Sirt1基因的研究进展_乔爱君

1、中 国 医 学 科 学 院 学 报ACTA ACADEM IAE MEDIC NAEI S NI ICAE综 述S i rt 1基因的研究进展乔爱君,左 瑾, 刘晓军, 邵 迪, 朱鏐娈, 崔安芳, 孔星星, 方福德, 常永生中国医学科学院北京协和医学院 基础医学研究所医学分子生物学国家重点实验室, 北京 100005通信作者:常永生 电话: 010 65296424, 电子邮件: changyongsheng pum c edu cn摘要:S irt1是在哺乳动物细胞中发现的与酵母沉默信息调节因子 Sir2同源性最高的同系物,在成熟组织中广泛表达 , 在胚胎早期和生殖细胞中含量丰富, 且与众

2、多基因的转录调控、能量代谢及细胞衰老过程的调节有关。 Sirt1可促进脂质动员和肝脏糖异生, 能调控胰岛 细胞的胰岛素分泌。另外, Sirt1还是内源性的凋亡抑制因子。随着对其研究的深入, S irt1将有望在新药作用靶点及疾病治疗方面发挥作用。关键词:S irt1;能量代谢; 胰岛 细胞; 细胞生存中图分类号:Q57文献标识码: A文章编号: 1000 503X ( 2009) 06 0782 04DO I:10 3881 / j issn 1000 503X 2009 06 027R esearch Advances in S i rt 1 GeneQ IAO A i jun,ZUO Ji

3、n,L IU X iao jun,SHAO D ,i ZHU L iu luan,CU I A n fang,KONG X ing xing,FANG Fu de,CHANG Y ong shengNa tional Laboratory ofM edicalM o lecu lar B io logy,Institute o fBasicM edical Sc iences,CAM S and PUMC,Be ijing 100005,ChinaCorrespond ing author:CHANG Y ong shengTe:l010 65296424,E mai:lchangyongsh

4、eng pum c edu cnABSTRACT: A s the most homo logic hom o logue of silent inform ation regulator 2 o f yeast, Sirt 1 gene isextensively expressed in m ature tissues,and is r ich in early embryo and reproductive ce llsIt is involved in theregu lation of gene transcription,energy m etabolism and cell ag

5、 ingIt prom otes fat mobilization in adipocytesand g lucose production in liver and regulates insulin secretion in islet beta ce ll Furtherm ore, Sirt 1 gene is anessentia l endogenous apoptosis inh ibitorIn future,itm ay be used as new drug targets or applied in other disease m anagem entmodalities

6、K ey words:Sirt1;energy me tabo lism;isletcel;lce ll surv iva lA cta A cad M ed Sin,2009, 31( 6): 782- 785S irt1 是存在于哺乳动物的酵母染色质沉默子 S irt2 同源体 1 , 是一种依赖 NAD + 的组蛋白去乙酰化酶 2 。 Sirt1 参与了体内许多生理功能的调节, 包括众多基因转录、能量代谢以及细胞衰老过程的调节等, 尤其在糖代谢、脂代谢、调节胰岛素分泌中发挥着重要的作用 3 。此外, S irt1 还是细胞凋亡过程中的抑制因子。 S irt1 将有望成为新药研发的作用靶点

7、, 其激活剂的开发有可能为疾病如 2 型糖尿病的防治提供新的手段。Sirt1与糖脂代谢增强肝脏糖异生 研究显示, 实验动物禁食后肝细胞 S irt 1基因转录水平虽无明显变化, 但蛋白表达水平显著增高, 重新进食后, S irt1 蛋白表达量下降, 禁食后过氧化物酶体增殖物活化受体协同刺激782D ecem ber,2009S ir t 1基因的研究进展因子 1( perox isom e pro liferator activated receptorcoactivator 1 alpha, PGC 1 ) 及糖异生基因磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 ( phosphoenolpyruvate ca

8、rboxykinas, PEPCK ) 的转录水平上调, S irt1 可与 PGC 1 及肝细胞核因子 4 ( hepatocyte nuc lear factor 4 , HNF4 ) 结合成一种蛋白复合物, 在 NAD+ 的参与下将乙酰化的 PGC 1 去乙酰化, 进而激活 HNF4 , 调控糖异生相关基因的转录, 参与调节糖异生、糖酵解途径。其作用途径可能来自两方面: ( 1) Sirt1 参与了 PGC 1 对糖异生相关基因转录的调控。 ( 2) 禁食状态下丙酮酸促进糖异生、阻断糖酵解效应是通过上调 S irt1 实现的 4 。降低脂质积累 P icard等 5 6 研究显示 Sir

9、t1 可以抑制 PPAR 活性, 下调脂肪储存相关基因的转录,抑制前体脂肪细胞分化并促进脂肪动员。在 3T 3 L1 细胞模型中, 添加 S irt1 的激活剂白藜芦醇, 可以观察到细胞内脂肪含量明显减少, 检测发现甘油三脂含量下降, 游离脂肪酸释放增多。然而在 S irt1 敲除鼠中无此现象。染色质免疫沉淀分析显示, Sirt1 可与 PPAR 的共因子核受体共抑制子和维甲酸及甲状腺受体的沉默调节子结合, 抑制 PPAR 活性, 降低脂肪特异脂肪酸结合蛋白的表达水平, 抑制脂肪细胞分化, 降低脂肪沉积。S irt1 与胰岛细胞功能调节研究显示 Sirt1对哺乳动物 细胞的胰岛素分泌有正向调节

10、作用, 细胞特异 Sirt1 转基因小鼠模型中 , Sirt1可在胰岛 细胞专一性地高表达, 小鼠耐糖量及糖刺激的胰岛素分泌得到明显的改善, 与对照鼠相比, 在糖刺激下, 胰岛素分泌量明显增加,且随着转基因鼠年龄的增加, 仍表现出糖耐量、糖刺激反应的改善及胰岛素分泌增强, 对转基因鼠的胰岛结构功能的分析显示, 转基因鼠糖耐量的改善归因于 细胞功能的改善, 而非 细胞数量的增加或者胰岛的增大, 高表达的 S irt 1基因可能放大了其介导的 细胞对营养的生理反应, 即对进食引起血糖、血脂、氨基酸突然变化的生理反应 7 。解偶联蛋白 2 ( uncoupling prote in 2, UCP 2

11、) 是线粒体内膜的一种解耦联蛋白, 具有解离呼吸链氧化磷酸化耦联的功能, 减弱 细胞将葡萄糖转化为ATP的能力, 并将 ATP 的能量转化为热量。UCP 2 参与了脂肪代谢、胰岛素抵抗、葡萄糖利用、自由基调节以及巨噬细胞介导的免疫调节等功能。研究显示 S irt1 通过抑制 UCP 2实现对胰岛 细胞功能的调节效应 8 。 Sirt1 可以直接结合到 UCP 2 的启动子上, 抑制其转录。 Sirt1 对胰岛 细胞功能的调控是一个复杂的过程, 也可能存在着 UCP 2 非依赖途径,因为利用氯化钾将过表达 S irt1 的 细胞去极化可以进一步增加此细胞的胰岛素分泌量 9 。Sirt1 与基因转

12、录调控S irt1 是一种核蛋白, 主要通过对组蛋白、转录因子及其他蛋白修饰的赖氨酸残基进行去乙酰化,调节基因的表达。人类 S irt1 调节和被调节的几种控制代谢及内分泌信号的转录因子, 包括 PPAR 、 PGC1 、叉头蛋白盒转录因子、 P53、早幼粒细胞白血病蛋白、 B 细胞淋巴瘤 6、 TAF168、 COU P TF 相互作用蛋白 2、 bH LH 抑制物 HES1和 HEY 2、肌肉生长相关因子 M yo D、 Ku70、转录因子 E2F1、组成型的超甲基化癌 1 和腺病毒 E1A 蛋白 C末端相互作用的结合蛋白抑制复合物、肝 X 受体等 10 11 。此外,过度表达的 Sirt

13、1还可以引起端粒酶逆转录酶的过度表达而影响细胞分裂 12 。Sirt1 与细胞生存调节S irt1 的主要功能是在应激条件下减少细胞凋亡或衰老, 增加细胞自我修复和存活的几率。S irt1与凋亡因子 P53 S irt1 对信号通路 P53 的影响比较复杂, 目前对 S irt1 是否能够延长哺乳动物寿命仍有争议。研究显示 Sirt1 与 P53 在细胞核中相互作用, 通过将 P53 蛋白第 382 位赖氨酸残基去乙酰化, 抑制 P53 的活性, 降低其对下游靶基因的激活作用, 并由此减少由其诱导的细胞凋亡 13 14 。 S irt1 激活调节子的敲除可以增强 P21WA F1 的表达,增加

14、 G 0 /G 1细胞群, 并促进细胞凋亡 15 。突变细胞中过量表达的 S irt1 可以增加细胞对环境的应激适应能力, 提示 Sirt1在调控 P53 信号通路以及调节细胞应激反应中发挥关键作用 16 17 。另 外, 研究显示S irt1能缩短哺乳动物的寿命,通过增强 p19ARF /p53信号通路的活性, 诱导鼠胚胎成纤维细胞进入复制性凋亡。细胞复制性凋亡过程中 Sirt1 是 p19ARF 上调 p53 所必需的因子, 癌基因 Ras 可诱导 p19ARF, 进一步促使 Sirt1表达不足的鼠胚胎成纤维细胞通过V ol31 N o6783中 国 医 学 科 学 院 学 报上调 p53

15、引起细胞凋亡 18 。提示 Sirt1在不同的细胞和不同的环境压力下的作用途径可能不同。因此,S irt1 对调节氧应激损伤及细胞寿命的机制作用尚有待进一步研究。Sirt1 与核因子 B ( nuclear factor kappa B,NF B ) 研究显示 NF B的活性受 S irt1 的调节, S irt1 可将 NF B的 P65 亚基第 310 位的赖氨酸残基去乙酰化。 S irt1 与细胞凋亡蛋白 1 抑制子 ( cellularinh ibitor of apoptosis protein 1, cIAP ) 基因启动子的结合可导致该区域组蛋白去乙酰化, 使其不再被 N FB

16、激活, 最终引起肿瘤坏死因子 诱导的凋亡敏感性增加。 NF B 信号下游途径十分复杂, 在不同的细胞中抑制该信号途径所引起的变化不尽相同 19 。Sirt1与 FOXO 家族 胰岛素信号通路是调控线虫寿命的一个主要信号通路, FOXO 是这一通路的一个重要下游因子。 S irt1 可以通过去乙酰化直接或间接调控 FOXO 1、 FOXO3 和 FOXO 4 的活性, 控制细胞对应激的反应。研究表明 S irt1 蛋白可以结合并去乙酰化 FOXO 1、 FOXO 3, 对二者起抑制效应。外源和内源 S irt1 都可以使 FOXO 3脱乙酰基, 且在氧化应激 (H2 O2、 VK 3、热应激 )

17、 下相互作用增强。 Sirt1 下调 FOXO 表达后可进一步抑制细胞凋亡基因 Fas配体的活性, 抑制细胞的凋亡。 S irt1 的抑制剂尼克酰胺可以上调 FOXO 4的活性, 而其激活剂白藜芦醇可以下调 FOXO 4 的活性, 同样, Sirt1诱导生长阻止和 DNA 损伤诱导基因和抗氧化应激基因锰超氧化物歧化酶表达, 上调细胞周期蛋白依赖性激酶抑制子p27K IP, 使细胞周期停滞, 允许细胞有更多的时间修复损伤的 DNA 或抵抗氧化应激 20 。提示 Sirt1 对 FOXO 的作用方式存在着双向性: 一方面 S irt1 使 FOXO 诱导细胞周期停滞和抵抗应激的能力增强; 另一方面

18、, S irt1 使 FOXO 诱导细胞凋亡的能力减弱;这种双面影响促使细胞存活率升高, 从而延长了有机体寿命, 延缓了衰老的过程。 Sirt1 对 FOXO 作用方式的双向性可能与细胞内的氧化还原环境有关,根据应激情况可采用不同方式调控不同环境下对氧化损伤的抵抗能力 21 。综上, S irt1 对内分泌与代谢的调节作用已受到研究者的密切关注, S irt1 在调节多种转录因子活性方面起着重要的作用, 表明其具有重大的生理学价值 , 特别是在肥胖症和糖尿病治疗方面 22 。比如,对肥胖症患者, 如研究出对 Sirt1 活性上调的药物,将会使 PPAR 活性降低, 从而抑制脂肪的形成, 这将使

19、肥胖症患者获益。目前, 商业化开发的 Sirt1 的小分子激活剂在饮食诱导和遗传性肥胖患者体内能提高胰岛素的敏感性、降低血浆葡萄糖、增加线粒体的生成 23 。在糖尿病的治疗中 PPAR 活性激活剂 噻唑烷二酮类药物可使胰岛素敏感性增强, 增强组织对葡萄糖的利用与摄取, 其具体机制尚不明确。而 2型糖尿病患者常伴有体型肥胖, 因此, 有关 S irt1 在 PPAR 活性影响方面的研究需要特别注意这二者的平衡关系。胰腺中 S irt1 的激活可以增加胰岛素的分泌, 而在肝脏却可以使糖异生增加, 这可能对糖尿病的治疗不利 24 。另外, 癌细胞中已鉴定的 Sirt1的广谱抑制剂具有潜在的降低 S

20、irt1 的靶向作用 25 , 包括目前鉴定的小分子、 tenovins, 后者能促进 P53的表达而不激活 DNA 损伤反应途径 26 。正是 Sirt1在细胞信号调节作用的复杂性和矛盾性, 对 S irt1 的进一步深入研究将有望为内分泌与代谢疾病及癌症的治疗提供宝贵的经验。从长远着眼, Sirt1 催化活性的组织特异性、对下游靶基因影响及其作用机制将是今后工作中需要重点阐明的问题。参考文献 1Cheng HL,M ostoslavsky R,Sa ito S,et alD evelopm entaldefects and p53 hyperacety lation in Sir2 hom

21、o log ( SIRT1)deficient m ice JDev B io l,2002,100 ( 19): 1079410799 2M cBurney MW,Yang X,Jardine K,et al T he m amm alianSIR2prote in has a ro lein embryogenesis and gam etogenesis JM o l Cell B io,l2003,23( 1): 38 54 3 M arcia CH,L eonardPGM amm alian sirtu ins emergingro lesin physio logy,ag ing,

22、andca lor ie restriction JG enD ev,2008,20( 21): 2913 2921 4R odgersJT,Lerin C, Haas W,et alNutr ient control ofg lucose homeostasis througha com plexof PGC l alpha andSirt1 JN ature,2005,434( 3): 113 118 5P icard F,Kurtev M,Chung N,et alS irt1 promo tes fa tm obilizationin wh iteadipocytes by repre

23、ssingPPAR gamm a JN ature,2004,429( 6993): 771 776 6P icard F,Guarente L.M o lecu lar links be wt een ag ingandadipose tissue JInt JObes ( Lond),2005,29( 1):3639 7Bordone L,M o ttaM C,P icard F,et alSirt1regula tes insulin secretionbyrepressingUCP2 inpancreaticbetace lls JPLoS B io l,2006,4( 2):31 3

24、6 8A rsen ijev ic D,O num a H,Pecqueur C,et alD isruption of784D ecem ber,2009S ir t 1基因的研究进展the uncoupling pro te in 2 genein m icerevea ls aro lein im 18Chua KF,M ostoslavsky R,Lomba rd DB,et alM amm alianmun ityandreactiveoxygenspeciesproduction JN atSIRT1 lmiitsrep licativelifespaninresponsetoch

25、ron icG ene,t2000,26( 4): 435 439genotoxic stress JCe llM etab,2005,2( 1):67 76 9M oynihan KA,G r imm AA,P lueger MM,et alIncreased 19Y eung F,H oberg JE,R am sey CS,et alM odula tion o fN Fdosage o fmamma lian S ir2 in pancrea tic beta cells enhanceskappaB dependent transcription and ce ll surv iva

26、 lby the Sirt1g lucose stmiula tedinsulinsecretionin m iceJ Celldeacetylase JEM BOJ,2004,23( 12): 2369 2380M etab,2005,2( 2): 105 117 20BrunetA,Sw eeney LB,Sturg ill JF,et alStress dependent 10L iX,Zhang S,Blander G,et alS IRT 1 deace ty la tes andregulation ofFOXOtranscriptionfacto rs bytheSIRT1pos

27、itive lyregulatesthe nuclearreceptorLXR JM o ldeacetylase JSc ience,2004,303( 5666): 2011 2015Cel,l2007,28( 1):91 106 21K obayashi Y,Furukawa HY,Chen C,et alSirt 1is criti 11Hye SK,M elanie OThe ups and downs o f SIRT1 Jca l regulator of FOXO m ediated transcr iptioninresponse toCel,l2008,9( 8):1 9o

28、x idative stress JInt J M o lM ed,2005,16( 2):237 12 L inSY,E lledgeSJM ultipletumorsuppressor pathways243nega tive ly regulate telom erase JCel,l2003,113 ( 7): 22Ha ig is M C,Guarente LPM amma liansirtu ins emerging881 889ro les in physio logy,aging,and calorierestric tionJ 13Luo J,N ikolaev AY,mIa

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