程玉文 鐘久昌

心血管疾病是嚴(yán)重危害人類健康的頭號(hào)殺手。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球每年約有1 700萬(wàn)人死于心血管疾病;在中國(guó)每年約有300萬(wàn)人死于心血管疾病,占總死亡原因的41%[1]。沉默信息調(diào)節(jié)因子(silent information regulator,SIRT)6在糖脂代謝、炎性反應(yīng)和基因組穩(wěn)定性中的調(diào)控作用對(duì)于心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展至關(guān)重要。在心血管系統(tǒng)中,SIRT6可一定程度地抑制心臟肥大和心力衰竭,有助于改善血管內(nèi)皮功能障礙,延緩動(dòng)脈粥樣硬化易損斑塊的形成[2]。以下對(duì)SIRT6結(jié)構(gòu)功能及其與心血管疾病研究新進(jìn)展作一綜述,為闡明心血管疾病的發(fā)病機(jī)制及其臨床防治拓展新思路。

1 SIRT6分子結(jié)構(gòu)、分布和生理功能

1.1 SIRT家族概述 SIRT是一類煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的去乙?；?能夠延長(zhǎng)酵母和果蠅的壽命。人類SIRT家族同源蛋白有7個(gè):即SIRT1～SIRT7,具有高度保守的催化結(jié)構(gòu)域和NAD+結(jié)合位點(diǎn),但具有亞細(xì)胞定位功能的N和C末端不同[3]?；诜肿酉到y(tǒng)發(fā)育分析,可將其分為以下4類:SIRT1、SIRT2和SIRT3屬于第1類,具有強(qiáng)大的NAD+依賴的去乙酰化酶活性;SIRT4屬于第2類,具有ADP核糖轉(zhuǎn)移酶活性;SIRT5屬于第3類,除了具有微弱的去乙?；富钚酝?還具有NAD+依賴的去丙二酰化酶和去丁二?；富钚?SIRT6和SIRT7屬于第4類,其中SIRT6同時(shí)具有去乙?；负虯DP核糖轉(zhuǎn)移酶活性,SIRT7僅具有去乙酰化酶活性。7個(gè)沉默配型信息調(diào)節(jié)蛋白的細(xì)胞定位不同,SIRT1、SIRT6和SIRT7主要定位于細(xì)胞核,其中SIRT7主要定位于核仁;SIRT3、SIRT4和SIRT5主要定位于線粒體;SIRT2主要定位于細(xì)胞質(zhì)。SIRT具有多重生物學(xué)效應(yīng),參與諸多生命過(guò)程。

1.2 SIRT6結(jié)構(gòu) 人SIRT6基因定位于染色體19p13.3,全長(zhǎng)含8個(gè)外顯子,其中4號(hào)外顯子最短,含40個(gè)堿基,8號(hào)外顯子最長(zhǎng),含838個(gè)堿基。SIRT6蛋白質(zhì)分子全長(zhǎng)355個(gè)氨基酸,相對(duì)分子質(zhì)量約39 100,等電點(diǎn)9.12[4]。SIRT6與其已知靶分子均主要定位于細(xì)胞核,其在人和小鼠多種組織中均有表達(dá),尤其在人的大腦、腎臟和心臟中表達(dá)較高。SIRT6由N端、C端和保守的中心結(jié)構(gòu)域組成,N端區(qū)域?yàn)槠浣M蛋白去乙?；腹δ軈^(qū)和與染色質(zhì)結(jié)合區(qū),與染色體結(jié)合和催化活性有關(guān);C端區(qū)域存在與定位信號(hào)序列“PKRVKAK”有關(guān)[5]。SIRT6中心結(jié)構(gòu)域至關(guān)重要,只要突變1個(gè)組氨酸就能使其催化活性消失,失去與染色體結(jié)合的能力。SIRT6的晶體結(jié)構(gòu)與其他SIRT家族成員稍有不同,缺乏連接鋅結(jié)合原件與羅斯曼折疊區(qū)的螺旋束,僅含1個(gè)叉開(kāi)的鋅結(jié)合區(qū),有穩(wěn)定的單螺旋,無(wú)保守的高度靈活的NAD+結(jié)合環(huán)。SIRT6的這種結(jié)構(gòu)使其在缺乏乙?；孜飼r(shí)也能與NAD+結(jié)合,并保持較高的親和力。因此,SIRT6可能充當(dāng)代謝感受器[6]。

1.3 SIRT6的生理功能 SIRT6具有兩種酶活性,包括去乙酰化酶和單ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶活性,均與其功能實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)。與SIRT1相比,SIRT6的去乙酰化酶活性能力較弱,作用底物較少。目前已知的去乙酰化底物主要有H3組蛋白上第9位賴氨酸(H3K9)、H3組蛋白上第56位賴氨酸(H3K56)和C末端結(jié)合蛋白相互作用蛋白[7]。此外,SIRT6參與調(diào)控機(jī)體代謝與衰老進(jìn)程,具有端粒維持和DNA修復(fù)等生物學(xué)功效[8-9]。

2 SIRT6在心血管系統(tǒng)中的調(diào)控作用

2.1 SIRT6與內(nèi)皮功能障礙 動(dòng)脈壁的病理改變是動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的重要特征。SIRT6有助于改善血管內(nèi)皮功能和維持血管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。內(nèi)皮功能障礙是動(dòng)脈粥樣硬化的早期事件,涉及血管收縮增加、白細(xì)胞黏附的發(fā)展、持續(xù)的血管炎性反應(yīng)、血小板活化和血栓形成等。SIRT6高表達(dá)能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)和拮抗衰老進(jìn)程[9]。SIRT6缺失大大促進(jìn)了單核細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞。SIRT6的缺失將促進(jìn)各種趨化因子和黏附分子增加,如細(xì)胞內(nèi)黏附因子1(ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)等,均為募集單核細(xì)胞附著到活化的內(nèi)皮層的主要調(diào)節(jié)分子。在血管內(nèi)皮細(xì)胞中,SIRT6基因缺失能夠提高促炎因子IL-1β表達(dá)和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性提升[10]。在高糖和過(guò)氧化的條件下,SIRT6通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)參與內(nèi)皮功能障礙和衰老的調(diào)控[10]。SIRT6還可通過(guò)防止端粒和DNA損傷來(lái)保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞,避免其過(guò)早發(fā)生衰老,從而維持細(xì)胞的復(fù)制能力和體外血管形成能力,在延緩血管衰老過(guò)程中具有重要作用。此外,SIRT6基因缺失促使人臍靜脈細(xì)胞中ICAM-1、纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)和p21表達(dá)上調(diào),內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)水平降低。鑒于NF-κB是調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)炎性反應(yīng)趨化因子和黏附分子(包括ICAM-1、VCAM-1、MCP-1)表達(dá)的關(guān)鍵分子,故SIRT6可通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB活性來(lái)抑制上述細(xì)胞因子的作用[11]。

2.2 SIRT6與氧化應(yīng)激 缺血性心臟病和急性心肌梗死進(jìn)程中及時(shí)再灌注是保證缺血、缺氧心肌復(fù)蘇所必不可少的。再灌注的結(jié)果復(fù)雜,常伴有各種有害的影響,統(tǒng)稱為缺血再灌注損傷?；钚匝醯男纬珊脱趸瘧?yīng)激是心肌缺血再灌注后導(dǎo)致細(xì)胞損傷的重要途徑,故維持氧化還原平衡是心臟組織恢復(fù)正常功能和完整性的關(guān)鍵[12]。研究[9]發(fā)現(xiàn),SIRT6具有一定的抗氧化應(yīng)激作用。SIRT6基因缺失加重心肌缺血再灌注模型小鼠的心肌損傷、心室重構(gòu)和氧化應(yīng)激損傷。相反,SIRT6過(guò)表達(dá)可逆轉(zhuǎn)上述SIRT6基因敲除后的有害作用。此外,SIRT6缺失能夠減緩離體心臟灌注模型的缺血再灌注心臟的心肌功能的恢復(fù)。SIRT6通過(guò)激活一磷酸腺苷活化的蛋白激酶(AMPK)-轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a軸,以及進(jìn)一步引發(fā)下游抗氧化基因(超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶)的表達(dá),來(lái)降低氧化應(yīng)激細(xì)胞的水平并介導(dǎo)缺血再灌注損傷時(shí)心肌的保護(hù)作用。上述結(jié)果表明,SIRT6對(duì)于缺血再灌注損傷心臟的保護(hù)作用可能是通過(guò)激活缺血心臟FOXO3a表達(dá),以及以磷酸腺苷(AMP)/ATP介導(dǎo)的AMPK依賴信號(hào)途徑來(lái)改善細(xì)胞中氧化應(yīng)激損傷[13]。

新近研究[8-9]結(jié)果表明,在炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激中SIRT6表達(dá)出現(xiàn)下調(diào),而衰老與脂質(zhì)代謝相關(guān)的微RNA(microRNA)能調(diào)控SIRT6的表達(dá)和活性。胰高血糖素像肽-1(GLP-1)受體激動(dòng)劑是一種新型的對(duì)動(dòng)脈壁有多效作用的抗高血糖藥物,其對(duì)血管細(xì)胞的主要生物學(xué)作用包括促進(jìn)eNOS磷酸化和一氧化氮產(chǎn)生的增加,保護(hù)心肌微血管、抑制氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡[14]。與以GLP-1治療的糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊相比,非GLP-1治療的糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激增加,而SIRT6表達(dá)下調(diào)。體外培養(yǎng)的內(nèi)皮祖細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示,短期暴露于高糖后細(xì)胞的SIRT6水平降低,NF-κB水平升高;而GLP-1治療后SIRT6水平升高,NF-κB水平降低。在缺氧條件下,SIRT6過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠的心肌細(xì)胞表現(xiàn)為抗缺氧能力增強(qiáng),促進(jìn)AMPK-α和bcl-2水平升高,同時(shí)抑制NF-κB表達(dá),并通過(guò)減少活性氧的產(chǎn)生來(lái)減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[15]。

2.3 SIRT6與心血管重構(gòu) 研究[16]結(jié)果表明,SIRT6基因敲除小鼠發(fā)生明顯的向心性心肌肥厚,而SIRT6過(guò)表達(dá)能抑制心肌肥厚,提示SIRT6是心肌肥厚重構(gòu)的負(fù)調(diào)節(jié)因子。臨床上在慢性心力衰竭患者血漿中檢測(cè)到SIRT6水平降低,提示SIRT6可能為心力衰竭的重要預(yù)警指標(biāo)。SIRT6通過(guò)作用于原癌基因c-Jun并去乙?；M氨酸的H3K9位置來(lái)結(jié)合并抑制胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)信號(hào)相關(guān)的基因,從而抑制IGF-Akt信號(hào)激活所致的心肌肥厚的進(jìn)展[16]。SIRT6基因缺失小鼠發(fā)生明顯的心肌肥厚和心力衰竭,而SIRT6過(guò)表達(dá)則可抑制心肌肥厚的發(fā)展。值得注意的是,在SIRT6基因敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)了促凋亡和促心肌肥厚相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)和IGF信號(hào)通路異常。此外,SIRT6的過(guò)表達(dá)能抑制異丙腎上腺素刺激所致的心肌肥厚。異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌損傷模型小鼠出現(xiàn)SIRT6表達(dá)下調(diào),并伴有心肌肥厚重構(gòu)現(xiàn)象[16]。通過(guò)功能獲取的方法研究SIRT6在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥厚中的作用,結(jié)果顯示,質(zhì)粒轉(zhuǎn)染SIRT6過(guò)表達(dá)或者腺病毒載體編碼SIRT6的大鼠心肌增生性反應(yīng)和病理?yè)p害均明顯減輕[17]。此外,SIRT6促進(jìn)心肌自噬能力,后者通過(guò)清除受損的線粒體來(lái)達(dá)到保護(hù)心臟的作用,在氧化磷酸化ATP和線粒體鈣吸收的過(guò)程中起到關(guān)鍵作用[18]。

3 SIRT6與心血管疾病

3.1 SIRT6與冠狀動(dòng)脈性心臟病 動(dòng)脈粥樣硬化是一種漸進(jìn)的、慢性的炎性反應(yīng)性疾病,最終演變成易損斑塊和急性心血管事件。巨噬細(xì)胞的聚集、膠原的消耗和大的壞死核心區(qū)是易損斑塊的主要特征。SIRT6基因缺失導(dǎo)致巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和核心壞死面積明顯增大,且在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中膠原的含量明顯減少,提示SIRT6可通過(guò)穩(wěn)定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊,防止斑塊破裂和心血管事件發(fā)生,從而對(duì)易損的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊發(fā)揮一定的保護(hù)作用。載脂蛋白E(ApoE)基因缺失小鼠的血管組織中SIRT6表達(dá)明顯減少[19]。全身SIRT6基因敲除和內(nèi)皮特定敲除SIRT6的小鼠均表現(xiàn)為內(nèi)皮受損依賴性血管舒張。此外,高脂飲食的SIRT6雜合(SIRT6+/-)小鼠同樣表現(xiàn)為內(nèi)皮受損依賴性血管舒張[19]。在人類動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組中SIRT6表達(dá)低于正常對(duì)照組。與單純ApoE-/-小鼠高脂飲食組相比,SIRT6+/-/ApoE-/-雙基因敲除小鼠的斑塊形成更多,且斑塊不穩(wěn)定性增加。更為重要的是,SIRT6+/-/ApoE-/-雙基因敲除小鼠予高脂飲食喂養(yǎng)后動(dòng)脈粥樣硬化病變更為嚴(yán)重,伴促炎細(xì)胞因子VCAM-1表達(dá)顯著增加。此外,SIRT6+/-小鼠的巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中自然殺傷細(xì)胞活性受體(NKG2D)配體的表達(dá)增加,導(dǎo)致自然殺傷細(xì)胞活化和炎性細(xì)胞因子水平升高[20]。在高膽固醇飲食的ApoE基因敲除小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中,SIRT6的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均顯著降低。在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中,SIRT6缺失后通過(guò)調(diào)節(jié)ICAM-1使得單核細(xì)胞的黏附性增加[2]。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),SIRT6具有一定的抗動(dòng)脈粥樣硬化功效,通過(guò)上調(diào)SIRT6表達(dá)或提升其活性將為冠狀動(dòng)脈性心臟病防治策略的制定提供新思路。

3.2 SIRT6與心力衰竭 在慢性心力衰竭患者心臟中SIRT6表達(dá)顯著降低。在類似的心力衰竭模型小鼠中,SIRT6基因缺失能夠激活I(lǐng)GF信號(hào)通道,導(dǎo)致心肌肥厚重構(gòu)和心力衰竭的發(fā)生。研究[16]結(jié)果表明,在嚴(yán)重心力衰竭患者心肌標(biāo)本和通過(guò)主動(dòng)脈縮窄、血管緊張素Ⅱ和異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥厚模型小鼠心肌標(biāo)本中SIRT6水平均顯著降低。SIRT6基因敲除小鼠出現(xiàn)顯著的心肌肥厚和心臟功能障礙,表現(xiàn)為心肌纖維化、心肌細(xì)胞肥大和凋亡水平增高。另一方面,SIRT6過(guò)度表達(dá)可通過(guò)減輕心肌重構(gòu)和心肌功能障礙,發(fā)揮一定的心肌保護(hù)作用[16]。

4 SIRT6與其他疾病

4.1 腦卒中 炎性反應(yīng)是介導(dǎo)腦缺血后腦損傷的重要機(jī)制之一。SIRT6通過(guò)其抗炎作用在腦缺血損傷中發(fā)揮重要作用。SIRT6能夠縮小大鼠腦缺血梗死的面積,減少細(xì)胞的氧糖剝奪(OGD)。通過(guò)小干擾RNA(siRNA)沉默SIRT6能增強(qiáng)OGD SH-SY5Y細(xì)胞中高遷移率族蛋白B1(HMGB1)的釋放。上述結(jié)果提示,SIRT6的腦保護(hù)作用在一定程度上與大腦中間接導(dǎo)致缺血損傷的HMGB1釋放有關(guān)。SIRT6在整個(gè)大腦的神經(jīng)元細(xì)胞中均有表達(dá),是大腦中主要的組蛋白去乙?；?可通過(guò)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的修飾參與HMGB1的核定位。在膿毒癥模型中,NF-κB活化的抑制也抑制了HMGB1從肌細(xì)胞細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移[21]。SIRT6作為NF-κB的抑制劑,SIRT6抑制后可引起NF-κB激活,導(dǎo)致HMGB1轉(zhuǎn)移。對(duì)大鼠大腦中動(dòng)脈阻塞和SH-SY5Y神經(jīng)細(xì)胞OGD的缺血模型的研究結(jié)果顯示,缺血導(dǎo)致SIRT6的表達(dá)減少,并促使HMGB1從細(xì)胞核中轉(zhuǎn)位至細(xì)胞質(zhì)中。通過(guò)SIRT6 siRNA減少SIRT6的表達(dá)能夠顯著增多OGD誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞中HMGB1的釋放,故SIRT6可作為治療腦缺血后炎性反應(yīng)損傷的潛在干預(yù)靶點(diǎn)[22]。

4.2 糖尿病 高血壓等心血管疾病患者往往伴有糖尿病,心血管疾病是2型糖尿病死亡的主要原因。糖尿病導(dǎo)致斑塊破裂的易感性增加,使得心血管臨床事件的發(fā)生率增高和嚴(yán)重程度增加。炎性反應(yīng)對(duì)糖尿病中的斑塊侵蝕、破裂級(jí)聯(lián)事件發(fā)生起著核心的作用。越來(lái)越多的證據(jù)表明,SIRT是公認(rèn)的參與炎性反應(yīng)和內(nèi)皮細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)因子,而其中SIRT6被認(rèn)為在調(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性、細(xì)胞代謝、應(yīng)激反應(yīng)、老化過(guò)程中起主導(dǎo)作用[23]。與非糖尿病患者相比,糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的炎性反應(yīng)增強(qiáng),斑塊脆性增加,膠原蛋白含量和SIRT6表達(dá)均降低。糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中SIRT6表達(dá)降低可能與氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)進(jìn)展、纖維帽變薄和斑塊不穩(wěn)定有關(guān)。作為維持基因組穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵酶,SIRT6通過(guò)作用于血管氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)控制通路來(lái)減少斑塊的不穩(wěn)定性、氧化應(yīng)激和細(xì)胞損傷[24]。因此,SIRT6是血管氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的負(fù)調(diào)節(jié)因子,通過(guò)提升SIRT6活性或上調(diào)其表達(dá)可為糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化的內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、炎性反應(yīng)和氧化損傷的防治帶來(lái)積極影響[25]。

5 展 望

SIRT6作為重要的哺乳動(dòng)物沉默配型調(diào)節(jié)蛋白,參與DNA修復(fù)、端粒動(dòng)態(tài)平衡、血糖和血脂代謝,是機(jī)體衰老進(jìn)程的關(guān)鍵調(diào)控因子。SIRT6參與心肌肥厚重構(gòu)、炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激調(diào)控,其活性和表達(dá)異常參與冠狀動(dòng)脈性心臟病等多種心血管疾病的發(fā)病過(guò)程。通過(guò)各種手段調(diào)節(jié)SIRT6的活性和表達(dá)很可能成為冠狀動(dòng)脈性心臟病等心血管疾病防治的新途徑。開(kāi)發(fā)SIRT6信號(hào)相關(guān)的新型藥物將為心血管肥厚重構(gòu)和衰老的干預(yù)提供新策略,具有重要的臨床價(jià)值和治療意義。