Sestrin2在脓毒症中的作用研究进展*

宋雅琴， 祝 伟

华中科技大学同济医学院附属同济医院急诊内科，武汉 430030

脓毒症(sepsis)是由感染或创伤等诱发的全身炎症反应综合征(systemic inflammationn response syndrome，SIRS)，严重者可引起多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，甚至导致死亡。研究显示，脓毒症患者病死率约为10%，而脓毒症休克患者的病死率可高达40%[1]。近年来，脓毒症已逐渐成为重症监护病房患者死亡的主要原因之一[2]。因此，进一步深入探讨脓毒症发生发展的病理生理机制，并积极寻找针对性措施阻止病情的进一步发展变得越来越重要。Sestrin2作为一种应激诱导蛋白，可通过调节氧化应激、炎症反应、自噬、内质网应激和代谢稳态等多种途径发挥对机体的保护作用[3]。近期研究发现，Sestrin2在脓毒症中也能发挥类似的保护作用[4-5]。本文就Sestrin2在脓毒症中作用的相关研究进展进行综述。

1 Sestrin2的生物学特征

Sestrins家族是一类高度保守的应激诱导蛋白，具有多种生物学功能。Sestrins家族有3种亚型，包括Sestrin1(PA26)、Sestrin2(Hi95)和Sestrin3，其相对分子量在52～57 kD之间。大多数哺乳动物体内存在3种亚型，而无脊椎动物只包含其中1种亚型[6]。目前针对Sestrins家族的研究主要集中在Sestrin2。研究证实Sestrin2可通过调节细胞自噬、氧化应激、内质网应激和炎症反应等方式在维持机体代谢平衡和延缓衰老方面发挥重要作用[7-9]。Budanov等[6]观察人胶质母细胞瘤A172细胞在正常和缺氧条件下的基因表达谱变化，结果发现了一种在缺氧条件下表达量明显上调的基因(Hi95)，该基因所编码的蛋白正是Sestrin2。人类Sestrin2具有2个伪对称的球状晶体结构，它们虽有相似的结构，却有不同的功能[10]。N末端上的螺旋-转-螺旋结构有氧化还原酶活性，具有减少烷基过氧化氢自由基的作用，因此可以通过细胞自噬清除受损细胞器而发挥保护细胞的功能。既往研究发现Sestrin2的表达受P53调控[11-12]，进一步研究发现核转录因子红细胞系相关因子2(nuclear factor e2-related factor 2，Nrf2)和缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)等也可调控Sestrin2的表达[13-15]。Sestrin2表达上调可通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1)发挥抗氧化应激的作用，这对于维持细胞代谢稳态至关重要，而Sestrin2表达下调将会导致各种细胞代谢性疾病的进一步发展[16]。因此，深入探索Sestrin2在疾病中发挥保护作用的机制至关重要。

2 Sestrin2在脓毒症中的作用

尽管目前脓毒症的治疗措施越来越多，但脓毒症的病死率仍然居高不下。因此，从脓毒症的病理生理机制出发积极寻找新的治疗靶点成为脓毒症治疗的关键手段之一。Kim等[17]在脓毒症小鼠模型中发现：Sestrin2-/-小鼠的病死率和器官功能损伤显著高于Sestrin2+/+小鼠，同时，Sestrin2-/-小鼠血清中白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)和IL-18水平也显著高于Sestrin2+/+小鼠。为了进一步证实Sestrin2在脓毒症休克中的作用，他们将人腺病毒编码Sestrin2(ad-Sestrin2)静脉注入Sestrin2-/-脓毒症小鼠，结果发现血清IL-1β和IL-18水平显著下降，生存率显著提高。同时，研究发现脓毒症患者体内Sestrin2水平在病情加重时均会表达上调而发挥保护作用[4]。上述相关研究提示Sestrin2有望成为脓毒症治疗的新方向。

3 Sestrin2在脓毒症中的作用机制

3.1 抑制炎症细胞因子释放

巨噬细胞是机体天然免疫的固有成分之一，在机体的炎症反应中发挥关键作用。研究证实了Sestrin2在体内外可调节M1型和M2型巨噬细胞的活性，以达到调节机体炎症反应的作用[18]。Yang等[18]在小鼠心肌梗死模型中证实了Sestrin2在抑制炎症细胞因子释放的同时，可增加促损伤修复因子的释放增加，而发挥抑制炎症反应和促进损伤修复的双重作用，进一步研究证实了Sestrin2的抗炎作用是通过抑制mTORC1信号通路实现的。

在脓毒症时，机体在脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的刺激下释放大量炎症细胞因子，从而诱发炎症细胞因子“瀑布样”激活介导组织损伤。Yang等[19]发现RAW264.7细胞中Sestrin2的表达能够明显减少LPS诱导的一氧化氮(nitric oxide，NO)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表达以及肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-6和IL-1β的分泌，进一步研究发现，Sestrin2的这种调控作用是通过抑制Jun氨基末端激酶(jun n-terminal kinase，JNK)或P38途径介导的c-Jun磷酸化进而抑制Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)信号通路实现的。Hwang等[20]通过siRNA降低人脐静脉细胞中Sestrin2的表达，发现LPS诱导的炎症因子分泌显著增加，当其使用核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)磷酸化抑制剂或AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)激动剂后，炎症因子的释放显著减少，表明Sestrin2可通过NF-κB和AMPK途径影响炎症细胞因子的释放。

3.2 促进线粒体自噬

自噬是细胞维持稳态的过程，通过溶酶体降解异常的细胞器、蛋白和细胞内可溶性大分子物质以维持细胞的正常功能。Aguirre等[21]通过LPS刺激野生型和自噬缺陷型小鼠，结果发现自噬在脓毒症中发挥重要的保护作用。Takahashi等[22]在针对脓毒症小鼠的研究中发现：使用自噬激动剂可降低脓毒症小鼠的病死率，而自噬抑制剂却可导致病死率显著增加。线粒体自噬是一种选择性的细胞自噬过程，对于维持机体内环境稳态平衡至关重要。越来越多的研究显示线粒体自噬异常将会导致多种疾病发生[23-25]。在脓毒症时，抑制线粒体自噬将导致线粒体损伤，产生大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)介导Nod样受体蛋白3(Nod-like receptor protein 3，NLRP3)活化，促进炎症反应和组织损伤[26]。Sestrin2与线粒体自噬关系密切。Quan等[27]研究发现伴随着小鼠年龄的增加，心肌细胞中Sestrin2的蛋白水平逐渐下降，AMPK活化水平减退，表现出对缺血高度敏感和更大面积的心肌梗死。而心肌细胞中过表达Sestrin2可以通过激活AMPK增加线粒体自噬的活性，以提高心脏对缺氧的耐受性。Kim等[4]发现Sestrin2-/-脓毒症小鼠的病死率显著增加，其原因与线粒体自噬异常导致的NLRP3炎性小体过度活化有关，同时研究发现Sestrin2促进线粒体自噬的作用与SQSTM1(sequestosome 1)和UNC-51样激酶1(unc-51 like kinase1，ULK1)有关。

4 Sestrin2的诱导因素

4.1 氧化应激

氧化应激(oxidative stress)是机体内外环境受某种刺激后发生的ROS、活性氮产生过多或清除过少，导致氧化与抗氧化之间平衡失调而产生的病理生理反应。研究表明脓毒症患者的抗氧化系统存在缺陷[28-29]，氧化应激可能是脓毒症的重要病理生理环节和潜在治疗靶点。研究发现应激改变线粒体中电子传递并促进ROS的释放[30-31]。Seo等[32]在小鼠葡萄糖剥夺实验中发现，与未禁食小鼠相比，禁食小鼠中原代肝细胞Sestrin2表达明显增加，与此同时，HepG2细胞在无葡萄糖培养液中孵育后Sestrin2 mRNA和蛋白质表达水平明显增加。抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(n-acetylcysteine，NAC)处理细胞后可显著抑制葡萄糖剥夺对Sestrin2的诱导，证实了ROS可诱导Sestrin2的表达增加[32]。此外，在葡萄糖剥夺的情况下，过表达Sestrin2的细胞中ROS的产生和细胞凋亡被抑制，线粒体膜电位、ADP/ATP比值及线粒体DNA含量得到了显著恢复[32]，从而对细胞发挥保护作用。

研究发现果蝇受到应激时，ROS积累引起c-Jun氨基末端激酶和转录因子叉头框O(forkhead box o3，FoxO)的激活，导致mTOR表达增加，Sestrin2在高水平mTOR的诱导下表达增加，同时可抑制mTOR的活化。Sestrin2通过抑制mTOR信号诱导自噬，从而有效清除应激时产生的ROS以发挥保护细胞的作用[33]。Nrf2是细胞抗氧化应激的关键性转录因子[34-35]。Shin等[35]发现Nrf-2在Sestrin2的诱导中发挥着关键作用，同时，t-BHQ和SFN，作为Nrf-2的激动剂，能够上调Sestrin2的表达。此外，Nrf2的抑制因子Kelch样ECH相关蛋白1(Kelch-like ech-associated protein 1，Keap1)在Sestrin2诱导中亦发挥重要作用[36]。研究表明在经历饥饿、高碳水化合物处理后的小鼠肝脏中Sestrin2的表达被诱导，从而促进Keap1的降解和Nrf2的活化，增加硫氧还蛋白(sulfiredoxin，srx)的表达，使肝脏细胞免受氧化应激损害[36]。因此，Sestrin2可能对氧化应激具有重要的负反馈调节作用。

4.2 缺氧

脓毒症患者往往因组织血液灌注不足导致缺氧(hypoxia)，而组织缺氧是器官衰竭和死亡的主要原因。缺氧是诱导Sestrin2的主要因素之一，事实上Sestrin2最早是在人类神经母细胞瘤中由缺氧激活而分离出的基因[6]。Shi等[14]发现在颈总动脉结扎造成的新生小鼠中度与重度缺血缺氧(hypoxic ischemic，HI)损伤模型中，重度HI损伤导致Sestrin2表达明显升高，但中度HI虽略有增加但无统计学差异，提示缺氧严重程度可能与Sestrin2激活水平呈正相关。同时，Sestrin2激活是一种保护性反应，外源性Sestrin2可减轻脑梗塞和脑水肿，并改善血脑屏障的完整性。HIF-1α可能是缺氧与Sestrin2激活之间的重要中介分子[37]。但也有研究发现在某些类型细胞，如人胶质母细胞瘤细胞和人肺癌细胞等，Sestrin2的诱导并不依赖于HIF-1α途径[14]。目前研究尚未涉及脓毒症中HIF-1α与Sestrin2之间的关系，这可能是未来一个重要的研究方向。

4.3 内质网应激

内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是细胞受到缺氧和氧化应激等刺激的一种保护性反应，主要表现为内质网腔内折叠错误与未折叠蛋白质聚集以及钙离子平衡紊乱。在脓毒症大鼠模型中ERS相关标记蛋白表达量升高，与心肌细胞过度凋亡相关[38-39]。研究发现Sestrin2基因缺陷的脓毒症小鼠模型死亡率增加，ERS程度加重以及树突细胞(dendritic cell，DC)凋亡明显增加。细胞实验[40]中DC在经高迁移率族box-1蛋白(high-mobility group box 1，HMGB1)刺激后Sestrin2表达增加，当用siRNA沉默Sestrin2表达时DC的凋亡明显增加，内质网应激加剧，而Sestrin2的过表达显著抑制了细胞的凋亡。因此,Sestrin2可能是脓毒症中ERS与细胞凋亡间的重要负调控因子。

触发内质网应激有3种关键酶：蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase r-like ER kinase，PERK)、肌醇激酶1(inositol requiring enzyme l，IRE1)和活化转录因子6(activating transcription factor 6，ATF6)。研究发现在内质网应激条件下，Sestrin2表达可上调，但其确切机制并不清楚[41-42]。Kim等[43]使用蛋氨酸/胆碱(methionine/choline-deficient，MCD)缺乏的饮食诱导肝脏脂肪变性，发现CO通过增强线粒体ROS产生从而诱导Sestrin2上调，其途径为依赖于PERK和真核起始因子-2a(Eif-2a)/激活转录因子-4(activating transcription factor 4，ATF-4)。Park等[44]证实内质网应激激活的转录因子CCAAT增强子结合蛋白β(c/EBPBβ)诱导了Sestrin2表达，并通过抑制mTORC1依赖性蛋白转录来维持肝脏的内质网稳态。与此同时，有研究证明了在PERK和X盒连接蛋白1(X-box binding protein 1，XBP1)缺陷的小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts，MEF)中，当发生内质网应激时，Sestrin2表达显著减少，表明Sestrin2上调需要IRE1/XBP1和PERK介导信号传导[42]。

5 小结

脓毒症是宿主对感染反应失调导致的威胁生命的器官功能障碍，其病理生理机制极为复杂。尽管目前医疗技术和生命支持设备取得了重大进步，但脓毒症患者的病死率仍居高不下。Sestrin2是一种应激诱导蛋白，具有多种生物学作用。在脓毒症时，氧化应激、缺氧以及内质网应激等均可上调Sestrin2的表达从而发挥内源性保护作用。因此根据脓毒症的病理生理机制以及Sestrin2生物学作用，并且结合多种研究结果，促进Sestrin2上调可作为脓毒症治疗的新方向，而相关机制也需要进一步研究证实。