9月15日消息 - SIRT1 的发现及其细胞生物学功能

    Sir2连接生物代谢状态与寿命延长 Sirtuin蛋白家族是一类在进化过程中非常保守的蛋白酶。该家族中首先被发现并研究的是酵母的Sir2蛋白，其最初被明确的功能是介导基因沉默，故得名Sir2（silent information regulator 2）。后续研究显示，Sir2能通过介导基因沉默来稳定基因组，并延长酵母寿命。深入研究表明，Sir2是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的蛋白质（组蛋白/非组蛋白）去乙酰化酶，因此细胞内 NAD+浓度（表示细胞的代谢状态）可通过Sir2直接影响染色体构象，从而影响基因表达，进而调控衰老和寿命延长的生理过程。因此，Sir被视为直接连接生物代谢状态与寿命的关键分子。

    SIRT1具有多种代谢调节功能 哺乳动物有7个Sir2同源基因（SIRT1~7），其中SIRT1与Sir2的同源性最高。 SIRT1位于细胞核，在细胞能量代谢、DNA损伤修复、细胞周期控制、抑制细胞凋亡、抗氧化逆境和延长细胞寿命方面发挥极重要的调控作用。

    SIRT1广泛表达于哺乳动物组织中，在限制热量摄入或脑、肝脏、脂肪组织、肾脏和肌肉处于禁食状态下，SIRT1表达增加。研究表明，SIRT1通过转录调控，调节肝脏的糖脂代谢，肌肉组织的分化，脂肪组织形成等多种与代谢调节有关的生理过程（图）。过氧化物酶体增殖物活化受体α的共活化物（PGC-1α）是SIRT1的作用底物之一。SIRT1在生理情况下能引起PGC-1α上13个赖氨酸位点去乙酰基化，从而增加PGC-1α活性，发挥增加肝脏糖异生基因表达和骨骼肌脂肪酸氧化作用。在胰岛β细胞系通过siRNA作用减少SIRT1表达，能提高解偶联蛋白（UCP）2表达水平，导致胰岛素分泌减少。

图 SIRT1激动剂对脂肪和糖代谢的调节作用以及抗糖尿病作用
　　在肝脏中，SIRT1通过去乙酰化LKB1和激活AMPK活性，从而减少高糖诱导的肝细胞甘油三酯沉积； SIRT1通过PPARα和PGC-1α促进脂肪酸氧化；SIRT1可以去乙酰化LXR，诱导LXR基因表达。在脂肪组织中，SIRT1激活通过去乙酰化PPARγ来抑制脂肪生成和促进脂肪水解 。在骨骼肌中，SIRT1激活引起PGC-1α去乙酰化，导致脂肪酸氧化增加。

    SIRT1 对肝细胞脂肪代谢的调节

    白藜芦醇与“法兰西奇迹” 白藜芦醇是一种天然的多酚类化合物，存在于食物和多种中草药中（如葡萄、花生和藜芦等）。白藜芦醇于1940年首次被发现，最初受到关注是由于“法兰西奇迹”现象——尽管法国人习惯于高脂饮食，但其心血管疾病发生率却较低。有研究者推测，“法兰西奇迹”或与法国人长期饮用富含白藜芦醇的红葡萄酒有关。此外，白藜芦醇的许多药效能模拟卡路里限制对细胞的有利作用并能延缓衰老，从而引起研究者极大兴趣。

    多酚激活AMPK可以改善脂代谢紊乱 肝脏和循环中的脂肪水平升高导致肝脏和外周组织出现胰岛素抵抗。肝脏脂肪沉积削弱了葡萄糖氧化，诱导肝糖生成增多。因此，减少脂肪沉积或对2型糖尿病治疗意义重大。磷酸腺苷（AMP）激活的蛋白激酶（AMPK）是能量感应分子，在细胞内AMP/三磷酸腺苷（ATP）水平升高时被磷酸化和激活，参与多种能量调节途径。我们实验室在研究肝细胞代谢调节机制时，建立了人HepG2细胞高糖诱导胰岛素抵抗和脂肪沉积的细胞模型，用于新药筛选和研究细胞代谢机制。结果表明，二甲双胍能通过激活AMPK信号通路来减少肝细胞脂肪生成。因此，我们率先提出，AMPK是脂肪肝和糖尿病肝脏脂肪代谢紊乱治疗的重要药物靶点之一。

    我们最早发现并报告，多酚（包括白藜芦醇）及人工合成的多酚化合物（S17834）是新型AMPK激动剂。S17834在人HepG2肝肿瘤细胞和其他类型细胞中激活AMPK的作用最强。更令人感兴趣的是，AMPK激活成为多酚抑制糖尿病引起的脂代谢紊乱的重要机制之一。在低密度脂蛋白受体缺陷的1型糖尿病小鼠模型中，多酚通过间接机制激活AMPK，改善糖尿病诱导的肝脏脂肪沉积、血脂升高和动脉粥样硬化。哈佛大学大卫·辛克莱（David Sinclair）实验室报告，重组人SIRT1酶和荧光标记的乙酰化p53蛋白作为底物来测定体外SIRT1酶活性时，不同多酚能直接激活SIRT1去乙酰化酶的活性，其中白藜芦醇酶活性最强。

    SIRT1介导多酚减少肝细胞脂肪含量的作用 在初步证实多酚通过SIRT1来激活AMPK和减少肝脏脂肪沉积的基础上，我们用转基因方法将高表达外源性的SIRT1野生型和催化活性位点突变体引入人HepG2细胞来升高或降低SIRT1活性。结果表明，腺病毒介导的基因沉寂方法能特异性抑制肝细胞的SIRT1表达，减少或几乎完全阻断多酚诱导的AMPK激活和抑制的脂肪酸合酶表达，从而增加肝脏脂肪沉积。相反，肝细胞过量表达SIRT1蛋白，可模拟白藜芦醇和其他多酚化合物的作用，增加AMPK活性，减少肝细胞脂肪生成。

    SIRT1通过去乙酰化LKB1而激活AMPK活性 SIRT1可能依赖于AMPK的激活来发挥作用，而多酚激活AMPK酶活性和减少脂肪生成作用依赖于SIRT1的活性。多酚通过AMPK上游的蛋白激酶LKB1依赖的方式来激活AMPK，但另一种AMPK上游的蛋白激酶（CaKKβ）似乎不发挥介导作用。SIRT1可以去乙酰化LKB1，在一定程度上成为多酚对糖尿病有益代谢作用的分子机制。

    总之，SIRT1与LKB1/AMPK通路的协同激活，介导了多酚减少肝细胞脂肪生成的作用，有望成为代谢性疾病或衰老肝细胞脂代谢紊乱的治疗新靶点。

    SIRT1小分子激动剂带来新希望

    生活方式干预的局限性 限制饮食，控制热量摄入和运动训练能改善肥胖和2型糖尿病，但肥胖人群遵循上述措施并非易事。因此，研发能模拟限制饮食作用的新药必将为糖尿病治疗带来新希望。

    SIRT1是白藜芦醇代谢调节作用的重要靶点 美国麻省理工大学兰尼·盖伦蒂（Lenny Guarente）及其同事对酵母、啮齿类动物的研究显示，SIRT1是饮食限制改变代谢过程中的关键调节因子。在SIRT1基因敲除和能量限制的情况下，SIRT1转基因后也能直接增加胰岛素敏感性。基于这些重要发现，哈佛大学学者最早证实白藜芦醇是SIRT1有效的小分子激动剂。此外，由于线粒体是调节细胞能量代谢的主要细胞器，线粒体功能异常与代谢性疾病及其心血管和神经退行性并发症密切相关。白藜芦醇对骨骼肌代谢作用的研究表明，其能诱导氧化磷酸化和线粒体生物合成基因的表达，且后者是通过激活 SIRT1促进PGC-1α脱乙酰基化而实现的。白藜芦醇可以延长高脂喂养小鼠的生存期限，改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，其可能通过SIRT1作用于胰岛素信号通路而发挥代谢调节作用。因此，SIRT1被认为是白藜芦醇糖脂代谢调节作用的重要靶点之一。

    新型SIRT1小分子激动剂 新型SIRT1特异性小分子激动剂（如SRT1720、SRT2104和SRT2183），其化学结构可能与白藜芦醇完全无关，但增加SIRT1活性的能力高于白藜芦醇1000倍，并能与SIRT1的底物复合物变构区域的催化结构域的氨基酸残基结合，对于乙酰化的底物更具亲和力。研究结果显示，这些小分子激动剂可以产生与限制饮食和加强锻炼的同等效应，能改善胰岛素敏感性，降低葡萄糖浓度并增强线粒体功能。大鼠高胰岛素血症的血糖钳夹试验显示，小分子SIRT1激动剂能改善全身血糖的内环境平衡和脂肪组织、骨骼肌和肝脏的胰岛素敏感性。除增加葡萄糖摄取、促进胰岛素信号转导和减少胰岛素受体的底物1（IRS-1）的丝氨酸磷酸化外，还能减轻肿瘤坏死因子α引起的胰岛素抵抗。虽然这些激动剂的动物和人体试验已经开展，但大部分仍处于早期阶段,有待更多研究来证实其治疗价值及安全性。由于天然多酚类的化合物可以同时激活SIRT1和AMPK而产生有益的代谢和抗糖尿病作用，因此SIRT1与AMPK协同激活，可能成为治疗糖尿病和其他衰老性疾病代谢紊乱的药物新靶点。