沉默信息调节因子2相关酶1在子痫前期发病机制中的研究进展

刘金钰,程蔚蔚,杨星宇

子痫前期(preeclampsia，PE)是一种对母儿生命安全影响严重的妊娠期特有综合征，发病率约3%～8%，以孕20周后母体出现高血压和蛋白尿为特征，可伴有头痛、眩晕、水肿等症状[1]。其病理生理特征包括母体血管-抗血管生成因子失衡、内皮功能障碍、母胎界面异常炎症反应激活、滋养层细胞发育不良及血管侵袭障碍等[2]。长期以来，阐明PE发病的具体机制一直是围产科最严峻的挑战之一，其有利于PE预防和诊疗策略的建立。

胎盘发育和滋养层细胞侵袭是妊娠早期的关键环节，正常的内皮细胞功能对胎盘形成阶段至关重要。绒毛外滋养层细胞是一种高度增殖的细胞，它通过蜕膜基质直接侵入子宫螺旋动脉，这一过程增加了妊娠早期母体流向胎盘的血流量。病理炎症状态(如宫内感染)时，滋养层细胞暴露于炎性刺激下，胎盘发育异常并可诱导一系列促炎细胞因子的分泌，例如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin 6,IL-6)，从而导致滋养层功能缺陷、胎盘功能障碍、内皮细胞异常自噬和异常的产科结局[3]。

沉默信息调节因子2相关酶1(sirtuin 1,SIRT1)是一种依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的蛋白去乙酰化酶，能在多种生理过程中发挥作用，例如干细胞分化以及细胞新陈代谢[4]。已有研究发现SIRT1在胎盘合体滋养层细胞和细胞滋养层细胞中均有表达[5]。近年来，有关SIRT1在分子水平及病理生理机制方面的研究取得了快速进展。Han Y等[6]发现SIRT1可通过激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)通路，负向调节参与炎症过程的核因子κB(nuclearfactor κappaB,NF-κB)信号通路，抑制人类颗粒细胞及卵母细胞炎症反应并发挥抗凋亡作用。Wang H 等[7]发现在小鼠胚胎发育过程中母体SIRT1缺乏会导致子代胚胎发育缺陷。然而，SIRT1对妊娠状态下胎盘促炎环境形成及参与PE发病过程的相关机制尚不清楚。本文通过对SIRT1相关研究新进展作一综述，以便进一步了解PE发病的分子机制，并探索以SIRT1基因表达调控为中心开展临床治疗的可能性。

1 沉默信息调节因子2相关酶1家族及其分子生物学特征

组蛋白的乙酰化/去乙酰化修饰，在基因表达调控中起重要作用。参与去乙酰化的酶除了经典的Ⅰ类和Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)外，还有Ⅲ类HDAC，即沉默信息调节因子2(silent ulator information reg-2，Sir2)相关酶类(sirtuins，SIRT)。它是一类依赖于NAD+、核心区域高度保守的HDAC,能参与各种细胞事件，包括染色体分离、DNA重组和核酸寿命调控等[8]。人类SIRT家族成员有7个：SIRT1～SIRT7，已证明该蛋白质与血管生成、细胞周期调节以及能量平衡调控等多种生理过程有关[9]。SIRT家族具有不同的亚细胞定位：SIRT1和SIRT2主要位于细胞核和胞浆，SIRT3、SIRT4和SIRT5主要位于线粒体中，而SIRT6和SIRT7主要位于细胞核中[10]。

SIRT1是SIRT家族中研究最为广泛的因子，其编码747个氨基酸，C末端结构域由25个氨基酸残基组成，该结构域具有发夹结构，可与NAD+结合结构域互补，对SIRT1活性至关重要，而N末端结构域则是其催化活性的关键位点[11]。SIRT1可与许多转录因子结合，使其去乙酰化并发挥对信号转导的调控作用，包括核因子E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2,Nef2)、NF-κB、胰腺和十二指肠同源框因子1(pancreatic duodenal homeobox factor-1,PDX-1)和叉头框蛋白(forkhead box O,FOXO)[12]。

SIRT家族是延缓细胞衰老和延长生物寿命的重要调节器，也是一系列心血管代谢性疾病，如缺血性损伤及内皮功能障碍的重要调节因子[13]。存在于线粒体中的SIRT3、SIRT4和SIRT5在线粒体生理代谢过程中发挥重要作用[14]；而存在于细胞核中的SIRT1、SIRT6和SIRT7，可作为转录调节因子，稳定染色质结构，介导端粒缩短抑制及促进DNA损伤修复，达到维持正常的染色质凝聚状态并调节干细胞自我更新的作用[15]。SIRT蛋白家族还可通过与胰岛素/类胰岛素1号生长因子(insulin-like growth factors -1,IGF-1)信号轴、AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)和FOXO等多种信号通路的相互作用，对生物寿命发挥调控作用[16]。

近年来，多项研究指出SIRT家族对机体生殖功能有影响，主要是因为SIRT蛋白具有能介导能量稳态调节、线粒体生物发生和抗氧化应激等作用。研究显示，SIRT1能参与调节卵巢颗粒细胞的增殖和凋亡[6]，SIRT1的下调可能与卵巢储备功能的降低有关；转基因模型实验中指出SIRT1可通过影响雄性Sertoli细胞和Leydig细胞的特定功能，参与精子发生过程[17]；SIRT3能促进黄体化激素的分泌[18]，母体来源的SIRT3具有保护早期胚胎发育的功能[19]；提高SIRT2活性能促进模型动物和离体培养的卵母细胞的发育与成熟。

2 子痫前期的病理生理机制

近些年来，人类对PE发病机制有了深入的认识。目前普遍认为PE是一种以广泛血管内皮损伤为特点的内皮源性疾病，患者常表现为全身小动脉痉挛、胎盘血流灌注减少、内皮细胞功能障碍和多系统功能失调。

生理妊娠状态下，母体会产生一系列适应性调节，使其能耐受独特的“半同种异体移植物”——胎儿，建立微妙的免疫平衡状态，既能促进胎儿的成长又能维持母体稳态。妊娠早期母体最主要的适应性变化为子宫螺旋动脉重塑：滋养层细胞侵入母体螺旋动脉，降低血管阻力并增加血流量以保证胎盘灌注充足，这种高排低阻性的改变对维持胎儿的血供和营养非常重要。为实现血管重塑，胎盘和血管内皮会分泌多种血管活性物质、生长因子、黏附分子和蛋白酶等，其中最具代表性的是血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、可溶性FMS样酪氨酸激酶-1(soluble Fms-like tyrosine kinase-1，sFlt-1)、胎盘生长因子(placenta growth factor,PLGF)及内皮素(endothelin，ET)等，这些因子能诱导螺旋动脉的重塑，促进子宫-胎盘界面形成，使母体心血管和肾脏发生适应性改变。

滋养细胞侵袭不足、绒毛外滋养细胞分化障碍和螺旋动脉重构缺陷会导致胎盘床中的微血管密度低下，母胎界面的正常发育受到损害，导致PE的发生发展。PE患者常表现为sFlt-1/PlGF失衡、内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)低表达、前列环素(prostacyclin,PGI2)/血栓素(thromboxane，TXA2)低比值和炎症介质高表达状态[20]。

PE患者妊娠结局与确诊PE时的孕周及PE的严重程度密切相关，发生在妊娠期34周前的早发型PE(early-onset preeclampsia，EOPE)和妊娠34周之后出现的晚发型PE(late-onset preeclampsia，LOPE)有不同的病理生理过程[21]。母体子宫螺旋动脉重塑不良和母胎界面出现的低排高阻现象，使EOPE患者胎盘血流灌注不足。胎盘缺血引发严重的氧化应激反应，可导致sFLT-1和可溶性内皮因子分泌增加，PLGF分泌减少，这种高sFlt-1和低VEGF/PLGF状态进一步推动了妊娠期高血压的发展。而在LOPE中，较少能观察到子宫螺旋动脉的重塑不良，血流灌注水平也相对维持正常，此时胎盘氧化应激反应较低，这也使胎盘中sFLT-1和PLGF的分泌水平接近正常范围[22]。LOPE发病可能源于母体自身对疾病的遗传易感性，在妊娠这一应激状态下，诱导母体出现相关临床症状。

3 沉默信息调节因子2相关酶1与子痫前期

近年来,多项研究发现SIRT1可通过催化组蛋白去乙酰化等环节，调控多种转录因子及促炎介质的合成，参与PE的发病。

3.1 沉默信息调节因子2相关酶1与滋养层细胞增殖

Viana-Mattill S等[23]研究发现，和正常孕妇相比，PE患者血浆中的SIRT1蛋白减少，而在体外模型中，Lee 等[24]研究表明,转染表达人SIRT1小干扰RNA(sh-SIRT1)的慢病毒后，Sw.71细胞和HTR-8/SVneo细胞中SIRT1的表达明显降低。SIRT1敲低能抑制Sw.71细胞和HTR-8/SVneo细胞的侵袭、迁移、增殖和内皮样管形成能力，并诱导Fas减少和FasL增加；也能通过阻滞Akt/p38-MAPK信号传导反向调节自噬，降低人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)的增殖能力，使得其细胞毒性增加以及Fas表达增加。这些结果表明SIRT1可能通过调控信号传导和免疫耐受来促进滋养层细胞增殖，影响胎盘发育；而SIRT1低表达可能是导致PE患者滋养层侵袭不足的重要原因。

3.2 沉默信息调节因子2相关酶1与血管内皮功能

PE主要的病理变化包括血管内皮细胞功能障碍，生理状态下血管内皮细胞分泌多种因子，在调节血管张力和血流的动态平衡方面发挥重要作用：血管紧张素II(angiotensin II,AngII)、ET-1、TXA2、PGI2等内皮分泌分子可参与血管收缩，而一氧化氮(nitric oxide，NO)、缓激肽以及超极化因子等可参与调节血管舒张。SIRT1可增强内皮细胞的应激反应并促进内皮细胞的迁移，参与维持正常的毛细血管密度，与内皮细胞分化和血管生成潜能有关[25]。Dou等[26]研究发现在SIRT1基因敲除小鼠中，毛细血管数量及密度均减少，伴有血管舒张功能减弱和内皮功能障碍。SIRT1还可阻断AngII诱导的血管平滑肌细胞肥大和血管内皮早衰，血管平滑肌细胞中SIRT1缺失使小鼠血管修复能力下降[27]。SIRT1可与eNOS的钙调蛋白结合域结合，促进NO生成并发挥保护血管作用；同时eNOS与SIRT1共存对于SIRT1提高NO生物利用度起着至关重要的作用[28]。此外，NO/ET-1正常比例有助于维持良好的内皮动态平衡，ET-1/VEGF可通过ETB受体介导，在HUVEC中诱导血管生成[29]。故而，SIRT1可能通过影响滋养层血管的发育与内皮功能，诱导妊娠期疾病的发生发展。

3.3 沉默信息调节因子2相关酶1与妊娠期炎症反应

感染或非感染因素引起的炎症状态，均可导致胎盘功能障碍和多种促炎介质释放，与各种不良妊娠结局具有相关性，包括早产、死产、PE和宫内生长受限(intrauterine growth retardation，IUGR)。SIRT1在胎盘滋养层细胞中表达，并通过抑制母胎界面炎症反应，维持滋养层细胞正常分化和胎盘发育[5]。Han Y等[30]发现SIRT1过表达可减轻缺血和再灌注损伤，通过Akt依赖性代谢调节来抑制NLRP3炎性小体的激活。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是一种内毒素，可诱导母胎界面的天然免疫，在LPS诱导的HTR8/SVneo细胞中，敲除SIRT1基因可明显增强NLRP3炎性小体和IL-1β的表达水平[31]，提示胎盘中SIRT1不仅参与抗炎作用，而且可能影响NLRP3炎性小体的激活。同时SIRT1过表达可降低NLRP3蛋白的表达并抑制caspase-1及NF-κB的活化[5]。因此，对SIRT1的表达调控可能是治疗炎症相关妊娠并发症的合理思路之一。

3.4 沉默信息调节因子2相关酶1与氧化应激

作为两种密切相关的病理生理过程，氧化应激和炎症都会改变一些基因的表达，例如Nef2、NF-κB、血红素加氧酶-1(heme oxygenase 1,HO-1)等。新陈代谢副产品活性氧(reactive oxygen species,ROS)在细胞内的异常积聚，可造成机体的氧化损伤。近年来生物学和临床研究发现ROS的增加可导致卵泡闭锁，加速卵巢中的卵母细胞老化，出现线粒体功能紊乱和受精障碍。缺氧可通过氧化应激诱导母体内大量ROS的积聚，导致胎盘组织损伤，诱发PE和IUGR[32]。Xuan O等[4]发现SIRT1在ROS诱导下，可正向调控胚胎干细胞的凋亡自噬和线粒体功能，这表明调节SIRT1的表达水平可能是预防ROS对女性生育力的氧化威胁及对抗ROS产生的治疗新靶点。Jiang L等[33]发现SIRT1表达上调可通过抑制p53/激活AMPK来激活Nrf2，进而通过调节硫氧还蛋白相互作用蛋白复合体，抑制NLRP3炎症小体的激活；而在LPS诱导的SIRT1基因敲除细胞中，NF-κB磷酸化受到抑制。Ming GF等[34]研究发现，SIRT1可通过PI3K/Akt/eNOS信号通路促进内皮祖细胞的迁移和增殖，而游离脂肪酸/高糖诱导的氧化应激通过下调HO-1/SIRT1,使内皮祖细胞凋亡早衰。早产儿脐血内皮祖细胞的衰老也与SIRT1的表达降低相关。

4 沉默信息调节因子2相关酶1的应用展望

综上，SIRT蛋白作为体内重要的新陈代谢调节剂，介导能量稳态调节、线粒体生物发生和氧化-抗氧化应激。SIRT1具有与内皮功能障碍和血管功能异常相关的疾病治疗潜力。未来可通过定向干预PE母体SIRT1基因表达水平，来探讨SIRT1在PE病理生理中的作用机制，深入研究母体SIRT1表达紊乱与多种妊娠期并发症(子痫前期)之间的关系。同时，增加SIRT1的体内表达活性可能具有改善PE症状的功能，这可能对临床治疗PE提供新的解决思路。