Sirtuins家族成員抗衰老作用研究進(jìn)展,病理學(xué)論文

Sirtuins家族成員抗衰老作用研究進(jìn)展,病理學(xué)論文衰老是生物體在遺傳因素和內(nèi)外環(huán)境互相作用下出現(xiàn)進(jìn)行性,不可逆的生理功能下降的生物學(xué)經(jīng)過(guò)。早在75年前,McCay和他的同事首先發(fā)現(xiàn)熱量限制的大鼠比自由飲食的大鼠壽命更長(zhǎng)。盡管這一發(fā)現(xiàn)已然過(guò)去了很久,但對(duì)于促使壽限延長(zhǎng)的分子機(jī)制一直撲朔迷離。最初在酵母中發(fā)現(xiàn)的沉默信息調(diào)控因子2(Sir2),是一種NAD+依靠性去乙酰轉(zhuǎn)移酶,在對(duì)于酵母壽限的調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要的作用。后來(lái),在通過(guò)熱量限制延長(zhǎng)酵母壽限方面,發(fā)現(xiàn)Sir2在華而不實(shí)起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)推出了生物學(xué)中一個(gè)新的領(lǐng)域:對(duì)于Sir2以及其在哺乳動(dòng)物中的同源蛋白Sirtuins家族的研究。華而不實(shí),SIRT1抗衰老作用經(jīng)歷了肯定,質(zhì)疑,再到肯定的一個(gè)經(jīng)過(guò);SIRT6則是Sirtuins家族具有抗衰老作用的另外一個(gè)重要的家族成員。1、Sirtuins家族成員及其與衰老長(zhǎng)壽的關(guān)系Sirtuins家族主要有7個(gè)蛋白成員:SIRT1-SIRT7。它們?cè)诩?xì)胞中分布較為廣泛,功能也較為多樣。Michishita等2005年研究發(fā)現(xiàn)SIRT1、SIRT6和SIRT7分布于細(xì)胞核中的不同部位,SIRT1主要分布于核小體內(nèi),SIRT7主要存在于核仁,SIRT2通常存在于胞漿中,而線粒體中存在較多的是SIRT3、SIRT4和SIRT5,華而不實(shí)SIRT3主要在線粒體內(nèi)膜,SIRT5多分布于線粒體內(nèi)膜腔和基質(zhì)中。Sirtuins蛋白家族在細(xì)胞中的廣泛分布,介入調(diào)控細(xì)胞分化與凋亡,細(xì)胞周期,新陳代謝與基因組穩(wěn)定等方面。由于Sirtuins是一種NAD+依靠性組蛋白去乙?；?因此它通過(guò)賴氨酸去乙酰化來(lái)改變蛋白質(zhì)的活性以及穩(wěn)定性來(lái)調(diào)控衰老經(jīng)過(guò)。Sirtuins家族中,當(dāng)前已經(jīng)知道SIRT1、SIRT3和SIRT6與衰老和長(zhǎng)壽有關(guān),華而不實(shí)SIRT1和SIRT6與調(diào)控衰老及長(zhǎng)壽的關(guān)系最為密切,是探究衰老機(jī)制與干涉的研究熱門和方向,并且已經(jīng)在很多方面獲得了重大進(jìn)展。基于此,本文重點(diǎn)綜述SIRT1和SIRT6最新研究進(jìn)展。2、SIRT1的研究進(jìn)展人類的Sirtuins家族中SIRT1是與Sir2同源性最高的同系物,主要位于細(xì)胞核內(nèi)。SIRT1除了能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老,細(xì)胞增殖與凋亡,炎癥反響以及維持機(jī)體新陳代謝外,還介入很多老年相關(guān)疾病的預(yù)防,如癌癥,阿爾茨海默病和2型糖尿病等,并在其進(jìn)展中發(fā)揮重要的保衛(wèi)作用。Sirtuins蛋白的過(guò)表示出曾被報(bào)道能夠延長(zhǎng)酵母、果蠅和線蟲(chóng)的壽命。在小鼠進(jìn)行的SIRT1的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表示清楚,進(jìn)行熱量限制1年的小鼠體內(nèi)SIRT1的基因高水平表示出,并且細(xì)胞的存活能力顯著加強(qiáng)。p53是SIRT1的一種生理性底物,是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡與老化的一個(gè)重要蛋白。2004年Luo等通過(guò)研究證明,SIRT1通過(guò)去乙酰化抑制p53蛋白的活性,減少通過(guò)此途徑的細(xì)胞凋亡并抑制生長(zhǎng),進(jìn)而延長(zhǎng)細(xì)胞壽命;另一方面,端粒長(zhǎng)度是細(xì)胞的生物鐘,SIRT1通過(guò)介入對(duì)端粒的調(diào)控來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的壽命;再者,SIRT1能夠調(diào)控能量代謝,通過(guò)代謝相關(guān)基因促使胰島細(xì)胞分泌胰島素,并抑制脂肪增長(zhǎng)。因此SIRT1在抗衰老領(lǐng)域被稱作抗老衰因子,是當(dāng)前研究的重要靶點(diǎn)和熱門。然而,Fabrizio等對(duì)酵母研究發(fā)現(xiàn),缺乏Sir2酵母與野生型酵母相比,能擴(kuò)展酵母的壽限,與Sir2去乙酰化酶維持細(xì)胞復(fù)制壽限相矛盾。Chua2005年通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在慢性亞致死量的毒性環(huán)境下能夠引發(fā)小鼠胚胎中成纖維細(xì)胞的凋亡,由此以為SIRT1在不同的細(xì)胞環(huán)境中對(duì)衰老的調(diào)節(jié)作用可能會(huì)有所不同。除此之外,2018年Burnett等通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)研究證明:Sir2的過(guò)表示出對(duì)于線蟲(chóng)和果蠅的壽限的延長(zhǎng)沒(méi)有影響,且與CR所引起的長(zhǎng)壽沒(méi)有關(guān)系。SIRT1調(diào)控衰老的作用遭到了質(zhì)疑,其在調(diào)節(jié)細(xì)胞壽命方面的作用也在進(jìn)一步探尋求索中。研究發(fā)現(xiàn),SIRT1的基因表示出水平在衰老小鼠的胚胎成纖維細(xì)胞、肺上皮細(xì)胞、人類內(nèi)皮細(xì)胞以及暴露于氧化劑中的巨噬細(xì)胞中有所降低。在嚙齒動(dòng)物中,SIRT1同樣呈現(xiàn)出年齡相關(guān)性的降低。缺乏SIRT1的小鼠比同窩出生的其他野生小鼠體積小且衰老更快。SIRT1通過(guò)防止應(yīng)激性過(guò)早衰老而產(chǎn)生內(nèi)皮保衛(wèi)功能,進(jìn)而調(diào)節(jié)因內(nèi)皮功能障礙引起的心血管疾病的發(fā)展。近年Hubbard團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)SIRT1機(jī)制的藥物進(jìn)行十余年研究后發(fā)現(xiàn)Sirtuins蛋白激活化合物(STACs)存在變構(gòu)激活SIRT1的共同機(jī)制。該團(tuán)隊(duì)最新研究證實(shí)SIRT1對(duì)于很多與年齡增長(zhǎng)有關(guān)疾病仍然是一個(gè)可行的治療性干涉靶點(diǎn)。SIRT1的底物之一是轉(zhuǎn)錄因子FOXO3。在慢性阻塞性肺病小鼠,肺SIRT1表示出水平下降,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子FOXO3乙?；徒到?腫瘤抑制基因p21和p16增加而出現(xiàn)肺上皮細(xì)胞衰老和肺功能損傷;通過(guò)遺傳學(xué)操作過(guò)度表示出SIRT1或使用SIRT1藥理學(xué)沖動(dòng)劑SRT1720,能減輕吸煙等引起的肺細(xì)胞衰老和延緩慢性阻塞性肺病的發(fā)生。其機(jī)制是通過(guò)去乙?；疐OXO3,減弱其降解,進(jìn)而阻止P21和p16激活引起的肺細(xì)胞衰老。除了FOXO3,其他很多介入細(xì)胞應(yīng)激反響信號(hào)和細(xì)胞衰老的SIRT1蛋白底物也已被確定,包括Ku70/Ku80,細(xì)胞外因子/-連環(huán)蛋白和沃納綜合征蛋白(Wernersyndromeprotein)。Howitz等2003年研究發(fā)現(xiàn),存在于葡萄和葡萄酒中的多酚類物質(zhì)白藜蘆醇(Resveratrol,RES)是抗衰老藥物。RES不僅能夠發(fā)揮抗氧化劑的作用進(jìn)而可預(yù)防腫瘤,近期還被以為是SIRT1的活化劑,通過(guò)抑制cAMP磷酸二酯酶使cAMP含量升高,并升高NAD+,進(jìn)而激活SIRT1。除此之外,它還能夠激發(fā)AMP-活化蛋白激酶的磷酸化,并能夠降低生物標(biāo)記物在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的氧化損傷。白藜蘆醇能夠通過(guò)激活SIRT1進(jìn)而模擬出熱量限制來(lái)延長(zhǎng)壽命的效果。盡管RES在很多老年性疾病中能夠發(fā)揮一定的作用,然而根據(jù)老年人生理特點(diǎn),其在人體內(nèi)生物利用率較低,消除半衰期較短,天天使用量較大;由于RES還能夠激活除SIRT1之外的多種蛋白激酶,不同濃度的RES發(fā)揮的作用也不盡一樣,一樣濃度的RES作用于不同的靶細(xì)胞也會(huì)起到不同的作用。因此在使用RES是還應(yīng)注意考慮其可能產(chǎn)生的副作用。最新的證據(jù)表示清楚AMPK和SIRT1之間有一定類似性。他們對(duì)很多生理經(jīng)過(guò)都具有類似的影響,這些生理經(jīng)過(guò)包括細(xì)胞代謝,炎癥反響以及線粒體功能。這些類似性是由于AMPK和SIRT1之間能夠互相調(diào)節(jié),而且他們擁有一些一樣的目的分子。這些研究成果以及當(dāng)下很多實(shí)驗(yàn)室對(duì)常見(jiàn)催化劑以及SIRT1和AMPK目的分子的研究成果促使人們開(kāi)場(chǎng)檢驗(yàn)SIRT1和主要的上游AMPK激酶(LiverKinaseB1)之間可能存在的聯(lián)絡(luò)。比方講,Hou等人在2008年發(fā)現(xiàn)了一種SIRT1/LKB1/AMPK的信號(hào)機(jī)制,這個(gè)機(jī)制證實(shí)了多酚類物質(zhì)(白藜蘆醇,SI17834)只要在SIRT1和LKB1同時(shí)存在時(shí),才能激活存在于人工培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞和小鼠活體內(nèi)肝臟細(xì)胞中的AMPK。3、SIRT6的最新研究進(jìn)展SIRT6主要存在于細(xì)胞核,在Sirtuins家族中有舉足輕重的地位。North等2003年研究結(jié)果表示清楚SIRT6具有去乙酰化的活性,因此對(duì)研究SIRT6在抗衰老領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。除此之外,SIRT6還有很強(qiáng)的ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性,能夠自發(fā)地催化本身ADP-核糖基轉(zhuǎn)移反響。SIRT6具有與Sir2類似的生物學(xué)功能,除了能夠延緩衰老,調(diào)節(jié)新陳代謝以及修復(fù)損傷的DNA之外,在最近的研究中發(fā)現(xiàn)了其新的生理特性,Mostos-lavsky等在實(shí)驗(yàn)中將小鼠體內(nèi)SIRT1-SIRT77個(gè)蛋白基因依次敲除,只敲除SIRT6的小鼠與其他小鼠相比,出現(xiàn)了壽命縮短的現(xiàn)象,伴有骨密度降低、皮下脂肪減少、淋巴細(xì)胞減少等早衰異常感覺(jué)和狀態(tài),嚴(yán)重者還會(huì)出當(dāng)代謝失調(diào),如胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)水平急劇降低,血糖下降,并在出生4w后因血糖過(guò)低而死亡。由此可知,SIRT6對(duì)于維持內(nèi)分泌代謝穩(wěn)定以及血糖的調(diào)節(jié)有著重要的作用。除此之外,SIRT6缺失的小鼠因缺少了DNA損傷后的堿基切除修復(fù)(BaseExcisionRepair,BER)方式,表現(xiàn)出對(duì)DNA損傷敏感度增高,基因組穩(wěn)定性降低,容易出現(xiàn)染色體易位和缺失。Kaidi等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),SIRT6能夠與C-端結(jié)合蛋白(CtBP)以及CtBP結(jié)合反響蛋白(CtIP)協(xié)同發(fā)生作用,促進(jìn)DNA堿基切除修復(fù),進(jìn)而使其基因組保持穩(wěn)定。當(dāng)前國(guó)際上很多學(xué)者將衰老同炎癥反響聯(lián)絡(luò)起來(lái),以為SIRT6能夠影響炎癥信號(hào)通路,尤其是核轉(zhuǎn)錄因子B(NF-B)。NF-B是一種能與免疫球蛋白K輕鏈基因的加強(qiáng)子序列特異結(jié)合的蛋白因子,通常與其抑制蛋白IB結(jié)合成無(wú)活性的形式存在于胞漿中,誘導(dǎo)激活信號(hào)可使它們分離。該信號(hào)通路存在于宿主免疫應(yīng)答體系中,介入調(diào)控炎癥反響、氧化應(yīng)激和基因毒性應(yīng)激等之外,也介入調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、自體吞噬等幾種機(jī)體本身穩(wěn)態(tài)機(jī)制。進(jìn)一步的研究表示清楚,SIRT6能夠與NF-B的RELA亞型互相作用,使NF-B靶基因啟動(dòng)子組蛋白3的賴氨酸9(histoneH3lysine9,H3K9)位點(diǎn)去乙?；?以減弱NF-B的信號(hào),減少下游炎癥靶基因轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而減輕細(xì)胞衰老、凋亡以及相關(guān)炎癥反響等生物學(xué)效應(yīng)。HongJiang近報(bào)道SIRT6通過(guò)水解長(zhǎng)-鏈脂性酰基賴氨酸,調(diào)節(jié)TNF-分泌,有助于機(jī)體抗炎效應(yīng)而到達(dá)抗衰老作用。在維持機(jī)體能量代謝方面,SIRT6的關(guān)鍵干涉靶點(diǎn)為低氧誘導(dǎo)因子1(Hif-1)。ADP核糖聚合酶1(PARP1)、NF-B以及Hif-1都是轉(zhuǎn)錄因子,SIRT6能夠?qū)ARP1、NF-B以及Hif-1這三個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在組蛋白上進(jìn)行去乙酰化而起到調(diào)控作用,使它們?cè)诮槿肫涓髯匝装Y反響、下游DNA的損傷修復(fù)以及調(diào)控與糖類、脂類等能量代謝相關(guān)酶的表示出或功能方面表現(xiàn)出有利于機(jī)體本身的效應(yīng)。生物體之所以能在演變經(jīng)過(guò)中維持基因組構(gòu)造與功能的相對(duì)穩(wěn)定,也許正是通過(guò)減少炎癥因子對(duì)機(jī)體的不良作用,減少DNA的損傷,以及提高與能量代謝有關(guān)酶的正常生理活動(dòng),以到達(dá)改善能量代謝功能低下與紊亂狀態(tài),進(jìn)而顯現(xiàn)出延緩衰老的效應(yīng),使機(jī)體在最大程度上保持相對(duì)年輕的狀態(tài)。當(dāng)前有關(guān)SIRT6蛋白的基礎(chǔ)研究結(jié)果已經(jīng)顯示,能夠促進(jìn)SIRT6蛋白表示出或活性的藥物分子,在延緩衰老、治療衰老相關(guān)疾病以及延長(zhǎng)壽命等方面有可能發(fā)揮一定的潛力。在臨床實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)很多中藥具有提高機(jī)體免疫能力,預(yù)防保健,延緩衰老的成效。例如補(bǔ)陽(yáng)藥中的代表藥物淫羊藿,歸肝腎經(jīng),長(zhǎng)于補(bǔ)腎壯陽(yáng)。陳洋等首先經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,初步提出淫羊藿中的提取物淫羊藿苷(Icariin,ICA),對(duì)SIRT6有一定的激活作用。在較低的藥物濃度環(huán)境下仍有顯著的激活作用,且對(duì)于SIRT6的激活效應(yīng)明顯優(yōu)于其對(duì)照組白藜蘆醇(RES)。淫羊藿苷(ICA)通過(guò)其對(duì)SIRT6酶蛋白的激活,使年老小鼠體內(nèi)SIRT6的表示出程度提高,并且抑制NF-B蛋白表示出以及機(jī)體炎癥反響。該結(jié)果提示淫羊藿苷(ICA)發(fā)揮效應(yīng)的新靶點(diǎn)與NF-B信號(hào)通路和SIRT6組蛋白去乙酰化酶之間有密切的關(guān)系。除此之外,還有研究結(jié)果證明,淫羊藿苷(ICA)能夠減輕與衰老相關(guān)的認(rèn)知功能缺陷,其的機(jī)制之一可能與淫羊藿苷能夠激活神經(jīng)干細(xì)胞(neuralstemcells,NSCs)有關(guān)。綜合上述多方面研究,淫羊藿苷(ICA)在抗衰老領(lǐng)域具有很大的潛力,其低濃度高效應(yīng)的特點(diǎn)在抗衰老藥物中占有極大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前還應(yīng)繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及循證醫(yī)學(xué)觀察,獲得更多在抗衰老方面有效力的證據(jù),使其能夠更好地發(fā)揮抗衰作用。4、Sirtuins家族的治療前景及瞻望Sirtuins家族成員能夠調(diào)控多種機(jī)體生理經(jīng)過(guò),具有多種生物學(xué)效應(yīng),因此成為了干涉衰老和衰老相關(guān)疾病中備受關(guān)注的潛在靶點(diǎn)。Sirtuins家族在代謝適應(yīng)性反響中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,也同包括代謝失調(diào),癌癥,炎癥反響,心臟肥大以及神經(jīng)退行性變?cè)趦?nèi)的増齡性疾病有著密切的聯(lián)絡(luò)。不同合成激活物調(diào)節(jié)SIRT1的共同的變構(gòu)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)使得從大量的SHIRT1激活