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【摘要】 沉默信息调节因子2（silent information regulator 2，Sir2）相关酶类（sirtuins，SIRTs）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖的蛋白去乙酰化酶，通过去乙酰化而关闭某些基因调控功能。哺乳动物SIRTs家族包含7个成员，分别以SIRT1-7命名之。SIRT1是其重要成员，研究最多。适当的热量限制（Calorie Restriction，CR）诱导的低代谢可延长生物体寿命，然而其具体机制却还知之甚少。越来越多的证据表明，SIRT1在CR诱导的代谢途径中起重要作用，是连接CR与长寿的桥梁。
【关键词】 沉默信息调节因子2相关酶l；热量限制；寿命
doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2013.08.601 文章编号：1004-7484（2013）-08-4604-02
1935年，McCay等人发现，给予大鼠少于随意摄取的食物量可延长大鼠寿命，从而提出了CR的概念[1]。至今，已有的研究证明CR可使鼠类、酵母菌、线虫、果蝇寿命延长[2-5]。
CR降低高血糖、高血脂和高血压等心血管疾病的危险因素，对于预防代谢相关性疾病、延缓衰老具有肯定的作用；但其深层次的机理是否如此简单呢？大量研究表明[6-7]，CR对于衰老的延缓作用需要沉默信息调节因子2（silent information regulator2，Sir2）或其在哺乳动物的同源基因SIRT1的参与；对于哺乳动物而言，SIRT1是连接CR与长寿的桥梁。
1 SIRT1概述
Sir2最先于1986年Jasper Rine和Ira Herskowitz在芽殖酵母细胞中发现，参与基因沉默、DNA修复，与物质、能量代谢和衰老等关系密切。SIRTs是Sir2相关酶类，是一种高度保守的蛋白质，从细菌到人类广泛分布（少数原核生物也有分布）。SIRT1目前研究最多，SIRT1的活性可被尼克酰胺（NIC）、sirtinol、cambinol、splitomicin及间苯三酚类、吲哚类、苏拉明类和腺苷类等抑制，而被白黎芦醇（RE）、槲皮素、imidazoquinoxaline、pyrroloquinoxaline scaffolds、SRT等激活。
蛋白功能的表达，主要是通过其生物化学结构上的特异性修饰（如乙酰化/去乙酰化、磷酸化/去磷酸化）来实现的。参与去乙酰化的除了经典的Ⅰ类和Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶（HDAC），还有特殊的Ⅲ类HDAC（即SIRTs）。Ⅰ、Ⅱ类HDAC的共同点是其活性可被制毛癣素A抑制，SIRTs对制毛癣素A不敏感，其活性依赖于NAD+，可被烟碱抑制。SIRT1通过对组蛋白/非组蛋白的去乙酰化作用，调节细胞的增殖、分化、衰老、凋亡和代谢。在NAD+存在的情况下，SIRT1使组蛋白去乙酰基，生成去乙酰化组蛋白，氧代乙酰基ADP核糖基（O-acetyl-ADP-ribose）和NIC。SIRT1也使其他非组蛋白如叉头蛋白转录因子FOXO家族（FOXOs）、肿瘤抑制因子（p53）、生肌决定因子（MyoD）、过氧化体增生物激活型受体γ共活物1（PGC-1）等脱乙酰基，调节细胞的分化、代谢、衰老及凋亡。
2 SIRT1是连接CR与长寿的桥梁
2.1 CR使SIRT1表达上调 20世纪80年代，美国麻省理工学院Lenny Guarente等用酵母菌进行衰老研究，他们发现酵母菌中的Sir2基因有重要的抗衰老作用，不仅如此，Sir2还能被CR激活，从而介导CR的抗衰老作用。在肝脏中，CR或禁食能增加Sirt1蛋白表达，而高脂饮食的作用则相反。已有的众多研究证明，CR可使实验动物许多代谢性组织器官中的SIRT1表达上调，如肝脏，肌肉和大脑[8]。另外，SIRT1的激活剂RE可部分表现出与CR相同的效果[9]，这也从另一方面提示了CR有类似于RE的激活SIRT1的作用。
2.2 CR诱导的长寿需SIRT1参与 要证明SIRT1在CR通路的必要性，技术上简单可行，只需在同样CR条件的基础上，设计SIRT1正常组和SIRT1缺失组，两组进行比较即可。这方面已有研究证实：CR能明显的提高小鼠活动能力，但在SIRTI表达不足的小鼠其活动能力没有变化，只具有一些由饮食引起的一些代谢性改变[3]。SIRT1对于CR条件下保持动物的觅食活性具有重要的意义。
再者，CR小鼠的血糖和三酸甘油脂显着下降，而在SIRT1缺陷的CR鼠（SIRTI+/-）中，这种改变并不明显。SIRT1可以促进胰岛β细胞分泌胰岛素，敲除胰岛β细胞系SIRT1可减弱其分泌胰岛素的能力[10]。
SIRT1还可以稳定肝糖的平衡[11]。在禁食条件下，肝细胞可通过增加糖异生和减少糖降解以维持血糖浓度。但是，这些作用在SIRT1敲除的细胞中明显减弱。由此，CR小鼠具有更强的抵抗氧化应变能力，这可能与SIRTI本身可增加细胞抗氧化应变能力密切相关。
2.3 SIRT1延长细胞寿命 细胞衰老是人体衰老的根源。p53是最早发现的SIRT1生理性底物。通过将p53蛋白第382位赖氨酸残基去乙酰化，SIRT1降低p53蛋白与DNA顺式元件结合，减少p53途径的细胞凋亡和生长抑制，延长细胞寿命，延缓衰老。
FOXO家族中的FOXO1、FOXO3a具有诱导细胞凋亡的作用，SIRT1与FOXO1、FOXO3a形成复合物并使之去乙酰化，抑制FOXO1、FOXO3a诱导的细胞凋亡。
机体启动损伤应激诱导的细胞凋亡的关键步骤是Bax蛋白与DNA修复因子Ku70松解，从细胞质移位到线粒体外膜并释放细胞色素C。SIRTl以Ku70為底物对其2个赖氨酸残基乙酰化，加强其与Bax蛋白的作用，使Bax不能移位到线粒体，抑制凋亡。
据Howitz KT等的研究[12]，增加一个拷贝的SIR2基因或SIR2激活剂可延长酵母寿命。存在于葡萄（酒）中的RE可激活SIR2活性，使酵母寿命延长70%，该物质对人SIRT1也有激活作用。对于代谢来说，SIRT1通过对PARγ和PGC-1α的调节，减少脂肪生成，而使细胞代谢降低到一个较低水平，延缓衰老进程。 2.4 SIRT1与生命体多器官或疾病相关 现有研究证实，SIRT1与心血管疾病、代谢与内分泌疾病等密切相关。
2.4.1 SIRT1有心血管保护作用 SIRT1通过对p53、PPARγ、MyoD、半胱氨酸蛋白酶及淋巴细胞的调控，延长心肌细胞、血管平滑肌细胞寿命，减缓心脏病发展。用NIC处理原代培养大鼠心肌细胞48h后发现，NIC呈剂量依赖性使细胞骤缩、脱落、凋亡[13]。陈丽函等[14]也发现，SIRT1高表达抑制半胱氨酸蛋白酶3激活，提高心肌细胞抗凋亡或衰老能力，保护心肌及活力。另外，SIRT1通过对PPARγ及胰岛素/IGF-1信号通路的调节参与脂肪代谢的调控，促进脂肪分解，对防止代谢相关性心血管病起一定作用。
2.4.2 SIRT1减少肥胖发生 在脂肪细胞中，SIRTl通过上调FOXO1活性、增强FOXO1与CCAAT/增强子结合蛋白α的相互作用，增加脂联素基因转录水平，降低PPAP-7活性，抑制脂肪形成，从而有效减少肥胖发生。
2.4.3 SIRT1促进胰岛素分泌 SIRT1不仅通过对组蛋白的去乙酰化来调节糖或脂肪代谢，还间接或直接地调节胰岛素信号转录，对哺乳动物β细胞的胰岛素分泌有正调节作用。
Moynihan等[15]在小鼠胰腺β细胞中特异性转染了SIRT1基因，诱导小鼠β细胞SIRT1的高表达，发现小鼠糖耐量及糖刺激的胰岛素分泌明显改善。与对照鼠比较，在糖刺激下胰岛素分泌明显增加；随着转SIRT1基因鼠龄的增长，仍表现出糖耐量、糖刺激反应的改善及胰岛素分泌比对照组强；提示特异性转染SIRT1基因的小鼠β細胞的胰岛素分泌功能并不明显地随增龄而减退。另据杨杰华等的研究[16]显示：RE使胰岛素mRNA表达上调、胰岛素分泌，NIC则相反（P<0.05）。
3 结 语
适当的CR可延长生命体寿命；然而，CR与长寿的关系却远非CR降低高血糖、高血脂和高血压等心血管疾病的危险因素所能解释的，SIRT1在CR中扮演着及其重要的角色，它是连接CR与长寿的桥梁。
SIRT1去乙酰化多种组蛋白而调节生命活动中的多个环节，与衰老、心血管疾病、胰岛素分泌、肥胖等多领域疾病密切相关。尽管最近对SIRT1的研究有新的突破，但其分子生物学机制及临床机理、临床应用尚未完全研究清楚。我们相信，随着SIRT1生物学机制的进一步研究，将会对衰老等有进一步的认识。对其深入研究，可能提供更多有关细胞生命调控的信息。
参考文献
[1] McCay CM，Crowell MF，Maynard LA.The effect of retarded growth upon length of lifespan and upon ultimate body size.J of Nutrition，1935，10：63-79.
[2] Lin SJ，Defossez PA，Guarente L.Requirement of NAD and SIR2 for life-span extension by calorie restriction in Saccharomyces cerevisiae，Science，2000，289（5487）：2126-2128.PMID：11000115.
[3] Guarente L，Kenyon C.Genetic Pathways that regulate ageing in model organisms.Nature，2000，408（6809）：255-62.
[4] Rogina B，Helfand SL.Sir2 mediates longevity in the fly through a pathway related to calorie restriction.Proc Natl Acad Sci USA，2004，01（45）：15998-6003.
[5] Weindruch R，Walford RL，Fligiel S，et al.The retardation of aging in mice by dietary restriction：longevity，cancer，immunity and lifetime energy intake.J Nutr，1986，116（4）：641-54.
[6] Ungvari Z，Parrado-Fernandez C，Csiszar A，et al.Mechanisms Underlying Caloric Restriction and Lifespan Regulation：Implications for Vascular Aging.Circ Res，2008 Mar 14：102（5）：519-28.
[7] Bordone L，Guarente L.Calorie restriction，sirt1 and metabolism：understanding longevity.Nat Rev Mol Cell Biol，2005 Apr，6（4）：29-305.
[8] Chen D，Steele AD，Lindquist S，Guarente L.Increase in activity during calorie restriction requires Sirt1.Science，2005，310（5754）：1641.
[9] Hu Y，Liu J，Wang J，Liu Q.The controversial links among calorie restriction，SIRT1，and resveratrol.Free Radic Biol Med，2011 Jul 15；51（2）：250-6.Epub 2011 Apr 22. [10] Moynihan KA，Grimm AA，Plueger MM，et al.Increased dosage of mammalian Sir2 in pancreatic beta cells enhances glucose-stimulated insulin secretion in mice.Cell Metab，2005，2（2）：105-17.
[11] Rodgers JT，Lerin C，Haas W，et al.Nutrient control of glucose homeostasis through a complex of PGC-α and SIRT1.Nature，2005，434（7029）：113-8.
[12] Howitz KT，et al.Small molecule activators of sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae lifespan[J].Nature，2003，425：191-196.
[13] Alcendor RR，Kirshenbaum LA，Imai S，et al.Silent information regulator 2，a longevity factor and class III histone deacetylase，is an essential endogenous apoptosis inhibitor in cardiac myocytes[J].Circ Res，2004，95：971-980.
[14] 陳丽函，王伟，傅玉才，等.白藜芦醇对缺血再灌注心肌细胞凋亡及沉寂信息调节因子2表达的影响[J].中国临床康复，2006，10（19）：69-71.
[15] Moyniha KA，Grimm AA，Plueger MM，et al.Increased dosage of mammalian SIR2 in pancreatic beta cells enhances glucose-stimulated insulin secretion in mice.Cell-Metab，2005，2（2）：105-117.
[16] 杨杰华，陈慎仁，傅玉才，等.SIRT1与INS/IGF-1通路的关系及对NIT-1细胞胰岛素分泌的影响.中华临床医师杂志（电子版），2008，2（6）：668-678.
【关键词】 沉默信息调节因子2相关酶l；热量限制；寿命
doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2013.08.601 文章编号：1004-7484（2013）-08-4604-02
1935年，McCay等人发现，给予大鼠少于随意摄取的食物量可延长大鼠寿命，从而提出了CR的概念[1]。至今，已有的研究证明CR可使鼠类、酵母菌、线虫、果蝇寿命延长[2-5]。
CR降低高血糖、高血脂和高血压等心血管疾病的危险因素，对于预防代谢相关性疾病、延缓衰老具有肯定的作用；但其深层次的机理是否如此简单呢？大量研究表明[6-7]，CR对于衰老的延缓作用需要沉默信息调节因子2（silent information regulator2，Sir2）或其在哺乳动物的同源基因SIRT1的参与；对于哺乳动物而言，SIRT1是连接CR与长寿的桥梁。
1 SIRT1概述
Sir2最先于1986年Jasper Rine和Ira Herskowitz在芽殖酵母细胞中发现，参与基因沉默、DNA修复，与物质、能量代谢和衰老等关系密切。SIRTs是Sir2相关酶类，是一种高度保守的蛋白质，从细菌到人类广泛分布（少数原核生物也有分布）。SIRT1目前研究最多，SIRT1的活性可被尼克酰胺（NIC）、sirtinol、cambinol、splitomicin及间苯三酚类、吲哚类、苏拉明类和腺苷类等抑制，而被白黎芦醇（RE）、槲皮素、imidazoquinoxaline、pyrroloquinoxaline scaffolds、SRT等激活。
蛋白功能的表达，主要是通过其生物化学结构上的特异性修饰（如乙酰化/去乙酰化、磷酸化/去磷酸化）来实现的。参与去乙酰化的除了经典的Ⅰ类和Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶（HDAC），还有特殊的Ⅲ类HDAC（即SIRTs）。Ⅰ、Ⅱ类HDAC的共同点是其活性可被制毛癣素A抑制，SIRTs对制毛癣素A不敏感，其活性依赖于NAD+，可被烟碱抑制。SIRT1通过对组蛋白/非组蛋白的去乙酰化作用，调节细胞的增殖、分化、衰老、凋亡和代谢。在NAD+存在的情况下，SIRT1使组蛋白去乙酰基，生成去乙酰化组蛋白，氧代乙酰基ADP核糖基（O-acetyl-ADP-ribose）和NIC。SIRT1也使其他非组蛋白如叉头蛋白转录因子FOXO家族（FOXOs）、肿瘤抑制因子（p53）、生肌决定因子（MyoD）、过氧化体增生物激活型受体γ共活物1（PGC-1）等脱乙酰基，调节细胞的分化、代谢、衰老及凋亡。
2 SIRT1是连接CR与长寿的桥梁
2.1 CR使SIRT1表达上调 20世纪80年代，美国麻省理工学院Lenny Guarente等用酵母菌进行衰老研究，他们发现酵母菌中的Sir2基因有重要的抗衰老作用，不仅如此，Sir2还能被CR激活，从而介导CR的抗衰老作用。在肝脏中，CR或禁食能增加Sirt1蛋白表达，而高脂饮食的作用则相反。已有的众多研究证明，CR可使实验动物许多代谢性组织器官中的SIRT1表达上调，如肝脏，肌肉和大脑[8]。另外，SIRT1的激活剂RE可部分表现出与CR相同的效果[9]，这也从另一方面提示了CR有类似于RE的激活SIRT1的作用。
2.2 CR诱导的长寿需SIRT1参与 要证明SIRT1在CR通路的必要性，技术上简单可行，只需在同样CR条件的基础上，设计SIRT1正常组和SIRT1缺失组，两组进行比较即可。这方面已有研究证实：CR能明显的提高小鼠活动能力，但在SIRTI表达不足的小鼠其活动能力没有变化，只具有一些由饮食引起的一些代谢性改变[3]。SIRT1对于CR条件下保持动物的觅食活性具有重要的意义。
再者，CR小鼠的血糖和三酸甘油脂显着下降，而在SIRT1缺陷的CR鼠（SIRTI+/-）中，这种改变并不明显。SIRT1可以促进胰岛β细胞分泌胰岛素，敲除胰岛β细胞系SIRT1可减弱其分泌胰岛素的能力[10]。
SIRT1还可以稳定肝糖的平衡[11]。在禁食条件下，肝细胞可通过增加糖异生和减少糖降解以维持血糖浓度。但是，这些作用在SIRT1敲除的细胞中明显减弱。由此，CR小鼠具有更强的抵抗氧化应变能力，这可能与SIRTI本身可增加细胞抗氧化应变能力密切相关。
2.3 SIRT1延长细胞寿命 细胞衰老是人体衰老的根源。p53是最早发现的SIRT1生理性底物。通过将p53蛋白第382位赖氨酸残基去乙酰化，SIRT1降低p53蛋白与DNA顺式元件结合，减少p53途径的细胞凋亡和生长抑制，延长细胞寿命，延缓衰老。
FOXO家族中的FOXO1、FOXO3a具有诱导细胞凋亡的作用，SIRT1与FOXO1、FOXO3a形成复合物并使之去乙酰化，抑制FOXO1、FOXO3a诱导的细胞凋亡。
机体启动损伤应激诱导的细胞凋亡的关键步骤是Bax蛋白与DNA修复因子Ku70松解，从细胞质移位到线粒体外膜并释放细胞色素C。SIRTl以Ku70為底物对其2个赖氨酸残基乙酰化，加强其与Bax蛋白的作用，使Bax不能移位到线粒体，抑制凋亡。
据Howitz KT等的研究[12]，增加一个拷贝的SIR2基因或SIR2激活剂可延长酵母寿命。存在于葡萄（酒）中的RE可激活SIR2活性，使酵母寿命延长70%，该物质对人SIRT1也有激活作用。对于代谢来说，SIRT1通过对PARγ和PGC-1α的调节，减少脂肪生成，而使细胞代谢降低到一个较低水平，延缓衰老进程。 2.4 SIRT1与生命体多器官或疾病相关 现有研究证实，SIRT1与心血管疾病、代谢与内分泌疾病等密切相关。
2.4.1 SIRT1有心血管保护作用 SIRT1通过对p53、PPARγ、MyoD、半胱氨酸蛋白酶及淋巴细胞的调控，延长心肌细胞、血管平滑肌细胞寿命，减缓心脏病发展。用NIC处理原代培养大鼠心肌细胞48h后发现，NIC呈剂量依赖性使细胞骤缩、脱落、凋亡[13]。陈丽函等[14]也发现，SIRT1高表达抑制半胱氨酸蛋白酶3激活，提高心肌细胞抗凋亡或衰老能力，保护心肌及活力。另外，SIRT1通过对PPARγ及胰岛素/IGF-1信号通路的调节参与脂肪代谢的调控，促进脂肪分解，对防止代谢相关性心血管病起一定作用。
2.4.2 SIRT1减少肥胖发生 在脂肪细胞中，SIRTl通过上调FOXO1活性、增强FOXO1与CCAAT/增强子结合蛋白α的相互作用，增加脂联素基因转录水平，降低PPAP-7活性，抑制脂肪形成，从而有效减少肥胖发生。
2.4.3 SIRT1促进胰岛素分泌 SIRT1不仅通过对组蛋白的去乙酰化来调节糖或脂肪代谢，还间接或直接地调节胰岛素信号转录，对哺乳动物β细胞的胰岛素分泌有正调节作用。
Moynihan等[15]在小鼠胰腺β细胞中特异性转染了SIRT1基因，诱导小鼠β细胞SIRT1的高表达，发现小鼠糖耐量及糖刺激的胰岛素分泌明显改善。与对照鼠比较，在糖刺激下胰岛素分泌明显增加；随着转SIRT1基因鼠龄的增长，仍表现出糖耐量、糖刺激反应的改善及胰岛素分泌比对照组强；提示特异性转染SIRT1基因的小鼠β細胞的胰岛素分泌功能并不明显地随增龄而减退。另据杨杰华等的研究[16]显示：RE使胰岛素mRNA表达上调、胰岛素分泌，NIC则相反（P<0.05）。
3 结 语
适当的CR可延长生命体寿命；然而，CR与长寿的关系却远非CR降低高血糖、高血脂和高血压等心血管疾病的危险因素所能解释的，SIRT1在CR中扮演着及其重要的角色，它是连接CR与长寿的桥梁。
SIRT1去乙酰化多种组蛋白而调节生命活动中的多个环节，与衰老、心血管疾病、胰岛素分泌、肥胖等多领域疾病密切相关。尽管最近对SIRT1的研究有新的突破，但其分子生物学机制及临床机理、临床应用尚未完全研究清楚。我们相信，随着SIRT1生物学机制的进一步研究，将会对衰老等有进一步的认识。对其深入研究，可能提供更多有关细胞生命调控的信息。
参考文献
[1] McCay CM，Crowell MF，Maynard LA.The effect of retarded growth upon length of lifespan and upon ultimate body size.J of Nutrition，1935，10：63-79.
[2] Lin SJ，Defossez PA，Guarente L.Requirement of NAD and SIR2 for life-span extension by calorie restriction in Saccharomyces cerevisiae，Science，2000，289（5487）：2126-2128.PMID：11000115.
[3] Guarente L，Kenyon C.Genetic Pathways that regulate ageing in model organisms.Nature，2000，408（6809）：255-62.
[4] Rogina B，Helfand SL.Sir2 mediates longevity in the fly through a pathway related to calorie restriction.Proc Natl Acad Sci USA，2004，01（45）：15998-6003.
[5] Weindruch R，Walford RL，Fligiel S，et al.The retardation of aging in mice by dietary restriction：longevity，cancer，immunity and lifetime energy intake.J Nutr，1986，116（4）：641-54.
[6] Ungvari Z，Parrado-Fernandez C，Csiszar A，et al.Mechanisms Underlying Caloric Restriction and Lifespan Regulation：Implications for Vascular Aging.Circ Res，2008 Mar 14：102（5）：519-28.
[7] Bordone L，Guarente L.Calorie restriction，sirt1 and metabolism：understanding longevity.Nat Rev Mol Cell Biol，2005 Apr，6（4）：29-305.
[8] Chen D，Steele AD，Lindquist S，Guarente L.Increase in activity during calorie restriction requires Sirt1.Science，2005，310（5754）：1641.
[9] Hu Y，Liu J，Wang J，Liu Q.The controversial links among calorie restriction，SIRT1，and resveratrol.Free Radic Biol Med，2011 Jul 15；51（2）：250-6.Epub 2011 Apr 22. [10] Moynihan KA，Grimm AA，Plueger MM，et al.Increased dosage of mammalian Sir2 in pancreatic beta cells enhances glucose-stimulated insulin secretion in mice.Cell Metab，2005，2（2）：105-17.
[11] Rodgers JT，Lerin C，Haas W，et al.Nutrient control of glucose homeostasis through a complex of PGC-α and SIRT1.Nature，2005，434（7029）：113-8.
[12] Howitz KT，et al.Small molecule activators of sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae lifespan[J].Nature，2003，425：191-196.
[13] Alcendor RR，Kirshenbaum LA，Imai S，et al.Silent information regulator 2，a longevity factor and class III histone deacetylase，is an essential endogenous apoptosis inhibitor in cardiac myocytes[J].Circ Res，2004，95：971-980.
[14] 陳丽函，王伟，傅玉才，等.白藜芦醇对缺血再灌注心肌细胞凋亡及沉寂信息调节因子2表达的影响[J].中国临床康复，2006，10（19）：69-71.
[15] Moyniha KA，Grimm AA，Plueger MM，et al.Increased dosage of mammalian SIR2 in pancreatic beta cells enhances glucose-stimulated insulin secretion in mice.Cell-Metab，2005，2（2）：105-117.
[16] 杨杰华，陈慎仁，傅玉才，等.SIRT1与INS/IGF-1通路的关系及对NIT-1细胞胰岛素分泌的影响.中华临床医师杂志（电子版），2008，2（6）：668-678.