蔡文杰，王铭洁

（1．上海理工大学医疗器械与食品学院医学基础教研室，上海 200093；2．复旦大学老年医学研究中心，复旦大学基础医学院生理与病理生理学系，上海 200032）

血管衰老的乙酰化调控机制

蔡文杰1，王铭洁2

（1．上海理工大学医疗器械与食品学院医学基础教研室，上海 200093；
2．复旦大学老年医学研究中心，复旦大学基础医学院生理与病理生理学系，上海 200032）

中国图书分类号：R-05；R339．38；R364．3；R543.02；R977.3

摘要：蛋白质乙酰化修饰对基本生命现象进行广泛调节，如心血管稳态和肿瘤发生。探索乙酰化修饰机制及其在疾病中的异常表现，已成为医学研究的基本问题之一。血管衰老与老年性高血压、冠状动脉粥样硬化等疾病的发生发展密不可分，内皮细胞衰老是其中的关键环节。该文综述了血管衰老的乙酰化调节研究进展，并对该领域的研究做展望。

关键词：乙酰化；衰老；内皮细胞；硫化氢；血管新生；组蛋白去乙酰化酶

网络出版时间：2015－9－14 14：53 网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20150914．1453．010．html

遗传物质DNA确保了人类的种族绵延，基因突变在增加生物多样性的同时，也会导致疾病的发生。近年来，科学家们认识到基因功能在没有DNA序列发生变化的情况下也能进行可逆的、甚至可遗传的改变（表观遗传学）。研究最多的有DNA甲基化、组蛋白乙酰化等。不仅是组蛋白，非组蛋白也能发生乙酰化修饰。蛋白质乙酰化修饰和磷酸化修饰一样广泛存在于生物体内，对基本生命现象进行着多种调节，如心血管稳态和肿瘤的发生发展。因此，探索乙酰化修饰机制及其在疾病中的异常表现，已成为医学和生命科学研究的基本问题之一。

老年是心血管疾病（如动脉粥样硬化和高血压）的首要危险因素，心血管疾病是65岁以上老年人死亡的主因之一［1］。老年人动脉管壁硬化、外周血管中膜增厚和纤维化，引起血管可扩张性降低和血压升高。高血压导致的心肌和血管重构、动脉粥样硬化以及动脉痉挛性收缩等原因均可引起组织缺血。血管内皮细胞的正常功能对于维持血管稳态、

促进伤口愈合起着非常重要的作用。老年人群普遍存在的伤口愈合差，与内皮细胞衰老导致的血管新生障碍密切相关。研究发现，同样基因背景的人衰老过程存在明显差异，提示表观遗传学参与了衰老的调控。

目前，已知衰老过程伴随着众多基因和蛋白质的乙酰化修饰改变，本文围绕血管衰老的乙酰化调节研究进展做一综述。

1　蛋白质乙酰化修饰及其调控

蛋白质乙酰化是一个可逆的过程，受乙酰化酶（又称乙酰基转移酶，acetyltransferase，或histone acetyltransferase，HAT，因起初认为其作用于组蛋白起效而得名）和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC，与HAT作用相反而得名）的共同作用，处于一个精细调节的网络中。乙酰化酶将乙酰辅酶A上的乙酰基转移到蛋白质的赖氨酸残基上。从基因表达的角度看，HAT乙酰化组蛋白，舒展核小体结构，激活基因转录，HDAC的作用则相反。二者密切配合使染色质结构发生动态改变，可以调控基因的活性以及DNA的复制。胞质中的乙酰化修饰酶则由于其所处的位置而更多地参与了对细胞各种功能的非基因调节。

HDAC家族包含18个基因及其编码的蛋白质。哺乳动物的HDACs根据它们与酵母转录抑制因子Rpd3p（reduced-potassium-dependency gene 3）、Hda1p（histone deacetylase A complex的一个亚单位）和Sir2p（silent information regulator 2）的同源性分成4类：Ⅰ（HDAC 1、2、3、8）、Ⅱ（HDAC 4、5、6、7、9、10）、Ⅲ（SIRT 1～7）、Ⅳ（HDAC11），其中Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类被称为经典HDAC，是Zn2＋依赖酶；Ⅲ类被称为Sirtuins，是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）依赖酶。不同亚型的HDAC在亚细胞定位和功能侧重上有差异，亚细胞定位的不同，使它们能作用于不同的靶分子。

Ⅰ类HDAC中的HDAC 1、2、3位于细胞核内，全身分布广泛，以转录因子作为底物，是维持正常生命活动所必须的，所以无法获得基因敲除小鼠。Ⅰ类HDAC中的HDAC8、ⅡA 类HDAC（HDAC 4、5、7、9）和Ⅳ类HDAC（HDAC 11）在胞质、胞核都有分布。HDAC 8全身广泛分布，HDAC 4、5和11主要分布于心脏、平滑肌和脑，HDAC 7还分布于胎盘和胰腺。仅HDAC 7基因敲除因缺乏内皮细胞间连接而在胚胎期致死。ⅡB类HDAC（HDAC 6和10）则位于细胞质，以肾脏和肝脏分布为主，HDAC 6在心脏和胰腺也有分布。HDAC 6去乙酰化修饰α-tubulin和HSP90。HDAC 6还可调节缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的活性，敲低胞内HDAC 6可通过HSP90介导的蛋白酶降解途径减少VEGF受体表达［2］。

不同的Sirtuins可以对不同部位的蛋白质发挥去乙酰化作用：SIRT 1、6和7主要在核内起效；SIRT 2在胞质起效；SIRT 3、4和5在线粒体起效。SIRT 1与酵母转录抑制因子Sir2p同源性最高，是一个基础状态下主要位于核内的多功能去乙酰化酶，将蛋白质乙酰化与代谢联系起来［3］，参与了对代谢、衰老、肿瘤发生的调控，与应激反应信号转导通路联系密切。SIRT 1可能通过增强基因组的稳定性来促进代谢，SIRT 1的已知下游靶分子有组蛋白（H1K26、H3K9和H4K16）、p53、叉头蛋白O（forkhead box O，FoxO）以及NF-κB （nuclear factor-κB）。SIRT 1又被称为长寿基因，因为：①过表达SIRT 1可抑制衰老，延长寿命［3］；②热量限制（calorie restriction，CR）通过增强细胞SIRT 1活性延长酵母、果蝇和小鼠的寿命［4］。但是也有研究提示热量限制引起的SIRT 1活性增强有器官依赖性，例如热量限制引起肝脏SIRT 1减少，高卡路里饮食则活化小鼠肝脏SIRT 1［5］。SIRT 6可使组蛋白H3K9乙酰化调节基因组稳定性、NF-κB信号和葡萄糖稳态，从而延长寿命［6］。SIRT 3可通过去乙酰化线粒体蛋白参与了热量限制引起的寿命延长［7］。

2　血管衰老的乙酰化调节

2．1血管衰老的表现 衰老过程中，构成血管的两种主要细胞——血管内皮细胞和平滑肌细胞均发生功能失调。内皮细胞产生缩血管和舒血管物质的平衡被打破，主要体现在内源性舒血管物质一氧化氮产生减少，而环氧合酶（cycloox-ygenase，COX）来源的缩血管因子（如血栓素和前列腺素H2）产生增加，并伴随活性氧产生增加［8］。平滑肌细胞则迁移、增殖增强，对生长因子（如转化生长因子β1）的反应改变，对内皮源性缩血管因子的反应增强，内皮细胞和平滑肌细胞之间的信号通讯也发生改变［9］。

衰老时内皮细胞功能障碍会导致血管痉挛、血栓形成、巨噬细胞浸润和炎症反应，从而引起动脉粥样硬化和其他心血管病变（如冠心病、高血压等）。所以内皮细胞功能障碍已成为心血管疾病的一个预测指标［8］。

2．2乙酰化与内皮细胞功能 衰老时内皮eNOS的总量并没有减少，但乙酰化的eNOS增多，同时伴随SIRT 1减少，使得eNOS活性下降，导致NO产生减少，内皮功能失调。而年轻动物在抑制SIRT 1后NO产生减少，其内皮依赖的血管舒张能力明显降低［10］。运用SIRT 1激活剂白藜芦醇可以加强SIRT 1的表达，NO产生增多，明显抑制了高糖引起的动脉粥样硬化症状［11］。这些实验表明，SIRT 1可以通过加强eNOS的活性来改善内皮细胞功能。然而最近研究表明，eNOS的赖氨酸在翻译后进行的乙酰化修饰对其活性很重要，使得内皮细胞NO产生增加。HDAC 1和HDAC 3则能介导该赖氨酸的去乙酰化，使得eNOS活性下降，NO产生减少［12］。可见不同类型的HDAC作用机制不同，它们一起调节eNOS的活性来影响内皮的功能。

活性氧增加会损害内皮细胞的功能，研究显示，下调HDAC 3或广谱抑制HDAC后，NOX4的转录减少。而抑制SIRT 1后NOX4表达上调，活性氧增加，内皮功能紊乱；如果预先用NADPH氧化酶抑制剂或超氧化物歧化酶，内皮的功能则不受SIRT 1抑制的影响［13］。这表明SIRT 1与经典HDAC不同，具有独特的抗氧化能力。

衰老伴随着血管中炎性因子的增加，通过NF-κB信号促进内皮细胞的促炎因子和黏附分子表达，使内皮功能紊乱。SIRT 1可以使NF-κB的RelA／p65亚基去乙酰化而活性降低，减少内皮的激活［14］。SIRT 6的下调能增加NF-κB的转

录活性，炎性因子产生增加，内皮功能发生障碍［15］。

2．3乙酰化与血管新生 老化细胞和动物SIRT 1含量降低，长期能量限制可增加去乙酰化酶SIRT 1表达，并抑制衰老［16］。SIRT 1也参与了对血管新生的调控［17］，SIRT 1可促进HIF-2α在缺氧下的反应，敲低SIRT 1后则减少内皮细胞VEGF受体表达，其在衰老过程中含量降低。SIRT 1通过多条途径延缓细胞衰老，主要包括：①多拷贝抑制rDNA重组；②去乙酰化FoXo［18］对其具有双重效应，上调Foxo的细胞周期停滞和抗氧化应激作用，下调Foxo的促细胞凋亡作用。抑制去乙酰化酶SIRT 1可诱导细胞早老表型，造成p53乙酰化，促细胞凋亡；过表达SIRT 1则可明显降低衰老内皮细胞的SA-β-gal活性（与老化程度呈正比）［19］。提示SIRT 1的下调很可能是老年血管新生障碍的一个重要机制。

快速老化小鼠SAMP8的HDAC 6表达水平下降，研究发现，HDAC 6能通过去乙酰化cortactin来促进内皮细胞迁移和血管新生［20］。然而，最近在肝细胞癌中的研究结果表明，下调HDAC 6能通过HIF-1α／VEGF途径来促进血管新生，从而使肿瘤预后不良［21］。说明HDAC 6在不同的病理生理条件下具有不同调节血管新生的作用。

各类经典HDAC抑制剂在体内外实验中主要显示出抑制血管新生的作用，由于其能使得乙酰化组蛋白增加，p21和p53基因表达调高，从而表现出抗肿瘤的作用。Vorinostat是最早被美国FDA批准的组蛋白去乙酰化酶抑制剂类药物，通过上调抑癌基因使肿瘤细胞停滞在G1期，用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤。最近的研究显示，其在治疗肝细胞肿瘤方面也具有良好的效果，其机制与该药物抑制HIF-1α相关，而后者是很强的促血管新生的因子［22］。HDAC抑制剂罗米地辛（romidepsin，FK228）是第2个被FDA批准的此类药物，通过恢复受抑制的抑癌基因表达而具有抑制肿瘤细胞增殖、促进细胞凋亡或分化、阻碍血管新生［23］等作用，已作为抗肿瘤药物进入临床研究和使用。

2．4硫化氢与衰老 硫化氢是一个活跃的调节心血管活动的气体信号分子。有文献报道，硫化氢可能通过抑制自由基反应和氧化应激、活化SIRT 1［24］、调控klotho基因来影响衰老的进程［25］。提示蛋白质的乙酰化修饰可能是生理浓度H2S发挥其生物学保护作用的新机制。模式生物秀丽隐杆线虫的研究表明，基因敲除硫化氢生成酶之一的3-MST，会缩短线虫寿命，给予外源性硫化氢供体则可恢复其寿命［26］。18月龄大鼠血浆硫化氢水平明显低于3月龄大鼠。外源性硫化氢可通过降低血浆AngII的浓度、下调主动脉AT1R蛋白的表达，提高血管组织抗氧化应激的能力从而减轻D-半乳糖诱导的亚急性衰老大鼠血管老化［27］。限制含硫氨基酸摄入能上调转硫信号通路中CSE酶的表达，从而提高内源性硫化氢生成，是通过长期能量限制延寿的必要环节［28］。说明硫化氢与衰老有重要联系，而其机制可能与蛋白质的乙酰化修饰相关。

2．5乙酰化与心血管疾病 心血管疾病是世界上人口死因之首。动脉粥样硬化与乙酰化关系密切，经典HDAC参与了动脉粥样硬化发生过程中的多个步骤，用其抑制剂能避免血管在受损时新内膜的形成［29］。而SIRT 1则能对抗动脉粥样硬化的症状［11］。自发性高血压大鼠肠系膜动脉中的HDAC 4含量增加，与高血压的发展相关，给予HDAC抑制剂可有效降低血压［30］。进一步研究发现HDAC抑制剂能增加盐皮质激素的乙酰化，减弱其转录活性，从而抵抗高血压的发展［31］。

3　结语

乙酰化修饰是一种常见的蛋白质修饰手段，可以对各种代谢通路进行精确调节和控制。血管衰老也受到乙酰化调控，研究其机制对于预防和治疗老年心血管疾病具有重要意义。鉴于蛋白质乙酰化系统包括多种乙酰化调节酶类，它们很可能以一个调控网络的形式发挥作用，另外乙酰化与甲基化之间也可相互影响，因此需要更多的研究来阐明血管衰老的调控机制，为开发控制衰老和相关疾病的药物提供了新的思路。

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Acetylation regulatory mechanism of vascular aging

CAI Wen-jie1，WANG Ming-jie2
（1．Dept of Basic Medicine，College of Medical Instruments and Foodstuff，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China；2．Research Center on Aging and Medicine，Dept of Physiology and Pathophysiology，Shanghai Medical College，Fudan University，Shanghai 200032，China）

Abstract：Protein acetylation extensively regulates fundamental biological process，such as cardiovascular homeostasis and tu-morigenesis．Mechanism of protein acetylation and its abnormal changes during diseases has become one of the basic questions in medical research．Vascular aging is inseparable from the occur-rence and development of senile hypertension and coronary ather- osclerosis．Endothelial cell senescence plays a key role during this process．This paper reviews the research progress in acetyla-tion regulation during vascular aging，and the prospects of the re-search in this field．

Key words：acetylation；senescence；endothelial cells；hydro-gen sulfide；angiogenesis；histone deacetylase

作者简介：蔡文杰（1979－），男，博士，副教授，研究方向：心血管生理药理学，Tel：021-55271206，E-mail：wenjiecai＠aliyun．com；王铭洁（1976－），女，博士，副教授，研究方向：心血管生理药理学，通讯作者，Tel：021-54237609-1，E-mail：mjwang ＠shmu．edu．cn

基金项目：国家自然科学基金青年项目（No 81000045）；复旦大学老年医学研究中心项目（No 13dz2260700）；上海市浦江人才计划资助项目（No 15PJ1406100，15PJ1400700）

收稿日期：2015－05－25，修回日期：2015－06－23

文献标志码：A

文章编号：1001－1978（2015）10－1348－04

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．10．005