SIRT1与衰老分子机理研究进展

摘要：指出了SIRT 1（沉默信息调节因2相关酶1） 是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD ）+依赖的组蛋白去乙酰化酶，可使多种蛋白的赖氨酸残基脱去乙酰基。SIRT1可作用于p53、FOXO、NF-κB、PPAR-γ等一系列底物，参与不同的信号途径，调控细胞的应激反应、凋亡和衰老。深入研究SIRT1对衰老的调控机理，有助于揭示衰老的复杂分子机制，并为以SIRT1为靶点延长人类寿命的新思路提供理论基础。对从SIRT1与衰老的分子机理最新研究进展进行了综述。

关键词：SIRT1；衰老；乙酰化；细胞凋亡

1引言

衰老（Senescense）又称老化，是指生物体在其生命的后期所进行的全身性、多方面、循序渐进的退化过程，这种退化过程在整体水平、组织细胞水平及分子水平各个层次均有体现[1，2]。SIRT1（沉默信息调节因子2 相关酶1） 是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙酰化酶（HDAC），是Sir2 的同源物。到目前为止，SIRT1 是SIRT家族中研究最为深入的一个成员，以许多非组蛋白和组蛋白为底物参与多种细胞生物学功能如基因转录沉默、细胞生长周期调节、能量代谢包括糖异生和脂质累积、胰岛素分泌、血管生成、神经保护以及细胞衰老有着密切关联。目前，SIRT1 在抗衰老方面具有的重要作用已引起人们高度关注。随着衰老的研究进入分子时代，包括“长寿基因”、自由基理论、端粒酶理论及表观遗传学等领域研究都有了新的进展，科学家们在理解衰老机制上已经有了长足的进步，深入全面地研究衰老的内在机制和外在环境对衰老的影响，使人类在延缓衰老、预防衰老相关疾病的发生上有了可靠的保证。本文将就SIRT1与衰老的分子机理作一简要阐述。

2SIRT1的结构与生物学特性

SIRTs是NAD+依赖的去乙酰化酶，从细菌到人类广泛分布，是一类具有高度保守性的蛋白质家族，通过去乙酰化组蛋白和非组蛋白调节细胞的许多功能如基因修复、寿命、代谢以及氧化应激等[3，4]。哺乳动物Sirtuin蛋白家族包含7个成员（Sirtuin1-7），它们均含有一个由约275个氨基酸组成的保守的核心催化结构域，能与多种蛋白质结合，参与许多重要生命过程的调控[5～7]。人类SIRT1编码基因位于染色体19q22.1，包含9个外显子和8个内含子，长约33 kb，5"及3"端各有一个分别为53bp及1793bp的非翻译区。SIRT1由500个氨基酸残基组成，所编码的蛋白分子量为60kDa，分布在细胞核中。SIRT1具有高度保守的催化结构域，它的催化核心包括两个结构域，NAD+结合结构域由多样的Rossmann折叠构成，另一个较小的次级结构域由一个螺旋结构和一个锌结合结构组成，两个结构域的接触部位形成了较大凹槽，供 NAD+及乙酰基结合[8]。

SIRT1高度表达于成人的脑、心脏、骨骼肌及皮肤[9]，具有NAD+依赖的去乙酰酶的活性，通过与不同的非组蛋白和组蛋白的乙酰化与去乙酰化作用来完成不同的生理功能。它能够调节转录因子p53、PML、BCL6、TAF168、CTlP2、HES1、HEY2、Myo-D 的活性，从而参与FOXO1、FOXO3a /FOXO、过氧化物酶体增殖活化物受体γ（PPAR-γ） 、NF-κB 的信号通路，并还可以直接参与转录沉默、修饰染色质、调节减数分裂控制点、增加基因组稳定性、抑制r DNA重组，此外，SIRT1还能调节多种代谢活动（图1）[10]。从而与代谢综合征、衰老、基因稳定性、肿瘤、神经退行性疾病的发生密切相关[10～12]。

3SIRT1与衰老的分子机制

衰老是一个极为复杂的过程，受多种因素调控。目前关于衰老的理论主要有自由基学说、线粒体DNA损伤学说、端粒学说和衰老的基因学说等。SIRTs家族的发现为衰老机制的深入研究增添了一丝神秘的色彩，其中SIRT1是哺乳动物SIRTs家族中研究最深入最彻底的。SIRT1研究无疑对人们更好地理解在生命过程中发挥重要作用的各类分子的机制并推动衰老研究的发展起到了引领的作用。多项研究表明，SIRT1可通过抑制细胞凋亡，调控新陈代谢（热量消耗、脂肪贮存等），维持氧化应力下线粒体的正常功能以及抑制炎症等多个方面延缓细胞的衰老[13，14]。

3.1SIRT1与p53、p73

p53 是最早发现的SIRT1 生理性底物。p53是抑癌基因，与细胞凋亡和肿瘤的发生发展密切相关。在衰老过程中也涉及p53通路的活化。早先有研究确认，SIRT1能使p53蛋白去乙酰化并使其表达下调，使用免疫沉淀法，在体内和体外均能检测到p53的Kk82位点被去乙酰化。Luo J[15]等用200μM H2O2处理人正常成纤维IMR-90细胞24h后观察到，80%的细胞发生凋亡，而转染SIRT1基因的细胞，在处理条件相同的条件下，仍然有70%的细胞存活。Langley E等在原代培养的小鼠胚胎成纤维细胞过度表达PML蛋白，细胞出现衰老表型，经检测发现p53蛋白被乙酰化，而向细胞中转染SIRT1基因能拮抗PML的至衰老作用，并且间接免疫荧光法检测到SIRT1与p53共定位在PML核体中[16]。这些研究充分表明SIRT1在氧化应激和DNA损伤中的重要作用。此外，在突变的细胞中过量表达的SIRT1可增加细胞对环境的应激能力[17]，Sirt1还可使P53 的协同激活物P300 发生脱羧化，活性下调，进而使细胞远离凋亡。这些结果提示SIRT1 可对抗p53 途径的凋亡，从而延缓细胞衰老。

图1SIRT1参与多种调控及代谢活动

p73 是一种与p53 高度同源的基因，它编码两个蛋白质TAp73a 和TAp73b。两者相似性说明P73可能在功能上和P53 有相似性，P73 和P53 可能共同诱导细胞凋亡的发生。Dai 等[18]证明了SIRTI 也能结合p73，抑制p73依赖的基因转录活性，并通过去乙酰化作用减弱了p73 的转录活性，在一定程度上抑制了由p73 诱导的细胞凋亡，并促进细胞生存。

3.2SIRT1与FOXO家族

FOXO家族是转录调节因子，也是胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路中的关键分子。胰岛素样生长因子系统与许多肿瘤如原发性肾上腺肿瘤的发生进展有一定相关性[19]。FOXO依赖的细胞反应包括糖异生、神经肽分泌、细胞萎缩、自我吞噬、凋亡、细胞周期停滞及应激限制等[20]。哺乳动物FOXO家族包括FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6共4个亚型，其中FOXO1、FOXO3和FOXO4均是参与控制寿命及衰老信号转导通路的重要转录因子。研究证实FOXO受SIRT1调节，在哺乳动物体内，SIRT1蛋白可与FOXO1形成蛋白复合物并使FOXO1去乙酰化，当4个半LIM结构域-2与上述蛋白复合物结合后，可显著增强SIRT1对FOXO1的抑制效应[21]。此外，FOXO3a具有引起细胞凋亡的功能，用过氧化氢溶液处理293T细胞后，可检测到FOXO3a明显地乙酰化，SIRT1和FOXO3a形成蛋白复合体，使凋亡的细胞数减少1倍[22]。

FOXO蛋白家族激活或抑制多种靶基因，如对细胞周期起调节作用的p27kip1和细胞周期素D（CCND）CYR61、介导细胞凋亡的Bim和FasL基因[23]、肿瘤坏死因子（TNF）与肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配基（TRAIL）[24]、参与DNA损伤修复的RAD51基因等。进而阻滞细胞增殖与凋亡，延缓机体衰老。SIRT与FOXO3a调控途径详见图2。

图2SIRT1与FOXO3a调控途径

3.3SIRT1与Ku70

Ku70 是Ku蛋白复合物的亚单位，它与DNA 双链断裂后的非同源性修复有关。细胞DNA损伤后，发生DNA修复应答，若DNA修复缺陷，细胞会发生不可逆的复制性衰老或者凋亡。Uhl等[25]在衰老和肿瘤病研究中发现，Sirt同源重组功能对维持基因稳定性有重要意义。Jeong等[26]发现Sirt1能和KU70结合，去乙酰化其特异位的氨基酸残基，增强DNA修复能力。相反，在细胞凋亡时，修复蛋白Ku70 的K331、K539、K542 被乙酰化，导致与其结合的Bax 释放出来，移位到线粒体中启动凋亡通路，SIRT1 使Ku70 去乙酰化，明显地减少凋亡的细胞[27]。

3.4SIRT1 与其它底物

SIRT1可调控机体能量代谢，通过关键的代谢相关基因如PGC-1α来抑制脂肪发生和增加胰岛β细胞的胰岛素分泌[28]，进而增加应激的抵抗能力并延长寿命。另外，尽管SIRT1被划入HDAC，但其底物范围要广泛得多[29]。在球细膜细胞模型中，SIRT1通过将Smad7去乙酰化抑制转化生长因子（TGF-？）诱导的凋亡[30]。NF-κB转录因子系统作为原始的主动防御系统，可针对外源性及内源性的威胁发生免疫反应，包括与衰老有关的氧化应激。Yeung等[31] 研究发现，NF-kB的RelA亚单位是SIRT1的作用靶点，SIRT1在体内可使其310位赖氨酸脱去乙酰基，采用SIRT1激活剂白藜芦醇作用于染色质相关的SIRT1蛋白增强其去乙酰化作用后发现，NF-kB调控基因表达缺失。Salminen等[30]也证实，NF-κB信号的激活可诱导一系列的衰老改变，而SIRT1等长寿基因具有明确的抑制NF-κB信号的作用，从而延缓衰老进程。过氧化物酶增殖物激活受体γ（PPARγ）是调节脂肪形成最主要的转录因子之一，它调控着许多中间型转录因子的表达[32]。它的表达可诱导脂肪酸结合ap2的表达[33]，脂肪在体内的过多沉淀，导致的许多相关疾病对人类的健康长寿有着很大的威胁。研究发现[34]，SIRT1可直接结合于PPARγ阴性的协同因子2NCOR和SMRT上，在脂肪特异性基因的启动子处与PPARγDNA的结合位点相联合。国外有研究发现SIRT1通过抑制PPARγ表达来促进脂肪动员，减少脂肪生成[35]。SIRT1扮演着脂肪生成的负调控子，从而减少细胞的脂质过氧化的损伤，从一定程度上使人类寿命得以延长。

4结语

衰老的分子机制是相当复杂的，最近几年科研人员的不断探索已基本揭开SIRT1与衰老分子机制的神秘面纱。这些基础研究为白藜芦醇等抗衰老药物的开发提供了新思路和必要的理论基础，而SIRT1也注定要成为筛选抗衰老药物的新靶点。糖尿病、神经退行性疾病、心血管疾病、骨关节炎等与衰老相关疾病严重威胁着人类的健康，随着SIRT1与衰老分子机制的深入研究，以SIRT1为靶点的基因治疗手段必将在延长人类寿命的进程中起着巨大的推动作用。

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