内累积，继而上调TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等炎症细胞因子水平，促进RA滑膜炎症的进一步发展[30]。此外，过表达的HIF-1α还能上调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的水平而加速RA滑膜血管翳的形成。在低氧环境下，VEGF能够被HIF-1α诱导而激活转录直接作用于滑膜血管内皮，刺激血管内皮细胞分裂、增殖导致RA微血管通透性增加，促进新生血管形成以及加重滑膜血管翳的程度[31]。Lim等[32]研究证实，SIRT1能够在Lys674处发挥去乙酰化作用，通过阻断p300/CBP相关因子的募集使HIF-1α失活，此外，SIRT1还可以在缺氧状态下抑制VEGF的分泌，表明SIRT1诱导的去乙酰化是抑制HIF-1信号的原因。Kim等[30]的实验证明，增强SIRT1的活性能够引起HIF-1α的脱乙酰化、阻断VEGF的表达，从而抑制RA滑膜血管生成。

2.4SIRT1降低促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)的磷酸化水平在RA中发挥抗炎和关节保护作用 MAPK是一类结构高度保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于哺乳动物的细胞中，是信号从细胞表面转导到细胞核内的重要传递者。MAPK家族主要包括酪氨酸磷酸蛋白激酶p38(亚型p38α、p38β、p38γ和p38δ)、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2、ERK3/4和ERK5/大丝裂原活化激酶1等。MAPK信号通路是细胞内重要的转导信号之一，在细胞的生长、分化、发育、凋亡等一系列过程中发挥重要作用。研究证明,p38 MAPK、JNK MAPK和ERK MAPK可以由不同的细胞因子异常激活在滑膜组织中呈高表达，并在RA炎症转导和关节破坏的过程中发挥特异性作用[33]。其中，p38 MAPK信号通路介导的炎症转导是滑膜炎症发生的重要机制，它能够被炎症因子(如TNF-α、IL-1)激活产生级联反应，加重RA滑膜炎症[34]。JNK MAPK、ERK MAPK被激活后能够诱导基质金属蛋白酶的表达和巨噬细胞向M1表型的极化，从而促进FLS的增殖和炎症介质的分泌，在RA骨关节的破坏中发挥重要作用[35-36]。研究证明，抑制MAPK通路诱导的信号转导，能够抑制炎症反应和细胞增殖并引起滑膜组织中的细胞凋亡，有效缓解RA滑膜炎症进展和关节软骨破坏[37]。有研究发现，过表达的SIRT1可以降低p38、JNK、ERK磷酸化水平[38-39]。在骨关节炎中，SIRT1过表达能够下调MAPK诱导信号转导，抑制软骨细胞凋亡、细胞外基质降解和炎症细胞浸润[40]。Yang等[27]研究表明，在RA中激活SIRT1能够抑制ERK1/2、p38 MAPK和JNK1/2的磷酸化而减少RA-FLS中炎症介质COX-2的释放；Yang等[41]研究证明，SIRT1激动剂能够抑制MAPK信号通路而减少Ⅱ型胶原诱导的关节炎模型大鼠滑膜细胞中IL-1β的表达，减少炎症介质的释放，有效缓解滑膜的炎症，对RA的发展起到正向调节作用。

2.5SIRT1天然激动剂白藜芦醇通过抑制多条信号转导通路延缓RA进展 白藜芦醇是SIRT1的小分子激动剂，是主要来源于葡萄、虎杖、花生等植物中的一种天然活性多酚类化合物。1940年，在白藜芦的根中首次发现白藜芦醇，其具有抗炎、抗氧化、保护心肌及延缓衰老的作用[35]。在后续的研究中，科研人员发现白藜芦醇具有抗增殖、免疫调节等多重功效，这使其在骨关节疾病、免疫性疾病中具有重要的研究价值[36]。近年来，多项研究结果表明白藜芦醇具有治疗RA的潜力[42-44]。白藜芦醇可以在多个信号通路上发挥调控作用，能够减少RA关节软骨的损伤、减轻滑膜的炎症反应、抑制滑膜血管的生成[41-43]。有研究证明，白藜芦醇能够通过抑制MAPK信号通路减少RA关节炎模型大鼠滑膜组织中炎症细胞的浸润，以及通过介导HIF-1α信号通路抑制滑膜血管的生成，在RA中具有抗炎、抗氧化、抗血管生成的作用[38,41]。Yang等[27]的试验结果显示，白藜芦醇可以通过抑制RA滑膜成纤维细胞中AP-1和NF-κB的乙酰化和ERK1/2、p38 MAPK、JNK1/2的磷酸化来抑制BK(缓激肽)诱导的炎症因子COX-2转录，从而对RA发挥有益抗炎作用。在关节软骨的保护方面，Lei等[10]在骨关节炎的研究中证明了白藜芦醇通过激活SIRT1在NF-κB信号通路上直接调控p65的乙酰化状态抑制炎症介质IL-1β、IL-6、COX-2等的产生，从而能起到保护关节软骨的作用。由此证实，SIRT1可作用于多条与RA有关的信号通路。

3 小 结

目前RA的发病机制尚不完全明确，治疗仍缺乏有效的方法。现有的研究已经证明SIRT1作为细胞防御和应激反应中生存机制的关键调控因子，对多个与RA有关的信号通路有重要调节作用，能够抑制RA炎症发展、阻抑微血管生成、保护关节软骨、改善骨侵蚀。但SIRT1对RA疾病进程发挥影响作用的机制复杂且尚未完全了解，未来仍需要进行深入研究。SIRT1过表达有利于控制RA疾病的进展，在RA发生发展中有重要的保护作用，SIRT1及其激动剂有望成为开发治疗RA药物的新靶点。在未来的研究中，可以从激活SIRT1、上调其表达入手，利用其天然的激动剂或化学合成的激活物从与RA相关的信号通路入手寻找治疗RA的新靶点，研究阻断RA病情进展的方法。