1、Sirtuins 在代谢调节中的作用1. 引言 自从发现酵母染色质沉默因子 Sir2 (Silent information regulator 2) 可以延长酵母寿命1,2，sirtuin 家族在代谢方面的作用被予以广泛关注。在哺乳动物中，sirtuin 家族包括 7 种蛋白质，表 1 总结了不同 sirtuin 的分类，细胞中的位置及功能等。目前为止，已有多种研究证明，sirtuins 对代谢及代谢相关疾病有重要调节作用。本文主要对实习中学习到的 sirtuins 相关知识加以总结。2. NAD+在 sirtuins 去乙酰化过程中的作用NAD+是 sirtuins 去乙酰过程中的底物，其
2、浓度取决于细胞的营养状况3。烟酰胺单核苷酸(nicotinamide mononucleotide NM) 和烟酰胺核苷 (nicotinamide riboside NR) 是 NAD+合成的前体，而 PARP(poly ADP-ribose polymerase)是消耗 NAD+的蛋白之一4。NM/NR 的增加或 PARP 的减少都能够有效提高 NAD+水平5-6。Laurent Mouchiroud 等7通过实验证明 NAD+水平与年龄成负相关，而通过增加 NAD+水平而刺激 sirtuins 的脱乙酰化，可以延缓与衰老相关的疾病及代谢问题。表 1 sirtuin 的分布及功能Sirtu
3、in 分类 分布 功能 靶标SIRT1 Nucleus, Deacetylation PGC1, FOXO1,cytosol FOXO3, p53,Notch, NF-B,HIF1, LXR, FXR,SREBP1c and moreSIRT2 cytosol Deacetylation Tubulin, PEPCK,FOXO1, PAR3SIRT3 Mitochondria Deacetylation LCAD, HMGCS2,GDH, OXPHOScomplexes, SOD2,IDH2 and moreSIRT4 Mitochondria ADP-ribosylation GDHSIRT
4、5 Mitochondria Deacetylation, CPS1demalonylation,desuccinylationSIRT6 Nucleus Deacetylation, H3K9,H5K56ADP-ribosylationSIRT7 Nucleolus Unknown Unknown3. SIRT1 在代谢调节中的作用SIRT1 是在哺乳动物中最早发现的 sir2 的同源蛋白，也是目前为止sirtuin 家族研究最多的蛋白质。SIRT1 可以使 P53、组蛋白等去乙酰化，进而调节人体代谢状况。已有研究表明，SIRT1 会影响与热量控制相关的表型8。胆固醇调节元件结合蛋白(Ste
5、rol-regulatory element binding proteins SREBPs)是真核生物中调节脂肪和胆固醇动态平衡的重要因子之一9，其与脂肪或胆固醇的形成成正相关。Amy K. Walker 等10 的研究表明，SREBP 在不同生物中的功能具有高度保守性。SIRT1 通过去乙酰作用，使 SREBP 泛素化，降低其稳定性，从而下调其下游通路的表达。此外，SIRT1 的激活剂 SRT1720 可以降低由基因或饮食导致的肝中的脂肪或胆固醇含量。因此，SIRT1 可能对由于脂肪或胆固醇导致的代谢疾病有重要的调节作用。下丘脑前部的视交叉上核(suprachiasmatic nucleu
6、s, SCN)可以调节哺乳动物的生物钟。Hung-Chun Chang 和 Leonard Guarente11的研究表明，由BMAL1 和 CLOCK 控制的生物节律随年龄的增长呈负相关。老年的野生鼠及 SIRT1基因敲除的小鼠中，SCN 中的 SIRT1、BMAL1 和 CLOCK 基因都有所下降，并伴随有生物钟调节能力的下降，而 SIRT1 的过表达可以弥补这种下降。因此，SIRT1可能对生物体内生物节律及其相关疾病的调节有重要作用。4. SIRT5 可以调节尿素循环在哺乳动物中，尿素循环可以降解由节食或高蛋白饮食引起的多余的氨，而氨甲酰磷酸合成酶 (carbamoyl phosphat
7、e synthetase, CPS1)催化尿素循环的第一步11，CPS1 缺乏可以导致高氨血症12。Takashi Nakagawa 等13的研究表明，节食或高蛋白饮食可以提高 SIRT5 可以对 CPS1 的脱乙酰化，而SIRT5 基因敲除的小鼠在相同条件下，CPS1 的活性下降，血氨含量明显升高。因此，SIRT5 可能对氨降解有重要调节作用。5. SIRT6 调节 TNF 的分泌从表 1 可以看出， SIRT6 主要位于细胞核中。Pooneh Memar Ardestani 和 Fengyi Liang14对 HeLa 细胞的研究发现， SIRT6 在有丝分裂间期主要位于核质中，在 G1
8、期主要位于核仁中，而在 M 期主要与纺锤体共定位，而SIRT6 的过表达会抑制细胞的有丝分裂和增殖。肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor , TNF )是迄今为止发现的抗肿瘤活性最强的细胞因子，在肿瘤治疗中有重要的作用。Hong Jiang 等15的研究表明，SITR6 可以从赖氨酸残基上移去长链脂肪酸酰基，如肉豆蔻酰，进而对蛋白质进行修饰。比如，SIRT6 通过移去 TNF K19 和 K20 上的长链脂肪酰基，促进 TNF 的分泌，进而杀伤或抑制肿瘤细胞，而这个实验也说明了蛋白质翻译后修饰对生理功能的影响。6. SIRT7 可以激活 RNA 聚合酶 I 的转录RNA 聚
9、合酶 I(RNA pol I)主要负责核糖体 RNA(rRNA)的转录，进而调节其下游蛋白质的表达。Ethan Ford 等16的研究表明，SIRT7 位于核仁中，并在肝、脾、睾丸等代谢活跃的组织中含量较高。在 SIRT7 基因敲除的小鼠中，RNA pol I 的转录降低，与 rRNA 的结合能力减弱，细胞停止增殖，凋亡增加。因此，SIRT7 可能对细胞内相关蛋白的合成表达有重要调节作用。7. 总结由以上描述可以看出，sirtuins 对代谢平衡的调节有重要作用，但具体的调节机制还有待研究。由于 sirtuin 家族在细胞中有不同的定位，因此可以在不同水平如转录、翻译等对细胞的功能进行调节。目
10、前对 sirtuin 家族研究较多的是 SIRT1、SIRT2 等这些主要位于线粒体或胞质中的蛋白质，对SIRT6、SIRT7 这两个位于细胞核的蛋白质研究较少，而基因才是对细胞起调控作用的根本，因此为更透彻的研究 sirtuin 家族调节的通路，对位于细胞核中的 SIRT6、SIRT7 的研究必不可少。从表 1 中可以看出，一种因子可能受多种sirtuin 蛋白的调节，如 FOXO1 可以同时受 SIRT1 和 SIRT2 的调节，这样不同比例的 sirtuin 蛋白在不同水平对相同或不同细胞因子的调节作用形成一个网络，进而调节生物体的生长代谢。因此将各种 sirtuin 蛋白的调节机制研究
11、透彻后，对 sirtuin 家族网络整体的研究或调控，可能成为以后的研究方向。此外，sirtuins 对代谢平衡的调节将直接影响到与代谢相关的各种疾病，将这种通过抑制或激活作用进行的调节应用于药物的筛选，在代谢相关疾病的治疗会有较好的发展空间。References1. Haigis M. C.& Sinclair D. A. Mammalian sirtuins: biological insights and disease relevance. Annu. Rev. Pathol. 5: 253295 (2010). 2.Guarente L.& Franklin H. Epstein l
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