去乙酰化酶Sirt6预防心血管老化作用的研究进展

王本峰，孙慧 1山东大学齐鲁医学院心血管内科，济南250013；2山东大学附属济南市中心医院心内科，济南250013

《中国心血管报告2018》概要中统计数据显示，心血管患病率持续上升，2012年全国居民全因死亡构成中，心血管病居各种疾病之首[1]。心血管老化是造成这种患病率增加的重要原因，延缓和防控心血管老化，是降低心血管病病死率的重要方向。在心血管老化中，多重高危因素的损伤机制包括血管内皮功能损伤、心肌炎症反应、脂质代谢紊乱、心肌纤维化、胰岛素抵抗等。延缓和抑制这些损伤机制是重要的心血管研究方向，其中沉默信息调节家族(sirtuin)抑制心血管老化是近几年新兴的热点之一。Sirt6是哺乳动物sirtuin家族中的一员，在人体的心、脑、肾中高度表达。Sirt6通过抑制炎症、改善糖脂代谢、抑制纤维化、修复DNA、维持端粒的稳定，发挥在高血压、内皮修复、心肌重构、脂质代谢、糖尿病中预防心血管老化的保护作用[2]。本文从高血压、心肌纤维化、脂质代谢、糖尿病等方面对Sirt6抗心血管老化进行简要概述。

1 Sirt6的结构特点

研究表明，人Sirt6基因定位在染色体19p13.3。全长含8个外显子，其中4号外显子最短，含40个碱基，8号外显子最长，含838个碱基。蛋白质分子全长355个氨基酸，分子量约39.1 kDa，等电点9.12。Sirt6由中心结构域及其两边的N端和C端构成。中心结构域高度保守，是Sirt6发生功能的重要结构，可与细胞核内的染色体相结合；C端与核定位有关，引导蛋白质进入核内；N端是Sirt6与染色体结合及产生催化活性的部位。研究还发现，Sirt6在结构上有展开的锌结合结构域，无螺旋束；有稳定的单螺旋，无保守的高度灵活的NAD+结合环[3]。锌结合结构域是否与基因表达调控有关，还需进一步研究。

2 Sirt6抑制血管炎症

高血压作为心血管老化独立可调整死亡高危因素，其定义是血压≥140/90 mmHg。高血压由于血管床的内皮细胞发生损伤，造成血管内皮稳态的破坏。Majzunova等[4]研究发现，氧化应激导致的活性氧(ROS)增加导致血管炎症的发生，炎症反应是导致高血压发生的基本机制之一；氧化应激中受到血管紧张素Ⅱ(AT-Ⅱ)、内皮素1(ET-1)和尿血管紧张素Ⅱ(UT-Ⅱ)的刺激时，ROS通过NADPH氧化酶(NOX)大量形成促进炎症的发生，导致血压的升高。研究证实，Sirt6可通过诱导线粒体扩张和调节氧化代谢，抑制ROS导致的炎症反应，对心血管系统起保护作用[5]。另一方面，在Sirt6分泌绝对减少的血管内皮中发现一氧化氮合酶eNOS表达减少[6]，导致NO的减少，诱导高血压的发生。

在血管组织中，肾内肾素-血管紧张素系统(RAS)的激活可以独立于全身RAS诱发高血压，血管紧张素转化酶2(ACE2)作为高血压的新型治疗靶点，ACE2促血管生成素Ⅱ(AngⅡ)转化为血管紧张素17(Ang-17)，而Ang-17通过对Mas受体的作用，对抗AngⅡ的分子和细胞作用[7]。Zhang等[8]研究表明，Sirt6可通过激活AMPK/ACE2信号阻止AngⅡ的作用。综上所述，Sirt6可通过抑制ROS以及调控ACE2的作用降低高血压的发生，从而延缓心血管的老化作用。

3 Sirt6与内皮细胞修复

流行病学研究表明，DNA正常结构的损伤与年龄相关的心血管疾病的发生存在联系。在细胞DNA损伤中，由众多因素参与和触发的识别、放大和修复级联过程称之为DNA损伤反应(DDR)。DDR是一种复杂的信号转导通路，能够感知DNA损伤，并将信息传递给细胞，影响细胞对DNA损伤的反应[9]。Chapman等[10]研究发现，DNA损伤最关键的形式可能是双链断裂(DSBs)，它是导致遗传物质丢失、突变和有害易位的重要原因。在DSBs中，细胞已经进化出两种主要的修复机制：一种是非同源末端链接(NHEJ)，通过连接两端来修复DSB，是一种DNA易突变通路；另外一种是无错误的同源重组(HR)通路，该通路仅在姐妹三色单体配对时起作用。Toiber等[11]研究发现，Sirt6作为支架蛋白在DDR中起着非常重要的作用，在DNA损伤后的数秒内，Sirt6被招募到DBSs位点，通过去乙酰化作用，特异性作用于通过染色质重塑因子(SNF2H)解开的凝聚染色质，并去乙酰化组蛋白H3第56位氨基酸(H3K56)，这两个关键步骤都是正确招募下游DDR因子和高效修复DNA所必需的。在基因修复中Sirt6通过与SNF2H的特异性结合，防止了损伤基因组的不稳定性，而且SNF2H发生重塑作用是以Sirt6被招募为先前条件，可见Sirt6对DNA损伤起到重要的修复作用。在临床中，探讨血管损伤后内皮细胞DNA的修复对于改善血管老化具有重要的意义。

4 Sirt6与脂质代谢

脂代谢紊乱中高胆固醇膳食大幅度增加肝脏总胆固醇(TC)的合成，增加血脂浓度，特别是作为心血管病的高危因素的血清中极低密度脂蛋白(VLDL)和低密度脂蛋白的水平(LDL)[12]。固醇调控元件结合蛋白(SREBP-2)是胆固醇生物合成的关键酶。Tao等[13]研究认为，Sirt6是Serbp-2基因调控的关键因子，小鼠肝脏中Sirt6的缺乏导致胆固醇水平的升高，在机制层面，Sirt6被叉头盒蛋白O3(Foxo3)招募到Serbp-2基因启动子，Sirt6去乙酰化启动子促进染色体形成抑制状态，抑制Serbp-2及相关靶基因的表达，从而改善高胆固醇血症。另一方面，Hyun-Seok等[14]研究表明，Sirt6缺乏会导致糖酵解和脂质相关基因表达的改变，Sirt6的缺乏会导致表达葡萄糖激酶(GK)和肝丙酮酸激酶(LPK)的相关基因受抑制，并且在基因启动子中检测到乙酰化H3K9；而在Sirt6基因突变小鼠肝脏中，Sirt6缺乏可导致肝脂质代谢相关基因GK、LPK、FAT、ACC1、FAS、ELOVL6和SCD1启动子中乙酰化H3K9的水平升高，造成这些基因的表达增加，最终导致突变小鼠脂肪肝。因此，Sirt6在脂质代谢中起着至关重要的作用，可以作为治疗高脂血症的新靶点。

5 Sirt6与心肌肥厚

在高血压、瓣膜心脏病和冠状动脉疾病中，长期慢性压力负荷过高和容量负荷过重会促进心肌细胞病理性肥厚，这种肥厚与心脏功能障碍和心力衰竭有密切的关系，被称为病理性肥厚[15]。心肌肥厚是一种以多分子因素改变为特征的多因素疾病，其中一个因素变化是蛋白激酶B(AKT)的变化，AKT在调节细胞存活到衰老的过程中起着核心作用，心肌细胞特异性AKT过表达会使心肌细胞增大，诱导心肌肥厚[16]。Sundaresan等[17]研究发现，Sirt6通过在lys9位点去乙酰化组蛋白H3K9，直接在染色质水平上抑制IGF-AKT信号通路，抑制心肌细胞肥大。另一方面Sirt6通过直接抑制促炎性基因c-jun的表达抑制心肌细胞的肥大[18]。

细胞自噬是一种进化上保守的细胞活动过程，在此过程中，长寿的蛋白质和受损的细胞器被循环利用以维持能量平衡，这些蛋白质和细胞器被隔离成双膜结构或自噬体，随后与溶酶体融合降解包含的物质[19]。越来越多的证据表明，在心肌肥厚的分子机制中，自噬对于维持心脏功能和细胞均起到至关重要的作用。通过依赖于Sirt6的FOXO3激活使AKT通路信号减弱，这种减弱有助于Sirt6抑制异丙肾上腺素诱导心肌肥厚的自噬作用[19]。最近的研究发现，Sirt6通过信号传感器的调节和对转录激活因子3(STAT3)的抑制，Sirt6起到抑制心肌细胞肥大的作用[20]。随着对心肌肥厚分子机制的不断深入，研究Sirt6在AKT细胞通路和自噬途径中的作用将促进更有效、更具体的干预手段的发展，以减缓衰老和增加心脏的抗应激能力。

6 Sirt6与冠心病合并糖尿病

目前，与糖尿病相关的冠状动脉血管功能障碍的机制、意义和后果是尚未完全了解的课题，普遍认为糖尿病引起的血管内皮功能障碍容易引起广泛的并发症，并对微循环产生不利影响，是冠心病的独立危险因素。糖尿病可以通过以下几个方面对心血管系统产生影响：高血糖、内皮功能障碍、胰岛素抵抗和(或)高胰岛素血症、血脂异常、炎症、活性氧、高凝和血管钙化[21]。以下从内皮功能障碍和胰岛素抵抗方面探讨Sirt6对冠心病合并糖尿病的保护作用。

6.1 Sirt6对内皮功能障碍的保护作用 相关研究已经证实，糖尿病体内高糖环境可以造成细胞内线粒体动力学改变，线粒体动力学改变是引起糖尿病状态内皮功能障碍的重要机制。而且在实验中观察到线粒体动力学的改变与线粒体ROS产生的增加和eNOS的激活障碍，以及NO生物利用度的损害有密切关系[22]，而内皮功能障碍又通过eNOS的表达减少导致NO的分泌减少。Cardus等[6]研究发现，Sirt6沉默的人脐静脉内皮细胞中Sirt6对DNA损伤的保护性作用减弱，导致表达的细胞间黏膜因子-1 mRNA水平升高，eNOS mRNA水平降低，eNOS合成减少；另一方面，Sirt6的耗尽导致eNOS表达减少，导致NO的减少，而NO是冠状动脉微血管张力内皮依赖性调节的关键因素，提示Sirt6对于eNOS的表达有重要作用，从而对维护内皮功能，对维持内皮稳态有重要的保护作用。

6.2 Sirt6与胰岛素抵抗 糖尿病患者中，胰岛素抵抗使胰岛素敏感组织对胰岛素的反应减弱。在胰岛素敏感组织中，胰岛素受体是酪氨酸激酶家族中的一员，与胰岛素样生长因子1(IGF-1)受体密切相关，胰岛素通过配体与胰岛素受体结合介导信号传导，在与配体结合后，胰岛素受体自我磷酸化，并增加胰岛素受体底物(IRS)蛋白浓度。激活的胰岛素受体与IRS蛋白和其他结合蛋白相互作用，激活包括P13K和MAP激酶(如ERK)在内的细胞内信号通路。P13K的激活导致磷酸肌酐依赖性激酶1(PDPK1)介导的激酶蛋白激酶B(AKT)的激活，AKT通过磷酸化参与自噬的蛋白和叉头转录因子(FOXO)家族成员来介导各种细胞过程，叉头转录因子家族成员可以抑制核易位和编码促凋亡信号分子的启动子的转录活性[23]。

心力衰竭作为一种胰岛素抵抗状态，导致机体代谢环境改变，通过影响心肌胰岛素信号通路来影响心肌结构和功能[24]。研究表明，Sirt6在染色体水平上发挥作用，直接衰减AKT信号，起着负性调控作用。Sirt6缺失的小鼠心脏表现为AKT相关基因和下游靶点的过度激活。在机制上，Sirt6通过与c-jun相互作用，并在Lys9位点脱乙酰组蛋白3(H3K9)，结合并抑制AKT信号相关基因的启动子。此外还发现人类心衰患者心脏中Sirt6表达减少，这些发现揭示了Sirt6与AKT信号通路的联系[17]。Sirt6与胰岛素抵抗的关系是否为临床提供新的临床治疗方案，需要进一步的研究。

7 结语与展望

综上所述，Sirt6通过其去乙酰化酶活性参与多条信号通路的调节，从而在心肌肥厚、冠心病合并糖尿病心血管损害、高血压等疾病中发挥重要作用。随着研究的深入，Sirt6的重要性越来越显现，逐渐成为sirtuin家族中重要一员。虽然在心血管水平上Sirt6的功能还存在许多未解决的问题，但是Sirt6对心血管的保护作用已经非常明确。应加强对Sirt6调控的研究，使其成为一种有价值的治疗心血管相关疾病的重要靶点。