去乙酰化酶的功能及其在体育科学中的应用

摘 要：Sirtuins(SIRTs)是依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的去乙酰化酶。除了对染色质组蛋白赖氨酸残基去乙酰化实现对基因的表观遗传修饰外，SIRT1可以调节多种关键转录调节因子及辅因子活性。SIRTs所介导的生理过程包括控制氧化应激响应、能量内稳态控制和运动代谢适应等。体育活动对代谢性疾病的预防或对衰老的延缓可能与SIRTs活性密切相关。多种运动训练方式和补充SIRTs小分子活性物质都能提高骨骼肌、脂肪、心肌和脑等脏器的SIRTs活性，提升机体抗疲劳及能量代谢适应的能力。SIRTs可能是表征功能内稳态的潜在标志物。

关 键 词：运动生物化学；去乙酰化酶；运动训练；功能内稳态；综述

中图分类号：G804.7 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2011)06-0138-07

Functions of sirtuins and their applications in sports science

LI Fang-hui1，CAO Wei1，ZHAO Jun1，2，LIU Cheng-yi1，HAO Xuan-ming1

（1.Laboratory of Laser Sports Medicine and Research Center of National Constitution and Health，

South China Normal University，Guangzhou 510006，China；

2.Department of Physical Education，Jinan University，Guangzhou 510630，China）

Abstract: Sirtuins (SIRTs) are nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) dependent deacetylases. Besides realizing epigenetic modification on genes via the deacetylation of lysine residues in chromatin histones, SIRT1 can regulate the activity of several critical transcription regulating factors and cofactors. Physiological processes mediated by SIRTs include oxidative stress response control, energy homeostasis control and exercise metabolism adaptation. Physical exercises preventing metabolic diseases or delaying aging may be closely related to SIRTs activity. Various ways of sports training and supplementing SIRTs activating small molecule active substances can enhance the SIRTs activity of such organs as skeletal muscle, fat, cardiac muscle and brain, and boost the fatigue resistance and energy metabolism adaptation capacities of the body. SIRTs may be potential biomarkers that characterize functional homeostasis.

Key words: sports biochemistry；sirtuin；sports training；functional homeostasis；overview

尽管人类个体的寿命逐渐延长，人类寿命的延长仍然是一个热点话题。大量研究表明，热量限制(caloric restriction，CR)可以延长酵母、蠕虫、啮齿动物和非人类灵长类动物等物种的寿命[1]。酵母、秀丽隐杆线虫和果蝇中Sir2过表达可以通过与CR类似的过程延长寿命。依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的去乙酰化酶(sirtuins，SIRTs)与酵母Sir2蛋白同源。最近的研究表明，SIRTs所介导的过程包括转录沉默、染色体稳定、细胞周期进展、细胞凋亡、自我吞噬、代谢、生长抑制、炎症和应激响应[2]。体育运动可以通过提高SIRTs活性抗衰老和预防代谢性疾病和心脏病[3-4]。运动性疲劳及运动性免疫抑制也可能与骨骼肌和免疫细胞SIRTs活性下调有关。运动代谢适应也与SIRTs密切相关。本文从内稳态[5]的角度综述SIRTs的基本功能及其在体育科学中的应用。

1 SIRTs基因家族的功能及系统进化关系

SIRTs是去乙酰化酶的第3家族，包括SIRT1至SIRT7 7个成员。它们含有共同的由275个氨基酸构成的保守核心催化区。每个成员具有不同的生理功能和亚细胞定位[6]。SIRT1、SIRT6和SIRT7是核蛋白，SIRT6和SIRT7分别位于异染色体区域和核仁内，SIRT6去乙酰化缺氧诱导因子，控制糖酵解等相关基因表达[7]。此外，SIRT6也可去乙酰化组蛋白H3第9位赖氨酸，通过抑制核转录因子(nuclear ranscription factor-κB，NF-κB)转录活性而延长小鼠寿命[8]。SIRT7可以去乙酰化激活RNA聚合酶I，增加细胞rRNA生物合成及促进细胞增殖[9]。

SIRT1主要位于常染色体区域，SIRTs 7个成员中SIRT1构象与Sir2最为相似。人类的SIRT1蛋白由500个氨基酸残基组成，其中第363位的组氨酸是去乙酰化活性的必需基团。除了能将组蛋白H1第26位、H3第9位、H4第16位赖氨酸去乙酰化，SIRT1也可去乙酰化调节多种转录因子活性，包括p53、自噬相关蛋白atg5/7/8、热休克因子1、NF-κB、叉头转录因子家族(the forkhead box O family，FoxO)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator，PGC)-1alpha[2]。

SIRT3、SIRT4和SIRT5主要定位于线粒体基质中。SIRT3去乙酰化长链乙酰辅酶A脱氢酶在稳定线粒体基因完整性和能量内稳态发挥重要作用[10-11]。SIRT5通过上调氨基甲酰磷酸合成酶活性控制尿素循环[12]。在SIRTs家族中，SIRT4是唯一不具有去乙酰化酶活性的蛋白酶。研究发现，SIRT4通过其二磷酸腺苷核糖基转移酶活性下调谷氨酸脱氢酶活性，抑制胰岛细胞的胰岛素分泌[13-14]。