SIRT1在老年性耳聋中的作用研究进展

黄孟思 刘颖 肖玉丽

老年性耳聋（age-related hearing loss，AHL）是由于衰老而引起的听觉障碍，当老化过程累及听觉系统，出现听力减退，言语分辨失真时即表现AHL，因此AHL也是全身组织器官衰老表现之一。AHL是指双耳对称性、缓慢进行性的听力下降，早期以高频损失为主逐渐发展到全频，纯音听阈以缓降型为主，严重的AHL可造成交流障碍，甚至导致老年心理和精神疾病。2007年于丽玫等[1]对第二次全国残疾人抽样调查数据分析推算出全国听力障碍者共有2045.41万，其中AHL有136.49万，占66.87%。2019年根据WHO公布的调查数据显示，全球致残性听力损失已有4.66亿，65岁以上人口残疾性听力损失达2.18亿[2]，我国65岁以上老年听力残疾人口数量已达到了4917万。AHL不仅影响了患者本身的生活质量，使其变得孤立、抑郁，降低患者老年生活的幸福指数，还会给社会造成沉重的经济负担。衰老过程介导的各种机理是导致AHL的重要原因，其中包括氧化应激损伤、炎性衰老、线粒体损伤等。SIRT1近年在老年性疾病的研究中成为热点。沉默信息调节因子相关酶1（silent mating type information regulation 2 homdog 1，SIRT 1)在AHL中的表现也多有研究，它的抗衰老机制在延缓AHL发生发展过程中发挥重要作用。本文对SIRT1在老年性聋中的作用研究进展做一综述。

1 SIRT1概述

SIRT1属sirtuin蛋白家族成员，存在于哺乳动物，是酵母染色质沉默子SIR2的同源体，是具有NAD+依赖性的组蛋白酰基转移酶[3]，其从细菌到人类广泛分布，在其进化过程中具有高度保守的特性，SIRT1通过乙酰化及去乙酰化不同的非组蛋白及组蛋白，以及调节转录因子P53、FOXO和KU70的活性来抑制细胞凋亡、参与DNA损伤修复、细胞凋亡及衰老调控，并且在抵抗氧化应激、参与能量限制等方面也发挥了重要作用，目前有研究显示调节SIRT1可以影响前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌细胞的侵袭能力[4～6]，SIRT1还具有神经保护的作用，大量研究证实SIRT1在减缓神经退行性疾病（阿尔兹海默病[7]、帕金森症[8]、亨廷顿氏病[9]等）的发生发展过程中发挥重要作用，SIRT1还被证实与年龄相关性疾病，如糖尿病、心脑血管疾病等密切相关，因此SIRT1也被称为长寿基因。庞嘉琪等[10]利用健康的C57BL/6小鼠（分为老年组和青年组）通过对其组织、细胞及分子水平的研究测定出sirt1mRNA在青年组及老年组小鼠耳蜗中均有表达，主要表达在内毛细胞、外毛细胞、支持细胞血管纹细胞和螺旋神经细胞，且随着年龄的增长在老年组的表达低于青年组，因此认为SIRT1可能参与耳蜗的年龄相关性病理改变及AHL的发生。

2 老年性耳聋发病机制的相关研究

目前认为老年化的膜假说，即线粒体生物钟假说是AHL的发病基础。衰老的过程主要源于氧自由基对细胞及组织的损害，自由基是指最外层电子轨道上具有未配对价电子的原子、原子团和分子，常见的氧自由基有超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH-），这些都是氧分子的不完全还原代谢产物，也称活性氧。它们对生物大分子具有很强的损伤作用，可直接损伤细胞膜，使胞膜磷脂结构内多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化，降解DNA分子的碱基，破坏氢键，影响核酸主链的形成，还能破坏蛋白质、粘多糖、胶原和弹性纤维的结构，从而对机体的细胞、组织和结构造成损伤。在正常健康人体内，自由基的产生与超氧歧化酶、过氧化氢酶等内源性防御机制对自由基的清除，始终维持着动态平衡，只有当体内的氧自由基生成增加或清除系统功能下降时，自由基才会在体内蓄积，造成组织细胞的损伤。随着年龄增长，耳蜗的血流量减少，耳蜗螺旋韧带中的毛细血管逐渐减少，血管纹萎缩，且其基底转毛细血管血流量减少，而血流量及红细胞的脆性被证实与高频听力损失有关；Hara等[11]通过检测短暂窒息豚鼠（即耳蜗缺氧）耳蜗外淋巴液中的2，3 DHBA及2，5 DHBA(机体内OH-作用水杨酸时的产物)，得出耳蜗缺血缺氧时可以导致大量氧自由基产生。Clerici等[12]在离体耳蜗外毛细胞实验中发现O2-与OH-可引起耳蜗外毛细胞突触前膜的数量增加而外毛细胞的平均长度缩小，且二者变化与H2O2的浓度密切相关，这一变化也意味着核膜磷脂的过氧化作用，从而证实活性氧对耳蜗外毛细胞具有损伤作用，进而影响了耳蜗的功能；氧自由基也可损伤线粒体及线粒体DNA，导致线粒体DNA丢失，使得在编码蛋白质亚单位的呼吸酶产生的增多，进一步加重了线粒体DNA的氧化损伤，这一恶性循环使细胞不能正常进行氧化磷酸化，从而使三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）产生减少。哺乳动物的耳蜗组织对缺血缺氧非常的敏感，耳蜗仅需缺氧8秒，其复合动作电位、耳蜗内电位即消失，而耳蜗组织很少或几乎没有细胞更新，所以随着年龄的增长，又可以积累大量的线粒体DNA的损伤，最终导致AHL的发生。

在延缓衰老的研究中，热量限制（calorie restriction，CR）是唯一经过广泛科学实验验证的有效延缓衰老的方法，而目前唯一被证实可延缓AHL的方法就是CR[13]。典型的CR饮食特征为摄入量是随意饮食的60%～70%，提供充足的维生素和矿物质等必须营养素，但总热量在实际热量之下，CR动物在经历了开始的急性强制期和随后的适应期后，其生理变化形成稳定状态：较低体温，较低血糖和胰岛素水平以及脂肪和体温降低[14]，并且CR动物有更强的应激耐受能力，包括热应激和氧化应激。自从1935年McCay发现减少食物的供给能显著延长大鼠的寿命以来，已经在多种生物，如线虫、果蝇、猕猴、酵母等证明CR的抗衰老作用，最常可以延长50%的寿命，而CR的作用机制就是改善代谢特性，增加胰岛素的敏感性，增强抗氧化的能力，很多报道已经表明在哺乳动物中CR能减轻与衰老相关的肥胖、胰岛素抵抗、高血压及动脉粥样硬化等症状，从而减少高血糖、高血脂、高血压及氧自由基对于机体器官及组织的损伤[15，16]。另研究显示CR的代谢变化与禁食相似，禁食时体内的SIRT1蛋白水平提高，故CR状态下体内的SIRT1大幅增加，而CR状态下SIRT1通过对转录因子P53、FOXO3a和KU70等的蛋白的去乙酰化作用而抑制细胞凋亡，从而延缓机体器官的衰老进程，还通过对PGC-1α、PPARγ、UCP-2等的调控，稳定了机体的血糖和血脂水平，从而减小了高血糖、高血脂对机体器官的损伤[17]。

3 老年性聋与其他疾病的相关研究

AHL与全身疾病密切相关。既往认为糖尿病会引起耳蜗广泛的血管损伤导致神经病变，ABR结果也显示病变不仅局限于耳蜗，也可影响听觉脑干通路，致使冲动传递延迟。王建等[18]调查研究也显示，糖尿病老人的听力障碍重于健康老年人，故认为在生理上听觉器官老化的基础上糖尿病的血管病变加重了听觉器官老化的程度，目前也认为长期高血糖还会导致内皮快速老化，抗氧化能力减弱，诱发活性氧产生，所以糖尿病是致聋的病因也是加重AHL的因素。美国最新的研究显示，与无心血管疾病者相比，有心血管疾病史的中老年人发生耳蜗功能障碍的几率高54%，提示AHL与心血管疾病有关[19]，以高血脂为例，其导致内耳损伤的机理一般认为是血脂增高使脂代谢异常，形成微血栓，进而缺氧引起活性氧增多，造成内耳细胞、生物膜及亚细胞结构损伤，从而导致毛细胞功能障碍引起耳聋。王利文等[20]提示排除其他因素的干扰，患有高血脂、高血压、冠心病等心血管疾病的患者更易发生AHL。在人体衰老的过程中，中枢神经会发生萎缩，耳蜗基底部的柯蒂氏器及支配基底膜的耳蜗神经也会萎缩，导致AHL发生。衰老退化时机体代谢发生障碍，不能充分提供听觉器官所需要的ATP而致内耳感受器萎缩变形，最终导致耳聋[21]。

4 SIRT1介导与AHL相关的抗衰老机制

SIRT1是近年来最热门的抗衰老基因研究之一，SIRT1在氧化应激中具有保护作用。机体的活性氧主要在线粒体中生成，激活SIRT1可以诱导线粒体的生物合成，保护线粒体功能[22]。

哺乳动物FOXOs属O类叉头转录超级家族，其亚型种类繁多，在各种生理过程中起重要作用，研究显示FOXO既可以参与氧化应激的调节，提高机体抗氧化应激能力而延长寿命，也可以诱导包括细胞周期抑制因子P27、P21，促凋亡因子bim，生长抑制及DNA损伤诱导基因GADD-45等在内的多种基因的转录，从而引起促凋亡因子的激活，导致细胞死亡。SIRT1主要通过去乙酰化作用来调节FOXOs而发挥作用，作为转录因子FOXOs必须与DNA结合才能激活或者抑制目标基因的表达，SIRT1可以通过控制FOXOs转录因子的核穿梭调节其转录活性，相关研究显示SIRT1既可以激活FOXOs转录活性，发挥抵抗氧化应激，也可以抑制FOXOs参与凋亡的基因转录活性，从而保护细胞免受凋亡[23]。此外当胰腺β细胞中H2O2诱导出现氧化应激时，SIRT1通过去乙酰化作用使FOXO1在细胞核表达升高，激活转录因子NeuroD和MafA以对抗氧化应激，保护胰腺β细胞分泌功能及促进其存活[24]，从而稳定了机体的血糖水平。SIRTI还可以通过调节FOXOs转录因子，提高两种重要的抗氧化酶MnSOD和过氧化氢酶在体内的表达，清除体内多余的活性氧，降低氧化应激水平[25]，氧化应激时FOXOs因子向细胞核内转移，与SIRT1相互作用而去乙酰化，使其与DNA结合活性增强而高表达，这与MnSOD和过氧化氢酶的mRNA和蛋白的表达上调密切相关[26]。此外，FOXOs也可以调节SIRT1的转录[26]，FOXO1可与SIRT1启动子的结合元件相结合而激活SIRT1启动子的活性，从而上调SIRT1的蛋白质和mRNA的表达水平，在氧化应激及衰老相关疾病中发挥重要作用。

P53是肿瘤抑制因子，与细胞凋亡和肿瘤的发生发展密切相关，它需要转录后修饰包括磷酸化和乙酰化而激活，这些修饰在各种应激情况中出现，氧化应激时P53核转移增加，DNA结合能力和转录活性增强，导致细胞周期停止或凋亡。SIRT1通过去乙酰化P53抑制其活性，从而阻止氧化应激诱导的细胞凋亡[27]。此外在营养剥夺的细胞中，P53还可以和FOXO3a相互作用，形成复合物，促进P53的两个结合位点与SIRT1启动子结合，刺激SIRT1的表达，抑制细胞凋亡。

过氧化物酶体增殖物激活受体-α(peroxisome proliferator activated receptor-α，PPAR-α)能减少NADPH氧化酶所引起的氧自由基产物，PGC-1α是PPAR-α的共激活因子，其可以增加线粒体DNA和上调包括谷胱甘肽过氧化物酶（GPx1）、MnSOD等在内的抗氧化酶水平。Brunet等[28]发现SIRT1通过降低PGC-1α的乙酰化水平从而激活PPAR-α，下调NADPH氧化酶亚单位的表达，从而使血管氧自由基减少，抵抗氧化应激。SIRT1通过去乙酰化PGC-1α，激活并诱导其表达，促进线粒体生物合成，提高体内抗氧化酶的水平，维持细胞氧化还原稳态。

细胞核因子-κB(nuclear factor kappa B，NFκB)是炎症调节的关键蛋白，在急性炎症期，由于细胞吞噬功能较活跃，机体需消耗的ATP大大增加，线粒体会产生多余的活性氧，从而对机体产生损伤。而超过正常生理需要的活性氧会进一步激活NF-κB诱导促炎因子的表达，加重炎症反应，SIRT1可以下调NF-κB抑制其它促炎因子的表达，发挥抗炎作用[29].SIRT1还可以通过去乙酰化NF-κB的亚单位P65抑制其信号通路，使NF-κB与抑制剂IκBα结合，降低其活性，减少炎症反应及氧化应激[30]。因此，SIRT1抵抗氧化应激反应机制在减少活性氧对耳蜗损伤及延缓AHL发展方面发挥重要作用。

5 SIRT1在其他全身疾病中的研究

SIRT1可调控与血脂、血糖密切相关的因素，从而稳定机体的血糖和血脂，降低糖尿病及高脂血症的发生几率，还可以降低糖尿病及高血脂对机体器官的损伤。过氧化物酶增殖物激活受体γ（PPARγ）是调节脂肪形成最主要的转录因子之一，它可诱导脂肪酸结合ap2的表达[31]。有研究发现SIRT1可直接结合于PPARγ阴性的协同因子2NCOR和SMPT上，在脂肪特异性基因的启动子处与PPARγDNA的结合位点相联合，从而促进脂肪动员，减少脂肪的生成[32]，减少细胞的脂质过氧化的损伤，在一定程度上延缓了衰老的发生；解偶联蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）是存在于线粒体内膜上的重转运蛋白，通过向线粒体基质漏泄质子，消除了线粒体内膜的电化学梯度，使线粒体呼吸作用中的氧化磷酸化解偶联，导致产生热能而非ATP，在β细胞中，UCP2可以使葡萄糖刺激后的胰岛素分泌功能受损，而SIRT1可以结合其启动子区从而抑制UCP2的转录活性，实现对胰岛β细胞功能的调节[33]，增加胰岛素的敏感性，稳定集体的血糖水平，抑制高血糖对机体的损害。SIRT1还被证实具有神经保护作用，可以延缓神经退行性病变的发生。NAD的限速酶尼克酰胺磷酸核糖转移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT)对脑缺血损伤具有保护作用，NAMPT的这种保护效应依赖于SIRT1[34]。白藜芦醇或SIRT1通过激活α-分泌酶抑制Aβ（β样淀粉样蛋白，Aβ沉积形成的斑块是AD的主要病理特征）的生成。因此，SIRT1通过增强α-分泌酶介导的途径减少Aβ的生成或者拮抗Aβ，从而有效预防阿尔兹海默病（alzheimer's disease，AD）的发生[7]。由α-synuclein蛋白组成的路易氏小体是帕金森氏病（parkinson's disease，PD）的主要病理特点，在离体PD模型中发现，过表达SIRT1或给予白藜芦醇激活SIRT1，均可促进α-synuclein蛋白降解，减缓神经变性，证实SIRT1对PD的神经保护作用[8]。另外，SIRT1通过使TORC1（transducer of regulated CREB activity 1）去乙酰化，促进CREB、PGC-1α、FOX03等的转录，从而发挥神经保护作用，抑制HTT突变引起的神经元死亡，从而改善亨廷顿氏病（huntington's disease，HD）患者的行为障碍，并减轻其认知损伤[9]；另外SIRT1在对心血管疾病的保护中也发挥了重要作用[35]，SIRT通过对P53、Ku70和FOXOs等转录因子的去乙酰化作用阻断凋亡反应的下游通路从而减少心肌细胞的凋亡，起到保护心肌的作用，SIRT1通过FOXO1及其下游Rab7的调节，增强心肌细胞自噬清洁功能，SIRT1通过调节不同的信号通路还能够抑制心脏重塑、抵抗心血管氧化应激、减轻心血管炎症反应，SIRT1在保护心脏功能的同时也减轻了心血管疾病对全身组织、器官的危害。

6 总结

大量的临床和实验研究直接或间接证明了SIRT1在老年性聋的病程进展中扮演重要的角色，发挥了重要作用。近年来对SIRT1的大量研究表明SIRT1可能作为治疗AHL的药物的新靶点，通过明确SIRT1在听觉器官中的分布、表达及其参与的信号通路、作用底物，可以在明确其复杂作用机理的同时有望研发出AHL的特效治疗药物。

但是在机体复杂的内环境中，SIRT1的其他调节机制以及对AHL产生的效果方面仍有许多问题尚待解决。已知SIRT1主要定位于细胞核，但有研究发现SIRT1有两个核定位区和两个核输出信号区[36]。因此，SIRT1在不同的状态下可以定位于细胞质或者细胞核，从而表现出不同的生物活性，现有明确的研究表示。SIRT1在肺癌中的作用具有两面性[37]，SIRT1通过不同的信号通路既可以促进又可以抑制肺癌的生长，SIRT1这一双面性的作用在AHL中是否也会表达尚未有明确的研究加以证明。有研究显示，SIRT1还可以通过增强P19ARF/P53信号通路的活性，缩短哺乳动物的寿命[38]，这种促进机体衰老死亡的过程是否会加速AHL的发生及发生机制还不明确。目前用于临床的SIRT1激动剂有多种，如白藜芦醇、SRT1720等，有研究证明它们各自在抗动脉硬化、降血压、降血脂、保护缺血性心脏病[39]及脑出血的神经保护方面有明确的作用效果，能否延缓AHL的发生及其治疗效果仍缺乏专业的评估及临床试验研究。

综上所述，SIRT1在AHL中发挥着不可否认的重要作用，通过干预以上调节机制并进一步深入探索SIRT1调控AHL过程的特异性途径，相信SIRT1会为AHL患者带来曙光。