SIRTS与肾脏疾病

李娟，汤学宇

(1.湖南师范大学，湖南 长沙 410000；2.湖南师范大学附属湘南医院暨联勤保障部队第九二二医院肾内科，湖南 衡阳 421001)

0 引言

肾脏疾病是全球公共性的卫生问题，对我们的生活质量和经济带来了很大的影响，它们的结局大都走向慢性肾功能不全。慢性肾功能不全可以通过多种病理机制发生，从而损害肾脏的一个或几个部分：脉管系统，肾小管间质或肾小球[1]，其发病率和死亡率明显上升，同时它累及的不仅仅是肾脏系统，还会导致多种并发症，血液系统、骨骼疾病、心血管疾病等。沉默信息调节因子2(silence information regulator2，Sir2)相关酶类 (SIRTUINS，SIRT)最初发现是在研究酵母菌转录沉默时，广泛存在于多种物种中，是一种NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶，具有高度保守性。研究发现在酵母菌中，已经鉴定出四种SIR(SIR1-4)，而在人类和小鼠中，已经探索出共有七种同源物(SIRT1-7)。根据氨基酸的同源性将SIR分为了4种类型，其中SIRT1-3属于I类，该类型与SIR2的关系最为接近，SIRT4属于II类，SIRT5属于III类，而SIRT6和7属于第IV类。其中SIRT1、3、6和7主要分布于细胞核，SIRT2分布于细胞质，SIRT3、4和5则分布于线粒体。Sirtuins是一系列依赖尼古丁腺嘌呤二核苷酸(NAD +) 的酶，参与细胞代谢、调节细胞功能，如DNA 修复、炎症反应、细胞周期或细胞凋亡[2]；能够通过对细胞内能量状态和氧化还原变化敏感的NAD +水平变化来监测代谢稳态[3]；参与许多疾病的发生、发展，如肝脏、心脏、肾脏、骨骼疾病等，成为了近期研究的热点，尤其是肾脏疾病的影响和发生。该综述主要探讨研究较多的几个SIRTS蛋白对于肾脏的影响。

1 SIRTS与糖尿病肾病

1.1 SIRT1与糖尿病肾病

糖尿病是全球最常见的内分泌性疾病，可以引起微血管和神经病变，糖尿病肾病是糖尿病最常见和最严重的并发症之一，是导致终末期肾病发病和死亡的主要原因[4]。糖尿病肾病的病理主要包括肾小球硬化、肾小管间质纤维化及肾血管病变，其中最主要的是肾小管间质纤维化的改变，总之，糖尿病肾病的病理改变复杂深奥，呈慢性进行性发展，肾衰竭是大多数糖尿病肾病患者结局，且病死率高。近年来的研究表明SIRT1与糖尿病肾病的发生发展密切相关，SIRT1参与了氧化应激、炎症、损害自噬、缺氧、异常血管生成、细胞凋亡和肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活等导致糖尿病的肾脏损害的全部过程[5]，实验发现，高级糖基化终产物通过减少肾小球系膜细胞的SIRT1的表达来促进糖尿病肾病的病理进展[6]，而SIRT1可削弱高血糖引起的p3、p53以及裂解化的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3表达的增加，显著阻断糖尿病肾病的进展，从而缓解糖尿病的恶化。足细胞是肾小球血液滤过屏障的重要组成部分，糖尿病肾病白蛋白的减少和肾小球滤过功能中足细胞具有重要作用，SIRT1通过靶向紧密连接蛋白1抗体可保留足细胞功能，从而可减少糖尿病肾病蛋白尿的增加，阻止糖尿病肾病的进程。也有研究发现，高葡萄糖诱导的肾小管上皮细胞氧化应激和细胞凋亡在糖尿病肾病的发病机理中起着重要作用[7]，在Yue Wang等[8]的研究中也证实了p53/microRNA-155-5p/SIRT1环在DKD中肾小管的损伤和肾脏的纤维化。综上可见，SIRT1有望成为糖尿病肾病治疗的新靶点。

1.2 SIRT3与糖尿病肾病

被SIRT3修饰过的羊水干细胞可使糖尿病肾病小鼠的肾小球存活并减少肾纤维化[9]，这也说明SIRT3与糖尿病肾病的发生发展也有很重大的关系。在Wang XX等[10]小鼠研究中表明，通过G蛋白偶联胆汁酸受体5激动剂INT-777激活SIRT3后可减少氧化应激和脂质沉积，进而可减少糖尿病小鼠蛋白尿、系膜扩张、纤维化和肾脏中CD68巨噬细胞浸润；Sirt3的过表达可激活AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)途径，从而增强受体C辅激活因子 1A相关的线粒体保护系统、持续的氧化还原平衡和封闭的caspase-9参与的凋亡途径，从而可延缓糖尿病肾病的进展[11]。肾脏的纤维化是糖尿病肾病发展的主要病理改变，SIRT3的缺陷可激活M2型丙酮酸激酶(PKM2)二聚体的形成和缺氧诱导因子1a的积累，这些物质可以加速受损的纤维化肾上皮细胞的代谢。SIRT3对于糖尿病肾病的发生发展机制也引发了我们对糖尿病肾病的治疗方法的新的思考，中草药厚朴的提取物和厚朴酚就是其中一种，和厚朴酚具有多种生物学活性，在Monica Locatelli[12]等研究中表明，和厚朴酚可通过激活线粒体SIRT3，达到抗氧化、抗炎和抗纤维化作用，从而使糖尿病肾病小鼠足细胞和肾小球免受损害。

1.3 SIRT6与糖尿病肾病

SIRT6与很多代谢性疾病有关，对于血糖、糖酵解、糖异生等的动态平衡有很大的作用。Sirt6缺失会引起肾小球变化，包括炎症和足细胞损伤，从而导致进行性足细胞消耗和蛋白尿[13]，也有研究表明线粒体的功能障碍在高血糖诱导的足细胞损伤中起重要作用，SIRT6过表达通过激活AMPK，减弱了高糖诱导的足细胞线粒体功能障碍和凋亡，SIRT6也参与了高糖治疗中促炎介质的减少、肌动蛋白细胞骨架紊乱的改善和足细胞凋亡的衰减[14]。肾脏巨噬细胞蓄积与2型糖尿病肾病的进展有关，Sirt6通过激活M2巨噬细胞，在模拟的糖尿病肾微环境中保护足细胞免受损伤[15]，从而减少糖尿病肾病的发生发展。触珠蛋白复合物导致转录因子Nrf2的药理作用可作为治疗漏斗导致M1巨噬细胞向M2巨噬细胞的诱导转换并改善糖尿病患者的肾脏功能[16]。

2 SIRTS与急性肾损伤

2.1 SIRT1与急性肾损伤

急性肾损伤(AKI)是指突发性肾功能衰退(48小时以内)，是临床上常见的急危重症，其主要机制是缺血再灌注损伤。AKI的发病特点是初始发病率高、死亡率高[17]。AKI的年死亡率目前超过50%，并且高于乳腺癌和前列腺癌、心力衰竭和糖尿病的死亡率[18]。急性肾损伤的发生率大约是终末期肾脏的十倍，而短期死亡率超过40%。SIRT1对急性肾损伤的保护作用已被众多研究人员重视，Zhang J[19]等研究表明银杏苷元可以通过抑制核因子激活的B细胞的κ-轻链增强信号通路激活SIRT1，阻止脂多糖诱导的急性肾损伤；在严重烧伤引起的急性肾损伤中，研究表明，褪黑素可减轻氧化应激、炎症和凋亡，同时增加SIRT1的表达，而抑制SIRT1的表达可使褪黑素的保护作用失效[20]。众所周知，应用癌症化疗药物顺铂的肾毒性不良反应明显，能够降低过氧化物酶、线粒体的数量和功能，以及增加活性氧(ROS)的产生，从而诱导肾小管上皮细胞的凋亡，导致急性肾损伤，而近端肾小管和体外培养的HK-2细胞中过表达SIRT1可减轻顺铂诱导的细胞凋亡。多项研究表明，SIRT1对缺血性再灌注损伤、肾毒性药物、脓毒血症引起的AKI具有保护作用。

2.2 SIRT3与急性肾损伤

脓毒血症是AKI的常见原因，在艾晨牧[21]等研究表明激活胰高糖素样肽-1受体可以显著减轻脓毒症小鼠肾脏炎症反应及细胞凋亡，并改善其肾功能，其可能通过激活 SIRT3 发挥保护作用，这能说明SIRT3对急性肾损伤是有保护作用的，急性肾损伤的病理机制主要是线粒体的损伤，SIRT3失活可使肾小管上皮细胞线粒体中SOD2和p53蛋白乙酰化的升高，而它们的升高是缺血/再灌注(I / R)诱导的AKI发病的重要信号[22]，从而也加剧了AKI的进展。在Wenyu Zhao[23]等的小鼠cecal结扎模型中表明，SIRT3过表达促进该模型下的小鼠自噬，可上调p-AKMP，下调p-mTOR，减弱脓毒症诱导的AKI、肾小管的细胞凋亡以及炎症细胞因子在肾脏中的积聚。随着含碘造影剂在临床诊疗过程中使用的普遍化，造影剂急性肾损伤(contrast-induced acute kidney injury，CIAKI)已成为最常见的医院获得性肾损伤之一。在张庆海[24]等的SIRT3-KO小鼠建立CIAKI小鼠模型研究中表明，内源性SIRT3缺失与CIAKI的加重有联系，主要机制为其缺失加重CIAKI小鼠肾脏皮质的病理学损伤、提高 CIAKI小鼠肾脏皮质氧化应激水平、加重CIAKI小鼠的细胞凋亡。

2.3 SIRT6与急性肾损伤

SIRT6对急性肾损伤也有保护作用。在体内和体外实验中均表明，SIRT6的过表达在肾功能障碍、炎症和凋亡方面可减轻顺铂诱导的肾脏损伤，而其敲除会加重肾损伤[25]，此外，SIRT6与细胞外信号调节激酶1、细胞外信号调节激酶2的启动子结合，在Lys9位点去乙酰化组蛋白3，从而抑制ERK1/2的表达，而其表达活性的抑制可消除SIRT6敲除引起的肾脏损伤的加重。SIRT6主要位于细胞核中，对细胞的凋亡、自噬等有重要的作用，SIRT6基因的沉默会促进细胞凋亡和诱导自噬[26]。细胞周期中也发现在肾小管上皮细胞中，Sirt6的过表达减弱了TECs中低氧触发的损伤和G2 / M期阻滞[27]。现在部分急性肾功能损伤药物的药理作用也是通过SIRT6达成，如异Orientinin通过SIRT1 / SIRT6-Nrf2途径减弱顺铂诱导的肾毒性[28]。

3 SIRTS与肾脏衰老

3.1 SIRT1与肾脏衰老

衰老是生物体遗传和环境等多个因素的作用下影响着全身的一个过程，包括细胞、器官、系统等。导致衰老的主要途径有三：端粒引起来的复制性衰老、致癌基因诱导的衰老和应激性的衰老[29]。肾脏是衰老过程中人体器官中变化最为明显的器官之一，正常人在超过 40 岁后，肾小球滤过率平均每年下降1%。近年来，SIRT1已被众多学者认为是长寿和抗衰老的重要因子，同样，对肾脏的抗衰老作用也起着至关重要的调控作用。细胞衰老的普遍特征就是清除代谢废物的功能减退，导致受损蛋白质、细胞器过度积累而降低细胞的生存能力。自噬会加速细胞衰老[30]，研究表明，一方面，SIRT1 可以活化自噬信号途径中的关键信号分子提高肾脏细胞自噬水平；另一方面，在叉头蛋白3A抗体参与下，SIRT1 还可以调控近端肾小管上皮细胞自噬，延缓肾脏衰老[31]。肾脏中足细胞SIRT1表达的降低加剧了衰老小鼠肾脏中年龄引起的肾小球硬化和白蛋白尿并增加了足细胞损失[32]。

3.2 SIRT3与肾脏衰老

在SIRT3基因中可以发现增加SIRT3表达会导致长寿的单核苷酸多态性，从而对人类的衰老进行调节作用。在肾脏衰老的发生中，SIRT3活性与维持线粒体能量稳态和近、远端小管室的抗氧化防御有关[33]。衰老也与代谢副产物活性氧(ROS)水平有关，SIRT3可以通过快速平衡ROS的水平，并同时激活长期转录程序来保护细胞免受氧化损伤[34]。延缓衰老的关键因素之一其中也包括线粒体功能的改变，而研究发现抑制SIRT3乙酰化可改善线粒体SIRT3功能，从而可治疗老年和肥胖小鼠的线粒体相关疾病[35]。

3.3 SIRT6与肾脏衰老

沉默信息调节因子2(SIR2)是酵母中CR热量限制(CR)是诱导的延长寿命的关键介质之一，SIRT6是SIR2家族中关键的成员，它被证明可控制新陈代谢、DNA损伤修复和衰老。SIRT6 在调控DNA修复、端粒维护、炎症反应以及癌症的发生与发展等方面发挥重要作用，因而对于机体的长寿与健康非常重要[36]。Wenhuang[37]等的SIRT6敲除小鼠的实验中发现SIRT6在小鼠肾脏中表达，其缺失会导致进行性肾脏炎症、肾小细球肥大、足胞结构和功能丧失以及纤维化。SIRT6可以靶向多种关键的长寿途径和代谢相关蛋白，如，胰岛素样生长因子-AKt信号通路、37AP-1、38Hifla39和mTOR，通过这种方式，SIRT6表达的改变可能导致几个效应因子的协同作用，从而调节细胞的状态，使NF-KB移位而延缓细胞衰老。

4 SIRTS靶向治疗肾脏疾病的可能

众多研究表明SIRT1-7是许多老年性疾病如肾脏疾病、神经退行性疾病、心血管系统等的治疗和预防的靶点，随着对SIRTS的认识和了解，人们对调节SIRTUIN活性的分子的产生和开发也产生了浓厚的兴趣。多酚白藜芦醇(RSV)是天然的多元酚类物质，在红葡萄皮、红酒及浆果类等物质中含量丰富，具有抗氧化、抗凋亡、抗炎症、抗肿瘤等作用，作为SIRTUIN激活剂可以预防多种疾病，如糖尿病、肾脏疾病、神经系统疾病等。人们发现RSV间接激活SIRT1是通过AMPK的激活介导的，AMPK可作为主要的初始传感器，增加NAD+水平，从而诱导SIRT1导致过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α和叉头转录因子更高的乙酰化。大量实验表明，RSV可通过多种信号通路可改善糖尿病肾病的脂毒性、氧化应激、细胞凋亡和内皮功能障碍，并且能预防糖尿病肾病[38]。SRT1720是Milne等人发现的比RSV更能有效刺激SIRTUIN活性的小分子，它们在结构上与RSV无关，但其结合并激活受体的部位与RSV相同，氨基酸183-225N-端的核心域是其重要的结合位点。SRT1720属于NAD+依赖性脱乙酰化酶，可增加SIRT1底物在体内和体外的去乙酰化，故SRT1720比RSV激活能力更强。Jung-Yeon Kim[39]等药理研究表明，SRT1720可激活SIRT1，通过抑制细胞凋亡，显著减少顺铂处理小鼠的急性肾功能衰竭和组织病理学的改变、氧化应激、炎症等。SRT2014是一种最新发展起来的SIRT1激活剂，能够更好地控制炎症反应，也在减脂方面有很好的展望。郑海瑞[40]等研究中表明SRT2104 通过对SIRT1 /P53 /NRF-2 通路的激活，可降低DN小鼠肾纤维化、肾炎症及肾氧化应激，改善肾损伤。此外，还有研究表明，BF175作为新的SIRT1激活剂可以诱导足细胞中SIRT1表达的诱导或SIRT1的激活减弱了糖尿病小鼠中的蛋白尿和足细胞损伤[41]。

5 展望

肾脏疾病是全球性的健康问题，多数肾脏疾病的最终结局多将走向肾衰竭，对人类的身心健康、生活质量均造成了极大的负面影响。SIRTUINS家族蛋白具有调节代谢、基因调控、氧化应激等多种生物学功能，对肾脏疾病中的保护作用在体外研究已经得到了明确的肯定，近期研究较多的SIRT1、3、6蛋白对部分肾脏疾病的保护机制在此篇综述中也做出了简要的讨论。RSV、SRT1720、吡啶类化合物等是目前已研究出来的SIRTS激活剂，多项小鼠等体外实验已明确了SIRT激活剂可以有效的保护肾脏疾病，但目前临床上针对肾脏疾病的SIRT靶向治疗药物仍研究较少。因此深入研究SIRTUINS的生物学特性和功能、以及其在肾脏疾病中参与的信号通路和特定靶点，从而有助于研究更多SIRTUINS激活剂和靶向药物针对于慢性肾脏疾病的预防和治疗。