SIRT6在缺血再灌注损伤中的作用机制及研究进展

程荆，张果，张文斐，吴立权，陈治标

武汉大学人民医院神经外科，武汉 430060

缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury）是发生在人体多个器官的病理过程，常伴有严重的细胞损伤和死亡［1］。当长时间缺血后血液供应重新建立时，局部炎症和活性氧的产生增加，导致继发性损伤。缺血再灌注损伤与严重的临床表现相关，包括心肌冬眠、急性心力衰竭、脑功能障碍、胃肠功能障碍、全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征［2］。此外，不同性别对于IR损伤也有不同的预后影响［3］。

缺血再灌注损伤引起的全组织损伤分为缺血损伤和再灌注损伤两部分。以往的研究主要集中在减少低灌注时间以保护器官功能方面。然而，缺血组织血流恢复后的临床结果并不理想。最近的研究表明，再灌注有可能导致缺血组织的继发性损伤。缺血再灌注引起的后续损伤对器官保护和神经源性功能提出了挑战。缺血性损伤最初可能导致低氧、低营养。在长时间缺血后，细胞的代谢产物被保留下来，导致代谢性酸中毒。长时间缺血再灌注损伤引起的细胞损伤可能导致细胞凋亡、自噬、坏死和坏死性凋亡［4-6］。所有的这些过程均由Sirtuins家族调控，Sirtuins家族是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依赖的组蛋白去乙酰化酶，它调节许多生物过程，如细胞代谢、DNA修复、细胞存活和细胞凋亡，被认为是治疗人类多种病理过程的潜在目标靶点［7］。

在Sirtuins家族中，特异性定位于细胞核中的SIRT6可以促进对DNA损伤和氧化应激的抵抗，抑制基因组不稳定，同时在代谢稳态中发挥作用［8］，并且SIRT6在大脑中处于高度表达状态［9］。最近越来越多的研究表明SIRT6在缺血再灌注损伤中能够发挥保护作用。因此，本文结合了国内外最新的研究进展，对SIRT6在IR损伤中的作用进行了总结和分析，希望为国内外学者对于SIRT6在IR损伤中的研究提供一些参考依据。

1 SIRT6蛋白的功能

研究表明SIRT6具有抗衰老的作用。已知非同源末端连接（nonhomologous end joining，NHEJ）和同源重组（homologous recombination，HR）是DNA双链断裂（DNA double-strand break，DNA DSB）的主要修复途径；SIRT6能通过上调NHEJ和HR来抑制DNA DSB，降低DNA损伤［10］，进而延长动物的寿命；同时，在细胞中下调SIRT6的表达可以引发类似于细胞衰老所带来的损伤［9］。SIRT6可以通过作为炎症反应的调节因子在Sirtuins家族中发挥调控细胞衰老的作用［11］。SIRT6参与调节糖稳态［12］和脂质代谢［13-14］，在动脉粥样硬化发生和发展中可能起到积极的作用。SIRT6也是心肌肥厚的负调控因子，能保护心脏免受心力衰竭的侵袭［15-16］。此外，SIRT6还可减轻心肌和肝脏的IR损伤［17-18］。

2 SIRT6介导大脑IR损伤的分子机制

2.1 SIRT6参与硫化钠在IR损伤中的细胞保护作用信号通路

已有研究表明，硫化氢具有抗氧化、抗炎、保护心脏、舒张血管等多种生理功能，对缺血性脑卒中有保护作用。Hu等［19］研究发现，SIRT6在氧气葡萄糖剥夺再灌注（oxygen and glucose deprivation reperfusion，OGDR）损伤刺激的大脑内皮细胞中表达降低。OGDR是在体外实验中模拟大脑IR损伤常用的细胞模型。硫化钠（Na2S，外源性H2S供体）通过上调SIRT6的表达，进而减少OGDR诱导的细胞死亡，降低细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生，增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）活性。SIRT6基因敲除减弱了Na2S在OGDR刺激下对大脑内皮细胞的保护作用。这说明SIRT6参与了大脑IR损伤后Na2S对内皮细胞发挥的保护作用。

2.2 SIRT6通过增强NRF2信号通路在IR损伤中发挥神经保护作用

Zhang等［20］研究发现SIRT6的过表达能在小鼠大脑IR模型和OGDR刺激的小鼠神经母细胞瘤细胞（neuro-2a neuroblastoma cells，N2a cells）中发挥保护作用。在小鼠大脑IR（1 h/24 h）损伤后，大脑皮质的SIRT6表达降低，过表达SIRT6可以在脑内通过增强体内抗氧化剂核因子E2相关因子2［nuclear factor（erythroid-derived 2）-like 2，NRF2］信号通路，降低氧化应激反应，并减弱脑IR损伤诱导的脑组织损伤和神经功能缺损。然而，在NRF2敲除小鼠中，SIRT6过表达的神经保护作用明显减弱。在N2a细胞中也发现了相同的结果，敲除NRF2可阻断SIRT6的神经保护作用（图1）。该研究结果证明SIRT6可以通过激活NRF2抑制氧化应激反应来保护大脑免受IR损伤。SIRT6有望成为缺血性脑卒中潜在的治疗靶点。

图1 SIRT6在大脑IR损伤中发挥神经保护的分子机制Fig.1 Molecular mechanism of neuroprotection of SIRT6 in brain IR injury

2.3 SIRT6通过抑制HMGB1在脑缺血中发挥炎症抑制作用

最 近研究表明SIRT6参与炎症的调节［11］。SIRT6主要在整个大脑的神经元细胞中表达。Lee等［21］发现，在大鼠短暂性大脑中动脉缺血模型（middle cerebral artery occlusion，MCAO）和人神经母细胞瘤细胞（human neuroblastoma cells，SHSY5Y）OGD损伤模型中，SIRT6的表达降低会导致细胞核释放高迁移率族蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）。HMGB1是已知的脑缺血炎症介质。SIRT6 siRNA处理降低了SH-SY5Y细胞中SIRT6的表达，显著增强了OGD诱导的HMGB1释放（图1）。这些研究数据表明，SIRT6可以通过介导炎症反应治疗脑IR损伤。

2.4 SIRT6通过抑制IR介导的血脑屏障损伤在缺血性脑卒中中发挥脑保护作用

Liberale等［22］研究发现，过表达SIRT6会减少大脑IR导致的血脑屏障损伤。在血管内皮细胞特异性SIRT6敲除小鼠中构建MCAO损伤模型，与正常对照组相比，血管内皮细胞特异性SIRT6敲除小鼠的脑梗死体积增加、神经元死亡率增加并且神经功能损伤加重。缺血脑组织切片分析显示，血管内皮细胞特异性SIRT6敲除小鼠内皮细胞中Cleaved caspase-3的表达增加且血脑屏障损伤加重。这些结果说明，血管内皮细胞的SIRT6通过抑制IR诱导的血脑屏障损伤在缺血性脑卒中中发挥脑保护作用。

2.5 SIRT6通过参与修饰生长相关蛋白43在缺血性脑卒中中发挥神经修复作用

Demyanenko等［23］最新研究发现SIRT6参与大脑IR后的神经修复。修饰生长相关蛋白43（growth associated protein-43，GAP-43）是已知的参与脑中风后大脑修复的标志性蛋白；在小鼠缺血性脑卒中损伤模型中，SIRT6与GAP-43相互结合参与缺血性脑中风后的大脑修复（图1）。

3 SIRT6在其他重要器官IR损伤中的分子机制

3.1 SIRT 6在肝脏IR损伤中的作用机制

SIRT6参与肝脏内多种代谢过程，且在保护肝脏免受IR损伤方面发挥重要作用［24-25］。有研究表明，与正常野生型小鼠相比，IR损伤的野生型小鼠肝脏中SIRT6的表达明显降低；与野生型小鼠相比，SIRT6敲除小鼠在肝脏IR损伤后表现出明显的氧化应激加重、线粒体功能障碍、炎症反应加重、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信号激活、凋亡和自噬相关的肝细胞死亡增加；此外，在细胞试验中也得到了相同的结果。另一方面，SIRT6的上调可以明显减轻肝IR导致的肝损伤。这些研究表明SIRT6上调能有效地保护肝脏避免IR损伤，其作用机制包括维持肝细胞氧化稳态和线粒体功能，从而抑制炎症反应和MAPK信号，最终减弱凋亡和自噬导致的肝细胞死亡［18］。这些结果提示SIRT6的激活在肝脏IR损伤中能够发挥多方面的保护作用。

3.2 SIRT6在心脏IR损伤中的作用机制

ROS和氧化应激反应的形成是心肌IR损伤中细胞损伤和功能障碍的重要机制，但SIRT6在IR诱导的ROS和氧化应激作用中可以发挥保护作用。Wang等［17］在杂合敲除SIRT6（SIRT6（+/-））小鼠和体外培养的新生心肌细胞模型中，发现部分敲除SIRT6加重了心肌IR小鼠的心肌损伤、心室重构和氧化应激反应，而通过直接心脏注射SIRT6腺病毒扩增SIRT6的表达则会逆转缺血心脏中SIRT6敲除所带来的有害影响。此外，在Langendorff离体心脏灌注模型中，SIRT6基因的部分缺失会降低IR后心肌功能的恢复。同样，在缺氧/复氧后培养的心肌细胞中也观察到SIRT6的保护作用。其作用机制为SIRT6上调一磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）/三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），然后激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）-forkhead box O3α（FoxO3α）轴，进一步启动下游抗氧化剂编码基因的表达，从而减少细胞的氧化应激水平，调节心脏保护缺血的心肌细胞。这些研究结果表明，SIRT6通过上调AMP/ATP-诱导AMPK激活FoxO3α的通路发挥保护心脏免受IR损伤的作用。此外，先前研究报道了Sirtuins（SIRT1-7）家族中，SIRT1主要参与心力衰竭的发展，并在细胞死亡和存活中起关键作用；SIRT2下调可防止心肌细胞缺血再灌注损伤；SIRT3保护心肌细胞免受氧化损伤和衰老，以及抑制心脏肥大；SIRT7参与心脏应激反应和心肌细胞凋亡的调节；SIRT4和SIRT5在心脏中发挥的作用暂不清楚，仍需进一步研究［26］。

3.3 SIRT6在肠IR损伤中的作用机制

氧化应激在肠IR损伤中起重要作用，Hu等［27］研究结果表明，SIRT6参与薯蓣皂苷提高小肠上皮隐窝细胞株（IEC-6）的细胞活力，降低小鼠肠IR损伤引起的ROS水平，提高了SOD水平，改善了IR损伤引起的病理变化。其作用机制为薯蓣皂苷通过减少miR-351-5-p水平抑制氧化应激反应水平，上调SIRT6的表达，进而激活AMPK下调p-FoxO3α的表达水平，并增加锰超氧化物歧化酶（manganesesuperoxide dismutase，MnSOD）和CAT的表达水平，最终减少肠IR损伤。薯蓣皂苷通过调节miR-351-5/SIRT6信号减少氧化应激，对肠IR导致的损伤发挥保护作用，miR-351-5/SIRT6信号通路可能作为对抗IR损伤的一个有效药物靶点。

3.4 SIRT6在肾脏IR损伤中的作用机制

Gao等［28］研究发现SIRT6在小鼠肾脏IR损伤后的表达减少；在低氧诱导的小鼠肾小管上皮细胞（tubular epithelial cells，TECs）中的表达下调；SIRT6耗竭加重了低氧诱导的TECs损伤和G2/M期阻滞。SIRT6过表达可减轻IR引起的TECs损伤和G2/M期阻滞［28］。此外，Gewin等［29］还发现SIRT6通过去乙酰化修饰β-catenin的转录基因在慢性肾损伤中发挥保护作用。

4 展望

IR损伤后SIRT6能够对损伤的大脑内皮细胞发挥保护作用。例如，在小鼠IR损伤后，SIRT6过表达激活了NRF2并减少氧化应激，同时SIRT6还可以抑制HMGB1炎性介质的释放，减少血脑屏障损伤，促进大脑修复。这些发现表明，SIRT6能够保护神经细胞免受IR损伤。此外，SIRT6在大脑以外的其他脏器中也同样发挥抗IR损伤的作用。SIRT6能够通过延缓衰老、调控细胞周期、糖代谢、脂质代谢、抑制氧化应激和炎症反应减少IR损伤。这些发现对于研究SIRT6在IR损伤中发挥保护作用的分子机制具有重要的意义。本文通过对SIRT6减少IR损伤作用的总结，希望能为临床上缺血性损伤疾病的分子治疗提供参考依据。