SIRT3相关的中医药治疗神经退行性疾病的机制研究进展

焦旭颖 姚心怡 戴芷晴 徐小媛 管金山 王月飞

【摘要】 沉默信息调节因子3（silent information regulator 3， SIRT3）是NAD+依赖性Ⅲ類组蛋白去乙酰化酶。SIRT3可以通过去乙酰化关键蛋白的方式减少神经元的氧化应激，保护神经元。近期研究发现，多种植物中存在的天然化合物可减少氧化应激，起到神经保护作用。本文重点研究了SIRT3及相关通路对中医药疗法的神经保护作用的贡献，为临床治疗干预神经退行性疾病开拓了新方向。

【关键词】 SIRT3 中医药 神经退行性疾病

Advances in the Mechanism of SIRT3-related Chinese Medicine for the Treatment of Neurodegenerative Diseases/JIAO Xuying， YAO Xinyi， DAI Zhiqing， XU Xiaoyuan， GUAN Jinshan， WANG Yuefei. //Medical Innovation of China， 2021， 18（34）： -184

[Abstract] Silent information regulator 3 （SIRT3） is a NAD+ dependent class Ⅲ histone deacetylase. Via deacetylation key proteins， SIRT3 can reduce oxidative stress， thus protect nerve cells. Recent studies have discovered that natural compounds existed in many plants can take an effective neuroprotective role by reducing oxidative stress. The key research of this essay is SIRT3 and how its relating passages contribute to neuroprotective effect of the traditional Chinese medicine therapy which exploits new direction for clinical treatment of neurodegenerative disorder.

[Key words] SIRT3 Traditional Chinese medicine Neurodegenerative disease

First-author’s address： Qiqihar Medical University， Qiqihar 161006， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.34.044

神经退行性疾病是一类以神经元进行性丧失为主要特征的疾病，包括阿尔兹海默病（Alzheimer’s disease，AD）、帕金森病（Parkinson disease，PD）、亨廷顿舞蹈症（Huntington’s disease，HD）、肌萎缩性侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、脊髓小脑共济失调（spinocerebellar ataxia， SCA）等[1]。随着社会经济的飞速发展，全球老年化和贫富差距问题日益显著，神经退行性疾病在很大程度上降低了患者的生命质量，同时也对社会保障体系、医疗卫生系统以及家庭发展造成巨大的负担。因此积极探究并阐明神经退行性疾病的发病机制，找到切实有效的预防、治疗方法将为社会带来巨大福祉。

神经退行性疾病的具体病理机制各有不同，蛋白质的异常折叠是大多数疾病的发病基础[2]。研究发现，蛋白质异常折叠的祸首罪魁之一为线粒体的异常。沉默信息调节因子3（silent information regulator 3， SIRT3）是NAD+依赖性Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，在稳定线粒体能量代谢方面表现优异，并可被多种天然化合物调控。天然化合物与SIRT3调控机制的结合提供了治疗新思路，为广大神经退行性疾病患者带来福音，因而受到国内外学者的广泛关注。此篇综述将重点阐述近几年中医学通过调控SIRT3的表达，预防治疗神经退行性疾病的诸多研究成果。

1 SIRT家族、SIRT3与线粒体

沉默信息调节因子（SIRTUINS）是进化高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依赖性去乙酰化酶，是一类可以调控衰老对大脑带来的影响的重要蛋白。SIRTUINS在包括酵母、蠕虫、果蝇、小鼠以及人类在内的多种生物的衰老过程中，与其他多种衰老调控途径[如胰岛素-叉头盒蛋白O（insulin-forkhead box protein O， FOXO）和雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin， mTOR）]途径相互作用，扮演着至关重要的角色[3]。哺乳动物的SIRT家族的七个成员（SIRT1～7）分布在细胞的各个部位：主要位于细胞核的是SIRT1、SIRT6、SIRT7，主要位于细胞质的是SIRT2，主要位于线粒体的是SIRT3、SIRT4、SIRT5[4]。

现多数学者认为，在人体内，SIRT3以两种形式存在于不同部位：定位于细胞核的全长为44 kD，不具有酶活性。定位于线粒体的N末端缺少142个氨基酸，是加工后的结果，具有酶活性。应激条件下，SIRT3自细胞核移至线粒体内[5]。

神经系统的稳定与否很大程度上取决于线粒体是否稳定。活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生，成为线粒体稳定供能的重要威胁。SOD的线粒体亚型线粒体超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）存在于线粒体基质，是机体ROS清除中必不可少的抗氧化酶。生理情况下，SOD2可以将机体内生成的ROS转化为过氧化氢，最终通过线粒体谷胱甘肽过氧化物酶将其转化为水，从而解除ROS的细胞毒性[6]。

电子传输链（electron transport chain，ETC）正常运作是线粒体稳定产能的保障。现有研究证明，这一途径的异常可以导致ROS在神经元胞体内的聚集，从而造成神经元的损伤。当线粒体ROS大量聚集，超过SOD2清除能力的程度后，氧化应激将会启动。这一程序的启动可导致蛋白质错误折叠、线粒体DNA突变或缺失、脂质氧化，进一步影响线粒体的轴突运输及其他重要功能，导致神经元变性加剧。生理情况下，机体可以通过自噬功能选择性地去除异常蛋白和受损线粒体，防止线粒体ROS聚集导致的神经损伤。这一功能异常导致的异常蛋白堆积，是神经元损害及多种神经退行性疾病发生发展的重要分子学基础[7]。

研究发现，SIRT3/SOD2通路是线粒体自噬的重要通路之一。SIRT3可以通过参与糖酵解、三羧酸循环、氨基酸循环、尿素循环、脂肪β氧化等多种途径调节线粒体功能，同时可激活FOXO3、SOD等抗氧化因子，降低氧化应激水平。例如，SIRT3去乙酰化SOD2后，线粒体对ROS的解毒功能被增强，从而清除过度累积的ROS，达到减少异常蛋白的堆积，修复线粒体DNA，保护神经元的目的。再如，SIRT3除了直接去乙酰化SOD2外，过表达的SIRT3也可以激活转录因子FOXO3a，从而增加SOD2的表达，降低神经元的氧化应激水平[8-12]。

目前有大量实验数据证明，多种天然化合物，如生物碱、多酚、双糖、糖脂蛋白、木脂素、萜类、黄酮类、类黄酮、皂苷等对自噬信号通路的调控起到明显的作用[13]。例如，广泛存在于芝麻籽和芝麻油中的芝麻素和芝麻醇，已被实验证明具有良好的抗氧化作用。Ruankham等[14]采用MTT比色法和流式细胞仪，检测芝麻素和芝麻醇对H2O2诱导人神经母细胞瘤（SH-SY5Y）细胞死亡的神经的保护作用;采用羧基DCFDA测定法（Carboxy-DCFDA）测定活性氧类;采用Western Blot法检测分析蛋白质谱。最终得出结论：芝麻素和芝麻醇可以通过激活SIRT1-SIRT3-FOXO3a表达以降低氧化应激对神经元的损伤，起到神经保护作用。

某些天然化合物的神经保护作用被证实可通过SIRT3相关通路实现，这为应用中医药通过此调控途径预防、治疗神经退行性疾病提供了理论依据。

2 SIRT3和神经退行性疾病

2.1 阿尔兹海默病 阿尔兹海默病（AD）现今是世界第一大神经退行性疾病，其发病与衰老密切相关。认知功能的渐进性衰退为其最典型的症状[15]。AD的主要病理特征包括过度磷酸化Tau蛋白（P-Tau）导致的神经纤维纠缠、Aβ蛋白（amyloid β-protein）的过度沉积、突触损伤和神经元丢失。Aβ蛋白水平随年龄的增长而增加[16]。Aβ蛋白的积累将导致线粒体膜电位异常，致使ROS过度累积，影响线粒体的轴突运输。此外，Aβ蛋白的累积还可激活线粒体裂变相关蛋白DRP1和FIS1，使线粒体过度分裂，难以移动到突触提供ATP。这两方面均将加重神经元的损伤。

现有学说认为，SIRT3表达上调可从两方面缓解Aβ蛋白对神经元的损伤：一方面通过脱乙酰化SOD2，清除ROS;另一方面脱乙酰化内膜融合蛋白OPA1并增加其GTPase活性、激活FOXO3来促进外膜融合蛋白MFN2的基因表达，从而减缓DRP1和FIS1异常激活导致的线粒体过度分裂[11]。

针灸是我国具有整体调理作用的传统医术，深受人民信任与爱戴。屈红艳等[17]的论文中阐述，针灸能减轻神经元线粒体的损伤，促进线粒体内的能量代谢，下调Aβ蛋白水平，减少氧化应激对神经系统的损伤。而SIRT3对线粒体氧化应激及能量代谢水平的调控有显著意义，由此屈红艳等[17]推测，SIRT3介导的线粒体保护机制可能是针灸疗法有效预防AD的重要原因之一。其具体机制和原理需要进一步明确。

但舒敏等[18]以野生型小鼠和SIRT3基因敲除小鼠为对象，给予D-半乳糖（ip）和Aβ1-40脑定位海马注射，建立AD小鼠模型。通过行为学检测显示基因敲除组小鼠学習记忆能力低于野生型小鼠，采用免疫荧光染色法、蛋白免疫印迹法、MTT法检测得出敲除SIRT3基因能缓解Aβ蛋白的沉积，使自噬流顺利降解，而这种保护作用在加入自噬抑制剂后消失。实验证明SIRT3基因的敲除对此方法诱导的AD有保护作用。这与上述屈红艳等[17]的推测和现主流学说相违背。

以上分歧的出现提示SIRT3对AD的作用尚有争议，中医药如何通过影响SIRT3的表达治疗AD仍需进一步研究。

2.2 帕金森病 帕金森病是世界第二大神经退行性疾病，静息性震颤、运动迟缓、僵硬和姿态不稳使其典型临床表现[19]，其主要病理特征是错误折叠的α-突触核蛋白（α-synuclein）与其他蛋白形成的路易小体[20]。PD的最重要致病风险因素是衰老。此外，致病风险与咖啡、红茶等呈负相关，与农药等正相关，尤其是与有机氯农药具有剂量效应关系[21]。PD的形成与黑质区多巴胺能神经元的变性死亡密切相关。异常折叠和聚集的α-突触核蛋白将激活氧化应激，损伤线粒体，进而损伤神经元。作为有丝分裂后的永久细胞，神经元无法通过细胞分裂处理聚集的病理蛋白，自噬是其清除病理蛋白、维持自我稳定的唯一途径。现有多种研究结果表明，SIRT3可以调控ROS，提高自噬水平以维护神经元的稳态[22-23]。

没食子酸广泛存在于中药药材五倍子、大黄、红景天、石榴、刺云实，藏药毛诃子、诃子中，具有良好的抗氧化、线粒体保护作用[24]。蒋德旗等[25]以MPTP（ip）建立PD小鼠模型。没食子酸组给予MPTP（ip）和没食子酸（ig），对比仅给予MPTP的模型组，行为学实验检测发现，没食子酸组小鼠运动协调能力显著改善，免疫组化法显示黑质、纹状体多巴胺能神经元数目增加、TUNEL结果显示黑质神经元凋亡减少。qRT-PCR法检测黑质区SIRT3的mRNA水平，Western blot法检测SIRT3、SOD2的蛋白水平，没食子酸组均有明显上调，提示没食子酸可能通过上调PD小鼠黑质区SIRT3基因表达以起到神经保护作用。

姜黃素主要来源于易得的中药材：姜，具有神经保护、抗氧化等功能[26]。马振凯等[27]以鱼藤酮建立PD模型细胞，分为仅用鱼藤酮培养的模型组、加入不同浓度姜黄素后加入鱼藤酮共同培养的姜黄素1～4组（分别为0.5、1.0、5.0、10.0 μmol/L）和不加任何药物的对照组，采用DCFH-DA染色法、流式细胞术测细胞ROS水平，姜黄素组均低于模型组，qRT-PCR法与Western blot法分别检测细胞SIRT3的mRNA和蛋白表达水平，姜黄素组对比模型组指标均明显上调，但仅低浓度的姜黄素1、2组具有统计学意义。由此提示，一定浓度的姜黄素可能通过提高SIRT3的表达水平以改善PD模型细胞线粒体功能，起到抗氧化的效果。

2.3 亨廷顿舞蹈症 亨廷顿舞蹈症是一种以纹状体神经元丢失为主要病理特征的进行性神经退行性疾病。其典型临床表现为精神、认知和运动障碍[28]。HD是常染色体遗传病，其主要病理特征为异常基因编码的亨廷顿蛋白突变体（mutant Huntington， mHTT）。mTT产生机制在于4号染色体亨廷顿蛋白基因的CAG重复扩增，可在一定程度上诱发线粒体功能异常。SIRT3的过表达可以提高mHTT细胞的抗氧化能力，从而稳定线粒体，降低HD的发生风险[29]。

白藜芦醇广泛存在于多种常见中药材中，紫斑牡丹种子中含量最高，其次为虎杖根[30]。白藜芦醇主要通过SIRT1/SIRT3-FOXO、SIRT3-AMPK、AMPK-SIRT1、Akt-mTORC1以及STAT3信号通路调节自噬，且各通路间相互影响[31]。现有实验表明，白藜芦醇可以减少ROS的产生以调节自噬，促进mHTT降解并保护细胞免受多巴胺毒性的影响，显示出对HD的神经保护作用[32]。但白藜芦醇是否通过调节SIRT3相关通路以治疗HD有待进一步明确。

3 展望

SIRTUIN家族自发现以来一直受到学界的广泛关注与重视。SIRT3抗衰老、稳定线粒体方面的优秀表现获得越来越多的研究支持。在全球老龄化进程持续推进的背景下，深化研究水平，将基础理论与临床应用相结合，开拓临床治疗新方向将为神经退行性疾病的早期预防及治疗，改善病患的预后及生存质量带来新的希望。

天然药物仍是尚未完全开发的医药资源宝库。对天然药物及其相关成分的开发利用是当前国内外药物研究的焦点及核心。白藜芦醇是21世纪最成功的天然药物成分之一，已在日本、加拿大等发达国家的食品药品市场广泛应用，取得了良好的治疗效果与经济收益。开发研究天然药物成分，尤其是开发解决临床上难治的、预后不良的、一般药物治疗副作用大的神经退行性疾病的天然药物成分，可以为患者减轻负担、争取最佳治疗效果带来机遇，降低临床医生的诊疗负担，促进相关产业的发展。

作为中华民族的瑰宝，中医药历史悠久，深受人们信赖。现有研究已证明姜黄素、没食子、针灸等对治疗神经退行性疾病有确切疗效，但中药及针灸的治疗机制及原理并不明确，甚至存在争议。为促进中医药文化的现代化、科学化、全球化、权威化，引入现代科学技术，阐明中医药治疗神经退行性疾病的原理，完成现代药理学与传统经验医学的有机结合是稳固中医药理论地位，促进中医理论在现代医疗体系下的适应与革新的必由之路。

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（收稿日期：2021-09-07）

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（202011230008）

①齐齐哈尔医学院 黑龙江 齐齐哈尔 161006

通信作者：王月飞