刘 波，谢 珍，徐 彭

(江西中医学院药学院药理学科组，江西南昌 330004)

Sirt1是哺乳动物沉默信息调节因子2(silent information regulator 2，Sir2)同源蛋白(Sirt1～7)中与酵母菌Sir2同源性最高的［1］，也是第1个被发现的Sirtuin蛋白家族成员。据报道［2-3］，Sir2相关酶类是基因高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖的第Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，参与组蛋白和非组蛋白赖氨酸残基的脱乙酰化，通过对p53、FOXO(class O subfamily of forkhead box)、NF-κB 等转录因子去乙酰化修饰，调控细胞增殖、分化、新陈代谢等，对染色质结构、细胞代谢及肿瘤发病等过程发挥重要的调节作用。近年来研究发现，Sirt1在骨质疏松症的发病、防治中同样发挥重要作用。

1 Sirt1的分子生物学特征

Sirt1是1999年首先在人体发现［4］，基因定位于染色体10q21.3，基因全长33 kb，包含9个外显子和8个内含子。Sirt1蛋白包括500个氨基酸残基，从结构上来看，包含一个保守性较高，由Rossmann折叠构成的大结构域和一个由锌带结构和螺旋构件组成的保守性相对低的小结构域，通过大、小结构域形成的裂隙是底物与Sirt1结合并发生催化反应的场所。研究表明，Sirt1在胚胎早期和生殖细胞等成熟组织中均有表达，参与包括DNA转录和损伤修复、代谢调控等一系列的细胞活动［5］。

蛋白乙酰化修饰是可逆的蛋白共价修饰形式，由组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶共同调控，使蛋白功能处于动态平衡，是蛋白功能变化的主要表现方式，参与机体大多生理、病理过程。仅采用蛋白质组学的方法，在133个小鼠线粒体蛋白就发现存在277个乙酰化位点［6］，在1750个蛋白同样发现3600个乙酰化位点，表明蛋白的乙酰化/去乙酰化调控过程影响细胞的分子信号传导途径［7］。Sirt1将蛋白底物中赖氨酸的乙酰基转移到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的ADP核糖上，产生去乙酰化的蛋白，烟酰胺(NAM)和2'-O-乙酰基-ADP 核糖［8］。这一过程可使 PGC1s、FOXO1、NF-κB、LXRs等蛋白去乙酰化，参与炎症、肿瘤、代谢等众多病理过程，表明Sirt1在机体中起着复杂的调控作用。

2 Sirt1与骨质疏松症

骨质疏松症(osteoporosis)是一种常见的慢性进行性疾病，以骨量减少，骨微结构破坏，骨强度降低等为特征。近年来，骨质疏松症发病率不断提升，据估计2020年美国骨量减少或骨质疏松症患者将达6 100万，而2006年我国50岁以上的骨质疏松症患者就达6 944万。从目前研究来看，骨质疏松症的本质主要是骨组织吸收和形成失衡，骨矿物质及其基质等比减少，表现为骨量减少、骨骼微细结构破坏，以及骨脆性增高，骨载荷、弯曲应力等生物力学强度下降等，易发生微细骨折或完全骨折。

Sirt1与骨代谢、骨量关系密切，组蛋白的去乙酰化修饰可抑制骨形成，降低成骨细胞中骨钙素和碱性磷酸酶的表达，减少成骨细胞的增殖、分化［9］。Cohen-Kfir等［10］采用Sirt1缺陷的小鼠(Sirt1胚系突变的129/Sv小鼠)考察骨骼表性特征，发现与野生型(Sirt+/+)小鼠相比，Sirt1单倍体(Sirt1+/-)小鼠骨量、骨小梁数目、股骨体积分数、第4腰椎骨矿物质含量显著减少，雌性小鼠表现尤为突出，但小鼠骨小梁厚度并没有明显变化。此外，应用动态骨组织形态学分析对小鼠的股骨远端干骺端进行骨形成和骨吸收评价，显示Sirt1+/-比Sirt1+/+骨形成明显减少，矿化沉积率和骨形成率降低［10］。在去卵巢小鼠的骨髓中，还发现Sirt1蛋白水平的降低伴随着骨髓脂肪细胞的增加［11］。就个体而言，骨质疏松症与肥胖没有明显关联，而瘦素可直接或者间接的调节骨细胞，骨量和脂肪的维持需要脂肪细胞和成骨细胞数量间保持动态平衡。

2.1 Sirt1与成骨细胞/骨形成 成骨细胞(osteoblast)是骨发生、骨形成的功能细胞，成骨细胞数量的增加、功能增强能促进骨形成，防止骨质疏松症的产生主要策略［12］。目前的防治骨质疏松症药物，特别是中药大多是促进成骨细胞增殖和分化［13］。Sirt1在成骨细胞的大量表达与提高老龄鼠骨密度有重要意义，研究发现Sirt1的激活剂白藜芦醇促进成骨细胞的分化，减少骨髓脂肪细胞的形成和破骨细胞的数量［14-16］。白藜芦醇在骨髓间充质干细胞(MSCs)向成骨细胞分化中能促进Sirt1与PPAR-γ(主要的成脂转录因子)结合，抑制PPAR-γ的活性，阻碍MSCs向脂肪细胞分化，促进骨形成［17］。PPAR-γ还可抑制Runx2 mRNA的转录活性及成骨信号通路，包括Wnt和转化生长因子β/BMP等［18-］。Tseng等［19］发现Sirt1可与FOXO3A的C-末端结构域结合，并使Sirt1/FOXO3A复合物增加，增强FOXO3A的转录活性。FOXO3A控制成骨细胞的凋亡信号通路［20］，并在Wnt3a诱导的成骨细胞分化中调控对氧化应激的拮抗作用［21-23］。Sirt1虽然能增加FOXO3A蛋白质的表达及Sirt1与FOXO3A复合物的形成，但Sirt1特异性抑制剂sirtinol并不能扭转这种现象，说明Sirt1与FOXO3A间的调节存在复杂关系，特别是氧化应激诱导的骨质疏松症，FOXO家族起着抗骨质疏松症的功能［24］。Runx2是启动成骨转录程序的早期主要的转录因子，可诱导成骨细胞特异性基因的表达，如骨桥蛋白、骨钙素和碱性磷酸酶等。Sirt1/FOXO3A的过表达或沉默都影响着Runx2启动子的活性，沉默FOXO1也可降低Runx2的表达［25］，并损害骨形成。研究表明，MC3T3-E1细胞转染Sirt1过表达后，可抑制TNF-α诱导的细胞凋亡，提高ALP活性，增加Runx2和骨钙素mRNA的表达，此外还能明显抑制肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)诱导的 NF-κB激活，减少iNOS，NO的表达可被Sirt1的抑制剂EX-527所逆转［26］。由此可见，Sirt1蛋白参与骨形成过程，PPAR-γ、FOXO3A、FOXO1等蛋白发挥了重要作用，而Runx2蛋白是最终的调节目标，由此可见Sirt1/Runx2信号通路可能是未来研究防治骨质疏松症产生的重要研究方向。

另外，Sirt1与成骨转录因子Cbfa1激活还可形成Sirt1-Cbfa1复合物，促进骨形成。Sost编码的sclerostin是骨形态发生蛋白的抑制物，通过与骨形成蛋白(BMP)竞争性结合，下调BMP活性而抑制骨形成［27］。Sirt1通过Sost启动子的组蛋白3的第9个赖氨酸乙酰化能直接抑制Sost基因的表达，或通过siRNA和sclerostin中和抗体使Sost下调，可恢复骨钙素、骨涎蛋白基因的表达及矿化结节的形成。总之，Sirt1在成骨细胞增殖、分化及功能调节中发挥重要作用。

2.2 Sirt1与破骨细胞/骨吸收 破骨细胞(osteoclast)源于造血干细胞，是由分化的单核-巨噬细胞融合形成的多核细胞，是骨吸收的功能细胞，主要标志物有抗酒石酸酸性磷酸酶和组织蛋白酶K。包括NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)、TNF-α、白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、巨噬细胞集落刺激因子在内的众多因素都可引起破骨细胞活化。其中RANKL是TNF超家族的一员，由成骨细胞和骨髓间充质细胞产生，其受体RANK表达在前破骨细胞的表面，二者结合后参与破骨细胞的分化。骨保护素是RANKL的另一种受体，与RANK竞争性结合RANKL，能特异性阻断破骨细胞的分化、活化及成熟［28］。

Shakibaei等［15］发现RANKL可诱导抗酒石酸酸性磷酸酶阳性多核细胞的形成，而未经处理的骨源性细胞产生良好的骨样结构和骨特异性基质。RANKL可激活NF-κB，并上调P300的表达从而促进NF-κB的乙酰化。但经白藜芦醇预处理后可完全抑制NF-κB的激活，并抑制IκBα酶的激活及其磷酸化、降解，阻断RANKL诱导的乙酰化和以时间、浓度依赖性方式进行的 NF-κB 的核易位［17］。当然，Sirt1与P300在骨源性前破骨细胞结合，同样可导致NF-κB的去乙酰化，抑制NF-κB的转录活性，抑制破骨细胞的形成。NF-κB 对破骨细胞的形成是极其重要的［29］，在 NF-κB p50-/-和p52-/-双敲除的小鼠中，因不能形成破骨细胞而引起严重的骨硬化症［30］，说明 NF-κB p50和 p52的表达是前破骨细胞或破骨细胞前体分化成抗酒石酸酸性磷酸酶阳性破骨细胞所必须的。

总之，在破骨细胞中，Sirt1 与 RANKL、NF-κB、TNF-α、IL1-β等破骨细胞相关的细胞因子密切相联，能调节骨吸收，对维持骨量平衡发挥重要作用。

3 结语与展望

成骨细胞(骨形成)和破骨细胞(骨吸收)的共同作用，是维持人体骨骼终生不停地进行“换旧更新”的保证。综合上述发现，Sirt1在调节成骨细胞与破骨细胞活性的平衡上，起着举足轻重的作用，但还有一些问题没有得到阐明:首先Sirt1调节成骨细胞和破骨细胞增殖、活化及功能的相关因子，但各因子间的信号传递过程并不清楚;其次白藜芦醇虽是Sirt1的激活剂，但其分子作用机制也不明确;另外，Sirt1诱导的骨生成分子机制在动物模型上还没有进一步证实等。总之，研究Sirt1与骨质疏松症的相关性，进一步明确Sirt1在骨质疏松症发病、防治过程中的分子作用机制，可为临床上开发抗骨质疏松症新药提供新的研究靶点，也将为今后进一步探究骨质疏松症治疗方法提供新的思路。

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