SIRT1调控卵泡发育、延缓卵巢衰老的研究进展

向恬 马瑞红 王宝娟 夏天 李南南

SIRT1是酵母长寿基因沉默信息调节因子2(silent information regulator，Sir2)的哺乳动物同源体，其编码蛋白发挥去乙酰化作用，需要依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。SIRT1是SIRT家族成员之一，广泛存在于各种体细胞与生殖细胞中，参与细胞增殖、分化、代谢、凋亡等多种生理过程。近年来，研究发现SIRT1所介导的一些信号通路在卵泡发育及延缓卵巢衰老方面发挥着重要作用。

一、SIRT1的结构与功能

SIRT1位于10号染色体，基因全长约33 kb。SIRT1蛋白由747个氨基酸残基构成，Rossmann折叠形成的大结构域和锌指构件与螺旋结构形成的小结构域一起组成NAD+的结合位点[1]。SIRT1属于SIRT家族，SIRT家族有7个成员，分别为SIRT1～SIRT7,分布在不同的亚细胞区，在进化过程中具有高度保守的结构[2]。

近年来的研究发现,SIRT1可通过对组蛋白、相关转录因子、信号传导分子中特定的赖氨酸残基进行修饰，发挥其调节基因表达的作用，从而调控细胞能量代谢、自噬凋亡、抗氧化应激及炎症反应等过程。

SIRT1可通过调节葡萄糖、脂肪及胰岛素水平来调控能量代谢。SIRT1可去乙酰化过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1α，PGC-1α)，诱导依赖SIRT1的糖异生基因的表达，同时抑制糖酵解基因表达的活性，增强肝脏的糖异生作用[3]；SIRT1可绑定过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPAR-γ)，抑制其目标基因的转录,来减少脂肪的储存[4]；SIRT1还可直接作用于胰岛细胞，通过抑制解偶联蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)的表达来促进胰岛素的分泌，进而促进葡萄糖的吸收和利用[5]。Mousavi等[6]在对1 514名肥胖患者的28项随机对照研究发现，SIRT1激动剂白藜芦醇能显著降低肥胖患者的体重、体重指数以及腰围。Zhao等[7]在对363名2型糖尿病患者的10项随机对照研究发现，SIRT1激动剂白藜芦醇能改善2型糖尿病患者甘油三酯水平。

SIRT1可通过调控叉头转录因子(forkhead box-containing protain O,FoxO)干预细胞凋亡过程。SIRT1对细胞凋亡既有抑制作用也有促进作用。有研究者[8]认为，SIRT1可通过对肿瘤相关蛋白53(tumor associated protein 53,p53)的去乙酰化作用，抑制p53活性，抑制细胞凋亡。然而，SIRT1也被证实通过去乙酰化核因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)家族之一的RelA/p65,可抑制其转录，增强肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)促进细胞凋亡的活性[9]。这种双重调控作用，可能与SIRT1在细胞中所处位置有关。Jin等[10]研究发现，定位于细胞核的SIRT1主要通过去乙酰化p53、DNA修复因子Ku70以及FoxO家族蛋白等来抑制细胞凋亡；而位于细胞质中的SIRT1主要通过Caspase途径促进细胞凋亡。

二、SIRT1调控卵泡发育、延缓卵巢衰老的作用

原始生殖细胞[11](primordial germ cells，PGCs)从卵黄囊迁移至尿生殖嵴定植后，通过有丝分裂进行增殖并进入专门的减数分裂细胞周期，完成同源染色体联会后停滞于减数第一次分裂前期，这些静息于减数分裂前期的卵母细胞被称为原始卵母细胞，它们与紧密环绕其周围的体细胞(例如颗粒细胞)一起构成原始卵泡。而原始卵泡是女性基本的生殖单位，也是卵细胞储存的唯一形式。青春期前，原始卵母细胞一直处于第一次减数分裂前期，青春期开始后，在性激素的刺激下，一批原始卵泡被激活，但最后只有一枚优势卵泡完成排卵。因此，目前认为任何可能影响原始卵泡数及过度消耗卵泡的因素都将对卵巢的寿命产生不良后果。

在人类族群中，SIRT1广泛存在于卵巢组织中，在颗粒细胞、卵母细胞、卵泡膜细胞和黄体中均有表达[12]。

1.SIRT1可通过热量限制过程调控卵泡发育及卵巢衰老：热量限制(calorie restriction，CR)是唯一一种非基因干预，能延缓与年龄相关的生理退化方式，还能延长雌性小鼠的生育年龄[13]。Luo等[14]研究发现，在中等CR水平下，可能通过激活SIRT1信号通路，抑制大鼠原始卵泡的激活，从而维持卵泡储备，延缓卵巢衰老。在CR条件下，SIRT1及其家族SIRT6表达水平均有增加，共同参与了CR介导的调控卵泡发育的过程。Wang等[15]研究发现，在CR条件下，大鼠卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a和核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1，NRF1)蛋白的表达水平上调，而FoxO3a在卵泡发育的最初阶段起到抑制卵泡激活的作用[16]。Liu等[13]推测CR可能通过激活SIRT1-FoxO3a-NRF1-SIRT6信号通路，来抑制p53等SIRT1靶分子的活性，抑制卵泡发育和卵泡过度丢失，从而延长雌性小鼠卵巢的寿命；Liu通过实验还发现，CR和SIRT1激动剂SRT1720均可上调卵巢中SIRT1、SIRT6、FoxO3a，NRF1蛋白的表达，进一步提示了SIRT1信号通路可能在卵泡发育和延缓卵巢衰老过程中起关键性作用。此外，Cheng等[17]发现未携带SIRT1等位基因小鼠出生后幸存下来的很少。Bordone 等[18]将SIRT1 cDNA移植到小鼠中，这种转基因小鼠表现出类似CR表型，小鼠寿命延长，但卵巢中卵泡发育受到抑制，性成熟延迟。这些均提示SIRT1参与了抑制卵巢中卵泡发育和成熟的过程。

2.SIRT1可通过影响细胞自噬调控卵泡发育过程：细胞自噬是真核细胞利用溶酶体对细胞内受损的大分子蛋白或细胞器进行降解的一种程序化过程，以维持细胞内部的稳态[19]。Sun等[20]在研究自噬在原始卵泡池建立过程中的作用时发现，自噬可在原始卵泡池建立时抑制生殖细胞过度丢失。研究发现，SIRT1抑制剂可抑制细胞的自噬过程，FoxO1和FoxO3参与细胞自噬[21]，其过程需要SIRT1的去乙酰化作用。微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ)是自噬启动子[22]，FoxO1与FoxO3去乙酰化后可显著增加LC3Ⅱ的表达，促进细胞自噬[23]。SIRT1还可直接通过与自噬基因ATGs5、ATGs7、ATGs8形成复合物促进细胞自噬[24]。由此可以推断，SIRT1可能通过调控细胞自噬影响卵泡发育。

3.SIRT1抑制氧化应激延缓卵母细胞衰老：氧化应激即活性氧(ROS)的产生和抗氧化系统的平衡被破坏，可进一步诱导细胞凋亡[25]。氧化应激所导致的细胞凋亡是卵泡发育过程中卵泡闭锁、凋亡的主要途径。Zhang等[26]对MⅡ期卵母细胞使用SIRT1抑制剂烟酰胺后，发现ROS表达增加，卵母细胞纺锤体缺陷率增加、线粒体分布紊乱；而将MⅡ期卵母细胞暴露于抗氧化剂咖啡因和SIRT1激动剂白藜芦醇中时，相较于未干预的MⅡ期卵母细胞，以上两组MⅡ期卵母细胞的SIRT1 mRNA表达水平下降被延迟，卵母细胞衰老进程被延缓。综合以上实验结果表明，SIRT1可能通过减少ROS的产生，发挥潜在保护作用，防止卵母细胞老化。Ding等[27]在研究人类脂肪来源的干细胞(human adipose-derived stem cells，hADSCs)对卵巢自然衰老的影响时发现，hADSCs可通过分泌肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basic Fibroblast growth factor，bFGF)来延缓卵巢衰老。实验中生长因子(HGF和bFGF)联合处理可提高SIRT1和FoxO1的表达，下调FoxO1乙酰化水平，从而抑制ROS的产生，说明SIRT1-FoxO1通路可能是抗氧化应激的关键调控途径。

此外，SIRT1可通过介导褪黑素的作用，抑制氧化应激，改善卵母细胞衰老状态。实验证明，添加褪黑素可在很大程度上改善老化的卵母细胞质量。研究其机制发现，补充褪黑素能显著上调SIRT1和抗氧化酶MnSOD的表达，但当使用SIRT1抑制剂EX527后，褪黑素对改善卵母细胞衰老的作用消失，而当使用SIRT1激活剂SRT1720对卵母细胞进行处理后发现，排卵后的卵母细胞衰老过程明显延缓。由此可以推断褪黑素通过SIRT1信号通路抑制氧化应激,延缓排卵后卵母细胞的衰老过程[28]。

4.SIRT1抑制颗粒细胞凋亡调控卵泡发育：卵泡闭锁的潜在机制之一就是颗粒细胞凋亡[29]。Cinco等[30]在研究小鼠卵巢在体外培养条件下排卵前卵泡的代谢特点时发现，卵丘细胞和颗粒细胞主要产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)，而卵母细胞却主要消耗NADH。通过卵泡代谢可侧面反映出卵泡发育受到颗粒细胞功能的影响。颗粒细胞凋亡是由线粒体机制介导的，Han等[12]实验发现，与卵巢低反应(poor ovarian response，POR)患者相比，正常女性和多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)患者的颗粒细胞中的凋亡抑制因子B细胞淋巴瘤-2(b-cell lymphoma-2，Bcl-2)和p-细胞外调节激酶1/2(p-Extracellular signal-regulated kinase 1/2，p-ERK1/2)的量升高，使得caspase-3的早期分裂受到抑制。而SIRT1 siRNA转染增加了caspase-3的活化，减少了Bcl-2含量，抑制了ERK1/2的磷酸化，因此，SIRT1可能通过激活ERK1/2信号通路抑制颗粒细胞的凋亡，从而抑制卵泡闭锁。然而，赵芳等[31]研究发现，过表达的SIRT1可促进猪卵巢中颗粒细胞的凋亡。

p53基因是重要的抑癌基因，其编码蛋白可以促进细胞凋亡。p53在闭锁卵泡的颗粒细胞中表达增加提示其在促进卵泡闭锁的过程中发挥着作用[32]，而抑制p53表达可减少颗粒细胞凋亡及卵泡闭锁[33]。Xiang等[34]研究发现，内源性SIRT1可下调p53的表达，维持卵巢储备。

三、展望

SIRT1的功能复杂，能与多种信号传导分子相互作用，参与糖代谢、胰岛素分泌、神经保护及细胞衰老凋亡等过程。SIRT1信号通路既能通过促进细胞自噬抑制原始卵泡池建立时生殖细胞的过度丢失[20]，又可减少卵泡凋亡，增加卵巢储备，延长卵巢寿命[35]。因此，在进行相关研究时，应该关注SIRT1的表达，并进一步探索其机制作用。