SIRT1在脑卒中介导的不同信号通路及其作用研究进展

董珊珊， 李明月综述， 邹 伟审校

脑卒中是世界范围内致残和致死的主要原因之一，包括出血性脑卒中和缺血性脑卒中。脑卒中后的病理级联反应是加重神经元损伤和神经功能损害的主要原因，也是脑卒中治疗的突破靶点[1]。沉默信息调节因子2相关酶1(silent information regulator factor 2 related enzyme 1，SIRT1)是一种具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖性的Ⅲ类组蛋白脱乙酰基酶，它参与神经元的命运决定[2]。研究表明，SIRT1通过脱乙酰化并抑制多种信号通路中的蛋白质底物调节氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、细胞周期和自噬,对脑卒中后脑损伤具有保护作用[3～7]。当前研究阶段，通过各种中药、中药复方调节控制SIRT1水平以期发挥脑保护作用，是脑卒中研究热点。因此，本文以SIRT1为眼点，就SIRT1对脑卒中保护作用分子机制进行阐述，并总结当前研究阶段，SIRT1激活剂和抑制剂在实验性脑卒中治疗中的应用，以期为临床脑卒中防治提供参考。

1 SIRT1概述

SIRT1属于Sirtuins家族(SIRT1-7)，是沉默信息调节因子2(Sir2)直向同源物，在序列和酶活性方面与Sir2最为接近。人类SIRT1基因位于第10号染色体，其编码的蛋白质催化核心结构域脱乙酰酶活性较弱，两侧的-NH2和-COOH分子可以极大地增强核心结构域的催化效率和SIRT1蛋白的脱乙酰基酶活性[8]。SIRT1基因在脑内主要表达于代谢相关脑区的神经元内，在细胞核和细胞质均有分布，但主要通过核SIRT1发挥脱乙酰化作用。

SIRT1的脱乙酰化作用体现在两方面：一方面，SIRT1使组蛋白脱乙酰化，包括H3-K9、H4-K16和H1-K26，导致DNA卷曲和转录沉默[4]；另一方面，SIRT1使非组蛋白脱乙酰化，包括转录因子和DNA修复。如肿瘤抑制因子p53、核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)、叉头盒转录因子O类(forkhead box transcription factor O，FOXO)和过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1α(peroxisome-proliferator-activated receptor co-activator-1α，PGC-1α)，调节氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、细胞周期和自噬[4～7]。

2 SIRT1在脑卒中介导的不同信号通路

SIRT1通过催化一些非组蛋白底物脱乙酰化调控基因表达，参与卒中后的脑损伤恢复。这些蛋白质底物包括NF-κB、PGC-1α、FOXO、核因子E2相关因子2(Nrf2)和p53等。

2.1 SIRT1/NF-κB 二聚体转录因子NF-κB是炎症反应的主要开关，其最常见的形式是p65/p50异二聚体，并且也是NF-κB依赖性应激反应的主要介体。SIRT1直接作用于NF-κB的p65亚基，通过使NF-κB p65蛋白的赖氨酸残基310处脱乙酰化而发挥作用。NF-κBp65的乙酰化可以增加NF-κB复合物的转录活性，因此SIRT1通过使NF-κB p65脱乙酰化，抑制NF-κB通路介导的下游基因转录，如TNF-α、IL-6、IL-1β和其他的炎症因子等，从而调节炎症反应，促进大鼠脑缺血再灌注(cerebral ischemia reperfusion,CIR)后神经细胞存活[9]。脑出血(intracranial hemorrhage，ICH)和蛛网膜下腔出血(subarachnoid Hemorrhage，SAH)后SIRT1在神经元内表达降低，上调SIRT1水平伴随着乙酰化p65及促炎症因子IL-1β、TNF-α的表达下调[10,11]。此外，NF-κB也参与细胞凋亡的调控，SIRT1通过NF-κB调节凋亡相关基因的表达，从而调控细胞凋亡，如B细胞淋巴瘤-2(BCL-2)家族[11]。此外，也有研究发现，SIRT1/NF-κB通路还参与血管平滑肌细胞表型调节，SAH后SIRT1表达下调，通过白藜芦醇激活SIRT1能显著促进血管平滑肌细胞收缩表型表达，改善神经功能，减轻脑水肿[12]。尽管SIRT1可以通过降低NF-κB的乙酰化水平来减少细胞凋亡、促进血管平滑肌细胞收缩，但SIRT1/NF-κB通路主要是通过炎症反应参与脑卒中后的脑组织损伤过程。

2.2 SIRT1/PGC-1α 线粒体是细胞死亡的重要调节器，线粒体紊乱会促进活性氧(ROS)的产生，加重氧化应激损伤。PGC-1α作为调节线粒体功能和维持线粒体稳态的主要转录共激活因子，通过与特定的转录因子相互作用影响线粒体生物发生和活性氧防御系统。研究显示，SIRT1过表达会激活PGC-1α转录，降低ROS水平，诱导细胞中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的表达,增强SAH大鼠脑组织的抗氧化能力[13]。氧-糖剥夺/再灌注(OGD/R)处理可导致永生化海马神经元细胞系(HT22)SOD活性和SIRT1、PGC-1α、Bcl-2蛋白表达降低，丙二醛(MDA)和ROS含量增加，降低细胞的抗氧化和抗凋亡能力[14]。因此当急性脑损伤直接作用于SIRT1，使其表达减少时，会降低脑组织的抗氧化能力，造成氧化损伤。

脑卒中后线粒体的结构和功能障碍也会导致细胞凋亡，SIRT1可通过调节PGC-1α的乙酰化水平，改善线粒体功能，间接减少线粒体依赖性凋亡。Zhou Y等[15]研究发现，ICH后脑组织SIRT1总含量增加，细胞核SIRT1明显减少，Ac-PGC-1α水平升高并伴随着线粒体电子传递链蛋白(ATPβ、NDUFB8、COX-I)表达降低，凋亡蛋白(caspase-3、裂解caspase-3、细胞色素C和AIF)表达增多；经SIRT1激活剂SRT1720治疗后，核SIRT1恢复正常水平，Ac-PGC-1α水平降低，线粒体电子传递链蛋白表达升高，凋亡相关蛋白表达减少。因此脑卒中过程中，SIRT1/PGC-1α通路可以通过减轻氧化应激、增强大脑神经元抗氧化和抗凋亡能力，发挥脑保护作用。

2.3 SIRT1/FOXO FOXO对脑卒中具有保护和损害双重作用。哺乳动物的FOXO家族包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6,其中FOXO1和FOXO3最常见。FOXO的转录活性受多种翻译后修饰的调节，如乙酰化。研究表明，SIRT1与FOXO间复杂的相互作用，维持生存平衡。一方面，SIRT1通过使FOXO脱乙酰化，增强FOXO抗氧化应激能力。SAH后，内源性SIRT1升高，过表达SIRT1促进FOXO1脱乙酰化可以促进FOXO/抗氧化物通路激活，增强GSH、GSH-Px、SOD 和CAT活性以抵抗氧化应激[5]。另一方面，有研究显示，经SIRT1脱乙酰化后的FOXO可被泛素化降解，通过降低FOXO水平，抑制FOXO诱导细胞死亡的能力[16]。在缺血性脑卒中大鼠研究中，腹腔注射厚朴酚使SIRT1过表达，伴有脱乙酰化FOXO1的增多和凋亡细胞减少[17]。说明此过程很可能也伴有脱乙酰化FOXO泛素化的参与，但仍有待进一步的研究证实。最近的研究发现，脑I/R后SIRT1蛋白表达显著降低，抑制SIRT1/FOXO1通路不仅伴随着氧化应激和细胞凋亡加重，还伴有炎性因子IL-6、IL-1β、ICAM-1和TNF-α的表达上调[18]。SIRT1 /FOXO3α通路的激活可以有效抑制CIR后的细胞毒性和凋亡[19]。此外，Mei ZG等[7]发现，电针刺激“百会”、“曲池”和“足三里”穴位可以减少CIR损伤大鼠脑组织自噬体的产生，其潜在机制是通过电针刺激增加SIRT1表达，升高FOXO1蛋白水平，并降低Ac-FOXO1和自噬相关蛋白Atg7水平，以及Ac-FOXO1和Atg7间的相互作用。由此可见，脑卒中后SIRT1/FOXO通路的激活不仅调节氧化应激，还涉及细胞凋亡、炎性反应，甚至是细胞毒性和自噬作用，SIRT1与FOXO间是一个复杂的相互作用的过程。

2.4 SIRT1/Nrf2 Nrf2是由氧化应激激活的转录因子，它诱导一系列抗氧化蛋白的编码，控制内在的抗氧化系统。同时，Nrf2也是炎症细胞因子激活的重要负调节因子，抑制炎症反应过程[20]。氧化应激刺激促进Nrf2转运至细胞核，并与抗氧化反应元件(ARE)结合，从而诱导一系列抗氧化基因的转录，如谷氨酸-半胱氨酸连接酶修饰子(GCLM)亚基、血红素加氧酶-1(HO-1)和NADPH:奎宁氧化还原酶-1(NQO-1)和超氧化物歧化酶(SOD)等[21]。研究显示，小鼠CIR后Nrf2蛋白表达受SIRT1的正向调节[18]。有关SAH的细胞和动物研究表明，过表达SIRT1促进Nrf2向细胞核转运并激活其转录活性，提高下游基因HO-1和NQO-1表达，增强细胞对氧化损伤的抵抗力[3]。可见，SIRT1/Nrf2通路可通过增强脑组织细胞抗氧化能力，对抗脑卒中后氧化损伤。

2.5 SIRT1/p53 p53是一种肿瘤抑制基因，它调节细胞周期、衰老、凋亡、自噬和DNA损伤等一系列复杂的靶基因网络。在脑组织缺血区域，细胞p53激活并促进神经元凋亡[22]。细胞p53是SIRT1脱乙酰化酶的主要体内底物。研究显示，SIRT1可以与p53相结合，通过促进p53降解抑制氧化应激诱导的细胞凋亡[23]。SAH后，汉黄芩苷通过上调SIRT1表达，下调p53和Ac-p53表达，抑制p53活化阻止神经元凋亡，并且SIRT1的过表达伴随着紧密连接蛋白ZO-1、occludin、claudin-5的表达升高[24]。此外，SIRT1还可以通过使p53脱乙酰化抑制ROS产生和脂质过氧化(MDA)，增强GSH、GSH-Px、CAT表达，从而提高出血性脑卒中后脑组织神经细胞抗氧化能力[5]。炎症与氧化应激间具有相互促进的关系，缺血性脑卒中后过度表达SIRT1可以抑制Ac-p53蛋白水平和活性，从而调节p53依赖性的下游靶基因转录，如TNF-α、IL-6、Bcl-2和Bax，提高神经细胞抗炎和抗凋亡性[25]。因此SIRT1/p53的作用可能与p53参与调控的通路功能密切相关。

3 SIRT1激活剂/抑制剂在脑卒中的应用

迄今为止，已经开发出了几种SIRT1激活剂和抑制剂，并探索了一些治疗应用。白芦藜醇(RSV)是研究最多的SIRT1激活剂之一，也是在脑卒中研究中应用最多的激活剂。研究发现RSV对SIRT1的激活可能是通过抑制磷酸二酯酶和增加cAMP水平来介导的[26]。在SIRT1激活过程中，RSV充当SIRT1-底物相互作用稳定剂[27]。RSV通过激活SIRT1，间接调控FOXO、NF-κB和p53等通路蛋白，参与脑卒中的血脑屏障、氧化应激、细胞凋亡、炎症反应、自噬等病理级联反应，总之，RSV调控大部分SIRT1依赖性的脑保护途径[9,12,24]。除了RSV之外，SRT1720也是应用较多的激活剂[15]。此外，很多抗氧化性能药物、中药有效单体成分、中药复方在治疗脑卒中疾病中也被发掘出具有SIRT1激活剂的功效，如丹参酚酸B[3]、岩藻黄素[5]、花萼cosin-7-O-β-D-葡萄糖苷[14]、厚朴酚[17]、红景天苷[19]、汉黄芩苷[24]、姜黄素[25]、醒脑注射液[9]等。

与此相反，SIRT1抑制剂sirtinol、EX527可加重脑卒中后神经功能损伤[3,7,17]。例如，sirtinol的使用会抑制SIRT1/Nrf2抗氧化信号通路的表达，逆转SAH后丹参酚酸B的抗氧化脑保护作用[3]。EX527通过抑制SIRT1表达拮抗厚朴酚的保护作用，使缺血性脑卒中后Ac-FOXO1、IL-1β、TNF-α、Bax表达增多，而Bcl-2表达减少，加重细胞炎症和凋亡[17]。

4 结论与展望

如上所述，SIRT1激活剂上调SIRT1表达通常可以减轻脑卒中后病理反应。SIRT1信号通路与脑卒中病理级联反应有关的FOXO、NF-κB、PGC-1α、Nrf2和p53等多种重要的通路密切相关。脑卒中后，急性脑损伤致使内源性抗炎机制受到抑制,导致SIRT1蛋白表达降低，这一点在缺血性脑卒中和出血性脑卒中的研究中均有证实。但也有些研究发现，出血性脑卒中发生后伴随着内源性升高的SIRT1蛋白水平，但不足以抵抗脑卒中损害。有关脑卒中后内源性SIRT1基因表达趋势及其原因机制仍有待进一步研究探讨，这将可能对不同脑卒中亚型的病理机制发现和脑卒中早期防治具有重要意义。

尽管SIRT1在脑卒中亚型的内源性表达趋向存有争议，但不论在何种脑卒中亚型中，SIRT1都是一种益于神经细胞存活的保护因子。其一，SIRT1与细胞的抗氧化能力有关。一方面，SIRT1在MDA和ROS上游，激活SIRT1能够有效抑制脑卒中后MDA和ROS爆发；另一方面，SIRT1的激活能够促进GSH、GSH-Px、SOD 和CAT等抗氧化物表达，以抵抗氧化损伤。其二，SIRT1能提高细胞的抗炎性、抗凋亡性、改善细胞周期阻滞。例如，增强SIRT1的表达，不仅可以减缓NF-κB转导的炎症反应，同时还抑制细胞周期缩短，改善细胞凋亡。其三，SIRT1在脑卒中的表达有益于改善血脑屏障通透性。脑卒中后，SIRT1的激活可以上调紧密连接蛋白ZO-1、occludin、claudin-5表达，有效减少血脑屏障分解。其四，SIRT1参与调节细胞自噬。SIRT1参与调节FOXO1介导的自噬发生，通过使FOXO1脱乙酰化抑制自噬相关蛋白表达，减少自噬小体产生，减轻脑卒中后神经元损害。SIRT1很可能是脑卒中的一个新的有希望的分子靶标。综上所述，SIRT1调节复杂的脑卒中保护因子网络，促进脑卒中损伤恢复。深入研究SIRT1信号通路的调控网络将会促进我们对脑卒中发病机制的认识，同时也为脑卒中防治和开发SIRT1信号通路针对性药物提供新的视角。