SIRT1在变应性鼻炎中的作用及其研究进展

张静月，姜雪莲，张小兵，2

(1.兰州大学第一临床医学院，甘肃 兰州 730000； 2.兰州大学第一医院 耳鼻喉头颈外科，甘肃 兰州 730000)

变应性鼻炎是特应性个体接触致敏原后导致的由IgE介导的I型变态反应，由肥大细胞、嗜酸性粒细胞和淋巴细胞等多种免疫细胞和炎性介质参与的鼻黏膜非感染性炎性疾病。临床上主要表现为反复发作的打喷嚏、鼻塞、清水样涕[1]。一项流行病学调查显示，全世界有20%～30%的人群受到变应性鼻炎的困扰，严重影响着人们的工作效率、学习成绩、睡眠质量、精神状态、社交生活等[2]。近年来研究表明沉默信息调节因子2相关酶1(silent information regulator 2 homolog 1，SIRT1)作用于信号通路中的相关蛋白质，使其去乙酰化，在神经保护、细胞衰老凋亡、糖脂类代谢、炎症、氧化应激反应、血管生成等过程发挥着重要作用。SIRT1可抑制炎症因子的释放，减轻组织的炎症损伤，已有研究证实SIRT1天然激动剂白藜芦醇抑制变应性鼻炎小鼠气道炎症，改善其症状。因此，本文总结了SIRT1在变应性鼻炎相关信号通路中的作用机制，并对研究现状进行分析。

1 SIRT1的生物学特性

1.1 SIRT1的结构

1986年，Lvy等[3]最先研究酵母时分离并鉴定出一种与细胞寿命有关的基因，随后在研究线虫和果蝇时也发现了这种基因，命名为沉默信息调节因子2(silent information regulator 2，Sir2)。1999年，Frye[4]率先在人体中鉴定出与Sir2同源的蛋白质家族，命名为SIRT1，在哺乳动物中，发现SIRT1-7等7种，SIRT1与酵母中Sir2同源性最高，在呼吸系统中研究最为广泛。SIRT1由747个氨基酸组成，形成一个高度保守的催化核心结构域，其侧翼为长度和序列可变的N-末端和C-末端域。N-末端和C-末端域对于SIRT1的活性至关重要，可将SIRT1的催化活性提升12～45倍[5]。催化核心结构域由大小两个基本结构域构成，较大的结构域由Rossmann折叠构成, 其保守性较高，含有NAD+结合位点。Rossmann折叠由6链平行的β-折叠(β1-β3、β7-β9)形成蛋白质核心，8个α螺旋(αA、αB、αG、αH和αJ-αM)聚集在β折叠上。较小的结构域含有1个锌指结构及螺旋构件，其结构更加多样化。锌指结构由3链反向平行的β-折叠(β4-β6)和单个α螺旋(αI)组成，包含保守的Zn+结合特征序列Cys-X2-4-Cys-X15-40-Cys-X2-4-Cys。Rossmann折叠结构域形成NAD+结合位点的底部，大域和小域之间的环状结构形成的裂隙，尤其是辅因子结合环构成催化口袋的其余部分，NAD+和乙酰赖氨酸底物均在此裂隙中结合形成酶-底物复合物发生酶促反应[6]。

1.2 SIRT1的作用

SIRT1主要定位于细胞核，研究者发现细胞种类及分化程度不同，其定位也不同，并且存在核质穿梭现象，从而调节细胞质中的靶标[7]。SIRT1使组蛋白残基(包括H3-K9、H4-K16和H1-K26)以及参与转录调节的多个非组蛋白，包括p53、叉头框蛋白O1/3、过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)等脱乙酰基化，通过靶向这些蛋白质，SIRT1能够调节许多重要的信号通路，在DNA修复和凋亡、神经元增殖分化、线粒体生物发生、糖脂代谢、自噬、细胞应激反应和炎症反应中发挥重要作用[8]。

2 SIRT1与免疫细胞的关系

近年来研究发现，SIRT1可调节巨噬细胞、树突状细胞等先天性免疫细胞的活动，影响其细胞因子的产生，还可协调T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖、激活与分化，从而参与免疫性疾病的发生[9]。SIRT1缺陷小鼠表现出异常的T细胞活化和CD4+T细胞耐受性的破坏[10]。体外试验证实SIRT1激动剂SRT1720抑制卵清白蛋白诱导的脾细胞增殖及白细胞介素(interleukin，IL)-6和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的产生，推测SIRT1激活剂可能调节T细胞活化并抑制T细胞增殖[11]。肥大细胞、嗜酸性粒细胞和淋巴细胞等多种免疫细胞和炎性介质在变应性鼻炎的发生发展中发挥重要作用，推测SIRT1可作用于相关免疫细胞参与变应性鼻炎的发病。

巨噬细胞作为体内重要的吞噬及抗原提呈细胞，在固有免疫及适应性免疫中发挥重要作用，是参与慢性炎症性疾病，例如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、变应性鼻炎中最主要的炎症细胞之一。实验发现慢性阻塞性肺疾病患者巨噬细胞中SIRT1表达明显下降，并且与患者的肺部炎症具有相关性[12]。Imperatore等[13]研究表明SIRT1 抑制剂通过抑制E2F1和Myc基因的转录激活负向调节G1/S过渡和细胞周期进程，表明SIRT1失活抑制了骨髓衍生分化过程中的巨噬细胞增殖能力。Qiang等[14]研究发现，在炎症组织中SIRT1的缺失可抑制巨噬细胞的募集。Zhang等[15]研究表明SIRT1有助于抑制腹膜巨噬细胞中激活蛋白-1转录活性和环氧化酶-2表达，从而增强腹膜巨噬细胞的吞噬作用。以上研究结果表明SIRT1与巨噬细胞增殖、活化相关。

树突状细胞(dendritic cell, DC)将抗原提呈给T细胞和B细胞，以及产生大量不同的细胞因子和趋化因子在变应性鼻炎中发挥重要作用。Legutko等[16]证实了在小鼠哮喘模型中，SIRT1抑制剂通过激活DC过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ, PPAR-γ)活性来干扰DC的活性，从而抑制Th2细胞反应及过敏性气道炎症；抑制SIRT1会使DC表面成熟标记物CD40、CD80、CD86和CCR7表达降低，提示SIRT1可促进DC的成熟和迁移。基于“同一气道、同一疾病”的观点，SIRT1是否影响DC的活性，在变应性鼻炎中未见报道，仍有待探索。

3 SIRT1在变应性鼻炎及哮喘中的相关信号通路

3.1 NF-κB信号通路

NF-κB作为一种转录因子，是促炎基因表达最重要的调节剂之一[17]。NF-κB通常以p50/p65二聚体形式存在于细胞质中，当受到刺激时，IκB被磷酸化、泛素化及蛋白酶体降解，与NF-κB解离，p50/p65活化并转位入核，启动下游炎症因子基因表达。而p65蛋白的310位赖氨酸乙酰化可提高NF-κB的转录活性[18]。SIRT1是一种抗炎分子，其水平降低与炎症的发展有关[19]。Colley等[20]人从严重哮喘患者身上分离出来的外周血细胞中，发现SIRT1的蛋白质表达降低以及活性的降低，并且其活性的降低与肺功能的恶化直接相关。研究表明SIRT1使p65蛋白310位赖氨酸去乙酰化，降低NF-κB转录功能，抑制下游炎症因子的产生[21]。Yuan等[22]在动物及细胞实验中证实了SIRT1通过p65亚基的脱乙酰基作用来抑制NF-κB转录活性；同时在变应性鼻炎小鼠中发现SIRT1还可下调高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1, HMGB1)的表达，进而通过抑制Toll样受体4(toll-like receptors4，TLR4)/NF-κB通路释放炎性细胞因子如IL-4、IL-13、IL-5、IL-10、IL-6及TNF-α，减轻了小鼠变应性鼻炎症状。SIRT1激动剂白藜芦醇处理变应性鼻炎小鼠后发现小鼠鼻黏膜SIRT1mRNA及蛋白表达增加，而HMGB1和TLR4表达降低[23]。Chen等[24]研究发现中药制剂岩白菜素也可通过增强SIRT1活性，降低NF-κB的p65蛋白的乙酰化水平，阻断NF-κB信号通路，从而抑制了TNF-α诱导的炎症反应。总之，SIRT1通过抑制TLR4/NF-κB通路，降低了相关炎性因子的释放，参与变应性鼻炎的进展。

3.2 磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)信号通路

PI3K/AKT信号通路参与调节细胞生长、增殖、分化及凋亡，在变应性气道炎症中，PI3K通路通过协调炎症因子的释放及中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨噬细胞的募集及激活发挥其作用[25]。研究发现抑制SIRT1，会以时间依赖的方式增加IL-6 mRNA及其蛋白表达水平，并伴随着16HBE细胞系中AKT途径激活增加。SIRT1激活剂白藜芦醇抑制了AKT通路的激活和IL-6的表达，降低了小鼠的气道炎症[26]。Zhang等[27]敲除16HBE细胞系中SIRT1及AKT基因后，发现该细胞系IL-6水平增高，并且可被AKT抑制剂逆转，以此提出SIRT1通过AKT途径调节人支气管上皮细胞中IL-6的表达，参与哮喘的炎症进展。Wang等[28]发现在哮喘患者中，肺SIRT1的表达降低而血清SIRT1的表达升高，同时血清SIRT1水平与IgE水平呈正相关，与肺功能呈负相关，因此推测高血清SIRT1水平是由于气道炎症以及随后SIRT1从炎症细胞释放引起，血清SIRT1水平升高可能代表哮喘的新生物学特征。

SIRT1-PI3K-AKT信号通路在哮喘中已有相关研究，越来越多的研究表明SIRT1在哮喘气道炎症和气道高反应性中发挥重要作用，甚至已有学者提出SIRT1可作为哮喘的新生物学特征。基于此，未来有望通过靶向SIRT1调节变应性气道炎症。

4 SIRT1激动剂及抑制剂在变应性气道炎症发病机制中的作用

4.1 激动剂

白藜芦醇是一种植物多酚类化合物，作为SIRT1的天然激动剂广泛存在于葡萄、黑莓、蓝莓和花生等天然植物或果实当中。Howitz等[29]在2003年率先证实白藜芦醇通过激活细胞内SIRT1的活性，调控下游基因转录，进而发挥其抗衰老、抗炎、抗肿瘤及保护心血管作用。其作用机制是白藜芦醇及其小分子激动剂结合到酶-肽底物复合体的氨基变构位点上，并增加对乙酰化底物的亲和力[30]。在对151例严重变应性鼻炎患者的临床研究中发现，白藜芦醇抑制患者血清中的炎性细胞因子水平(如IL-4和TNF-α)，改善患者的生活质量，提出鼻用白藜芦醇能够显著改善变应性鼻炎成人的鼻部症状[31]。一项随机双盲安慰剂研究中发现，白藜芦醇联合羧甲基-β-葡聚糖显著减少花粉诱导的变应性鼻炎儿童鼻痒、喷嚏和清水样涕等症状[32]。实验发现,白藜芦醇通过上调SIRT1的表达，减轻变应性鼻炎小鼠症状、炎症因子释放以及降低鼻腔灌洗液嗜酸性粒细胞和淋巴细胞等炎症细胞数量[23]。在变应性气道疾病的小鼠模型中，白藜芦醇降低肺组织嗜酸性粒细胞浸润，减少黏液分泌和杯状细胞增生，抑制气道炎症和气道高反应性，产生与糖皮质激素相似的作用[33]。随后，Royce等[34]也证实用白藜芦醇治疗卵清白蛋白诱导的小鼠模型肺组织切片中发现上皮下胶原沉积明显减少，提示白藜芦醇可改善慢性变应性气道疾病气道重塑。白藜芦醇的主要局限性是生物利用度差[35]，促使研究者设计、合成了一系列小分子激动剂，例如SRT1720、SRT2104、SRT1460、SRT2183和SRT2379。Ichikawa等[11]发现卵清白蛋白致敏小鼠SIRT1mRNA在肺中的表达降低，使用SIRT1激活剂SRT1720，可抑制哮喘小鼠中的气道炎症，减少嗜酸性粒细胞等炎症细胞肺浸润以及肺泡灌洗液中IL-5和IL-13的水平。SRT2104是研究最多的小分子激动剂，参与多项临床试验，作为Ⅱa期临床试验药物，并且Ⅰ期试验表明该药物安全且耐受性良好[36-37]。动物实验和临床试验均证实白藜芦醇可降低变应性鼻炎的炎性因子水平，改善变应性鼻炎患者和小鼠的鼻部症状，表明白藜芦醇可作为变应性鼻炎临床治疗的一种潜在药物。

4.2 抑制剂

SIRT1抑制剂种类由早期的自身酶促反应的底物类似物或产物类似物发展到各种小分子抑制剂。目前唯一进入临床的选择性 SIRT1 抑制剂是Ex-527，它已被纳入一项针对正常健康志愿者的研究[38]以及一项针对亨廷顿病患者的研究[39]。与上述研究相反，有学者报道了SIRT1在哮喘和变应性鼻炎小鼠模型中的促炎作用，并使用SIRT1抑制剂干预后观察到气道炎症指标的下降及鼻部症状的缓解[16, 40-41]。在气道炎症中，SIRT1主要通过以下机制发挥促炎作用：①上调缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)的表达；②抑制PPAR-γ表达；③调节哺乳动物雷帕霉素复合物1(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路。研究表明SIRT1可能参与了 HIF-1α的激活[42]。Kim等[40]实验发现SIRT1抑制剂通过抑制变应性气道疾病中的HIF-1α激活来调节血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)表达，从而减轻哮喘小鼠模型的气道炎症和高反应性。随后，Niu等[41]发现SIRT1抑制剂减弱了变应性鼻炎小鼠的症状和炎症指标，其作用与DC中HIF-1α有关。Picard等[43]报道了在脂肪组织中，SIRT1可抑制PPAR-γ活性。在气道炎症反应中，SIRT1抑制树突细胞中的PPAR-γ活性，并参与诱导Th2免疫反应导致IL-4、IL-5和IL-13的释放，应用SIRT1抑制剂，树突细胞中PPAR-γ活性的增加，哮喘小鼠的气道炎症反应降低[16]。SIRT1表达增加会诱导自噬，SIRT1激活可以增强自噬[44]，在卵清蛋白诱导的小鼠中观察到气道平滑肌细胞的自噬增强，抑制自噬可显著减轻小鼠的气道炎症及哮喘症状[45]。马进等[46]观察到部分变应性鼻炎患者鼻甲黏膜中自噬相关基因Beclin1和p62的异常表达，提示变应性鼻炎与自噬存在关系。Wu等[47]发现SIRT1抑制剂EX-527可通过mTOR通路抑制自噬反应来抑制过敏性气道炎症，下调了Th2相关细胞因子IL-4和IL-13的表达，并上调Th1型细胞因子干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)。在脂多糖诱导的急性肺损伤中，SIRT1 抑制剂 EX-527作用于mTOR降低了血浆中TNF-α和IL-6水平，减轻了肺组织白细胞浸润、支气管壁增厚和肺泡水肿[48]。基于SIRT1在变应性鼻炎和哮喘等气道炎症疾病中的促炎作用，应用SIRT1抑制剂可降低气道炎症反应。

5 总结

以上研究表明，SIRT1抑制剂及激活剂可作用于不同信号通路中的靶蛋白，调控变应性鼻炎等变应性气道疾病的气道炎症。一方面，SIRT1的抗炎作用归因于对NF-κB和PI3K/AKT信号通路的抑制，另一方面，SIRT1的促炎作用表现为HIF-1α和VEGF表达的增加[38]以及 PPAR-γ活性的抑制[16]。提示SIRT1可能在调节变应性气道炎症方面表现双面性,这可能是导致运用SIRT1的激动剂和抑制剂都能起到调节炎症反应控制变应性鼻炎发作的原因。导致SIRT1在变应性鼻炎和哮喘等气道炎症中发挥双重作用的确切机制尚不明确，因此，需要更多的实验来验证先前结论相悖的研究。

SIRT1作为Sirtuins家族的一员，因其与细胞寿命有关而走进研究者的视野。近年来，SIRT1在哮喘、慢性阻塞性肺疾病等呼吸道疾病中的作用受到广泛关注。目前的研究表明SIRT1可作用于相关炎症信号通路及免疫细胞，使靶蛋白去乙酰化，参与变应性鼻炎的发生、发展。SIRT1激动剂及抑制剂均可以改善变应性鼻炎小鼠的临床症状及减轻炎症指标，提示SIRT1在变应性鼻炎中的发病机制中的作用方式多样，但是其确切机制尚不明确，并且针对SIRT1在变应性鼻炎的基础研究较少，仍有待进一步探索。随着进一步研究，有望提出变应性鼻炎治疗的新策略。