陈波，李志杰

（中国医科大学附属盛京医院医学研究中心，辽宁省环境与代谢疾病动物模型研究与应用重点实验室，沈阳 110004）

所有多细胞生物都经历着身体功能和生理功能的逐渐衰退，这一过程称为衰老。人类衰老与许多疾病（Ⅱ型糖尿病，癌症，慢性炎症，肌肉减少症、阿尔茨海默病等形式的神经退行性疾病等）密切相关。衰老的细胞和组织普遍特征是氧化应激和氧化修饰蛋白及蛋白聚集物累积，这可能是衰老相关疾病背后的驱动力。因此，衰老可以看作是氧化应激缓慢、渐进的增加过程，而应激反应在衰老过程中被激活，从而影响这一过程。

研究［1］表明，机体可以通过增强腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）激活和抑制雷帕霉素复合物1靶点（target of rapamycin complex 1，TORC1）来控制或减弱年龄相关性疾病。Sestrins（Sesns）作为一种基因编码的蛋白质，在受到各种环境刺激（DNA损伤、氧化应激和缺氧）时细胞中的表达出现上调。

基于Sesns与TORC1之间的交互作用，Sesns能够调节衰老和与年龄相关的疾病过程［2］。Sesns的抗衰老功能在整个动物界都是进化保守的。本文就Sesns在衰老中的调控作用进行综述。

1 Sesns概述

Sesns是一类高度保守的应激反应蛋白家族，由P53和叉头转录因子通过转录调控，在体内表现出氧化还原酶活性，保护细胞免受氧化应激［3-4］。当细胞处于缺氧、DNA损伤及氧化应激等状态时，Sesns表达水平上调［5］。

大多数动物均存在Sesns基因，无脊椎动物基因组只包含1个Sesn基因，而哺乳动物和其他脊椎动物包含3个高度同源的基因（Sesn1、Sesn2和Sesn3），编 码Sesn1、Sesn2和Sesn3蛋 白［6］。Sesn1是 在 筛 选P53应答基因时发现的，又称为“P53-activated gene number 26（PA26）”，并归于GADD（growth arrest and DNA damage）诱导的基因家族［7，8］。Sesn2又称为“hypoxiainduced gene number 95（Hi95）”，是通过微阵列方法分离出，作为缺氧诱导的人胶质母细胞瘤细胞的基因［9］。由于Sesn1和Sesn2具有相似性，在此基础上通过序列分析发现了Sesn3［10］。

目前，已知Sesn2是只有1个转录本编码的60×103蛋白产物，而Sesn1基因被转录成3个不同的mRNA，这些mRNA具有不同的转录起始位点，因此编码3个分子量为48×103、55×103和68×103的蛋白产物［9］。同样，Sesn3基因被转录成2个交替剪接的mRNA亚型，它们编码分子量为44×103和53×103蛋白产物［11］。Sesn1（55×103）、Sesn2（60×103）和Sesn3（53×103）蛋白亚型的序列和功能相似性表明，这些蛋白可能具有冗余的生化功能，不同Sesns成员的可用性可能由组织和（或）刺激特定方式的不同机制控制［3］。

研究［12］发现，3种Sesns基因在小鼠胚胎发生的所有阶段和大多数成年组织中有不同水平表达。Sesn1主要在骨骼肌、心脏、大脑和肝脏组织中表达；Sesn2主要在肾脏、肝脏、肺和白细胞中表达；Sesn3主要在骨骼肌、肾脏、大脑和小肠中表达。此外，黑腹果蝇的Sesns表达在幼虫期非常低，但在成体组织中却很高［13］。

2 Sesns表达的调控

为了应对各种各样的损伤，细胞需不断调整代谢水平（促进损伤修复、停止合成代谢过程和刺激分解代谢反应等［14］）来防止受损大分子的累积，同时为不同的修复过程节约资源［9］。Sesns表达是应激诱导的，因此它参与细胞或组织水平的多种代谢途径［15-16］。了解Sesns在不同生理和病理环境下的表达调控至关重要。

2.1 缺氧

缺氧是最严重的代谢损伤之一。最初，Sesn2是在人类神经母细胞瘤细胞中作为一种缺氧激活的基因被分离出来［9］。在许多人类癌细胞系中，缺氧模拟上调了Sesn1和Sesn2的表达［17］。虽然Sesn1激活严格依赖于P53，但Sesn2在缺氧时的转录激活与P53无关，在小鼠上皮气管细胞中，Sesn2的转录激活依赖于缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）［17］。然而，在许多其他类型细胞中，Sesn2缺氧诱导与HIF-1无关，表现出与其他HIF-1靶基因不同的表达动力学。在大多数情况下，Sesn2的转录不是由缺氧本身引起的，而是由长时间缺氧条件下导致能量剥夺引起的。许多降低细胞ATP浓度的化合物［2-脱氧葡萄糖（糖酵解抑制剂）和二甲双胍（线粒体呼吸抑制剂）］可以通过某种机制诱导Sesn2表达［18］。此外，一种生活在南极洲的昆虫（Belgica）通过上调Sesns的表达以应对干旱，这被认为是该物种在南极寒冷气候下生存的关键［19］。

2.2 DNA损伤

长期暴露于基因毒性应激中会加速衰老，并导致基因突变，破坏正常的DNA损伤反应，人类的过早衰老与干扰DNA损伤修复有关［20］。研究证实，基因毒性应激可以抑制蛋白质和脂质的合成，而这些协同反应对于生存是必不可少的，降低大分子生物合成的能量消耗可以转移稀缺资源用于修复受损DNA［21］。

Sesns作为DNA损伤诱导蛋白，在这过程中可能发挥重要作用［22］。哺乳动物Sesn1和Sesn2都是由P53激活引起的DNA损伤诱导的，而黑腹果蝇的Sesns表达也是由辐射引起的DNA损伤诱导的［9］。Sesns通过增加AMPK的活性来降低TORC1活性［23］。TORC1的活性降低抑制了合成代谢途径（蛋白和脂质合成［24］）。

在基因毒性应激条件下，减少TORC1依赖的合成代谢，可能对减少新蛋白和膜合成以及利用由此节省下来的能量促进DNA修复非常重要。因此，与损伤相关Sesns诱导可能会使DNA损伤的有害影响降到最低，而DNA损伤会加速衰老，加速各种与过早衰老相关的病理过程。

随着年龄的增长，DNA损伤累积可能导致癌症，这是全球死亡的原因之一［20］。因此，Sesns诱导应答DNA损伤可能有助于P53在许多肿瘤中执行抑制功能［9］。除了抑制细胞增殖和通过DNA过度损伤促进细胞死亡外，最近有研究［25］发现P53抑制TORC1和细胞生长。此外，Sesns可以抑制部分癌细胞生长，而Sesn2丢失使永生化细胞更容易发生癌变［23］。

在人类各种癌症中，Sesns1（6q21）和Sesns2（1p35）的位点经常发生缺失，这表明Sesns在肿瘤进展中发生丢失，并提示Sesns对TORC1依赖性抑制对于抑制由受损DNA引起的肿瘤发生至关重要［26］。

2.3 氧化应激

氧化应激造成活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）之间代谢失衡，细胞对ROS、RNS和其他反应性代谢中间体的解毒能力受损。Sesns家族成员尽管诱导机制不同，但都是由氧化应激诱导的［27-28］。

Sesn1由过氧化氢以P53依赖的方式诱导，而Sesn2诱导仅部分依赖于P53。在神经元中，Sesn2由N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）诱导，该受体激活以CCAAT/增强子结合蛋白-β（CCAAT/enhancer binding protein-β，c/EBPβ）依赖的方式刺激ROS的产生。研究［29］表明，氧化应激通过激活核因子E2相关因子2（Nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）和氨基末端激酶/激活蛋白-1（c-Jun N-terminal kinase-activator protein-1，JNK-AP-1）信号轴诱导Sesn2。而c/EBPb、Nrf2和AP-1的结合位点均存在于Sesn2启动子区［30］。Sesn3受到氧化应激诱导后通过叉头框转录因O（forkhead box O，FoxO）激活。同样，黑腹果蝇的Sesns表达受JNK-dFoxO信号轴调控，以应答果蝇雷帕霉素复合物1（drosophila target of rapamycin complex 1，dTORC1）诱导的慢性氧化应激［13］。

3 Sesns调控雷帕霉素机械靶点（mechanistic target of rapamycin，mTOR）信号网络

Sesns独立调节氧化还原反应，也参与了应力依赖性哺乳动物mTOR的调节。mTOR存在于哺乳动物雷帕霉素复合物1机械靶点（mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1）和哺乳动物雷帕霉素复合物2机械靶点（mechanistic target of rapamycin complex 2，mTORC2）中。Sesns通 过 抑 制Rheb和RagA/B来抑制mTORC1，这两种鸟苷三磷酸酶对mTORC1激活至关重要。AMPK-结节性硬化复合物2（tuberous sclerosis complex 2，TSC2）通路介导Sesns对Rheb的影响，而GATOR1-GATOR2复合物则调控Sesns对RagA/B的影响。虽然Sesns强烈抑制mTORC1，但它可以通过几个独立的机制激活mTORC2。

3.1 Sesns作为AMPK调节器

有研究［23］指出Sesns介导的mTORC1调控依赖于AMPK。Sesns参与TSC1：TSC2复合物的调节，通过AMPK介导的磷酸化促进了TSC2活化。此外，Sesns激活增加了AMPK在Thr172位点的磷酸化，这是AMPK活化的标志［23］。由于TSC2是Rheb的鸟苷三磷酸酶活化蛋白（GTPase-activating protein，GAP），Sesns依赖的TSC2活化使Rheb和mTORC1失活。有研究［23］通过shRNA介导对AMPK和TSC2的抑制减弱了Sesns对mTORC1的抑制作用。此外，Sesns对于DNA的损伤诱导抑制mTORC1至关重要，而mTORC1的抑制也依赖于AMPK和TSC2的激活［31］。

研究［32］结果显示，Sesns诱导对AMPK的激活作用，在不同的细胞环境中对mTORC1进行调控。果蝇的遗传学研究［33］表明，Sesns可通过AMPK-TSC2轴控制组织生长和衰减年龄相关病理过程。在研究Sesn2缺陷的小鼠中发现，包括胰岛素抵抗和脂肪性肝炎在内的代谢表型被AMPK的药理作用强烈抑制，进一步支持了AMPK是Sesns控制代谢稳态的关键下游靶点的观点［34］。

3.2 Sesns作为mTORC2调节器

Sesns对mTORC1信号通路发挥抑制作用，但它能上调体外培养的细胞以及小鼠和果蝇组织中依赖mTORC2的AKT磷酸化水平［35］。由于mTORC1和S6K信号的慢性激活会导致胰岛素抵抗，因此Sesns介导的mTORC2-AKT的激活可能依赖于Sesns对mTORC1的抑制作用［36］。然而，Sesns诱导TSC1：TSC2复合物的激活可以通过独立于mTORC1的机制促进mTORC2的上调［37］。

近年来，Sesn2和Sesn3通过调控包括Rictor在内的亚基与mTORC2发生物理结合，直接促进了mTORC2的催化活性。因此，Sesns可能通过多种机制上调mTORC2-AKT信号通路。Sesns上调AKT活性可能对防止胰岛素抵抗和延缓糖尿病进展具有重要作用［35］。今后的研究应该定位于明确Sesns介导AKT上调的分子机制，同时需明确多种信号通路的相关作用。

4 Sesns与衰老

mTORC1失调和AMPK信号的失活与ROS生成增加和消耗减少相关［38］，这都与衰老的特征（代谢稳态和蛋白稳态丧失，肌肉功能降低［39］）密切相关，Sesns是关键调控因子，参与了老化过程［40］。

在秀丽隐杆线虫中，Sesn1基因突变体表现为ROS累积、肌细胞异常和寿命缩短［41］。与此同时，功能获得突变体通过降低肌肉ROS来延长寿命。Sesns缺陷的果蝇和小鼠模型证明，内源性Sesns的激活是预防不同年龄和肥胖相关疾病所必需的。而果蝇Sesn（drosophila sestrin，dSesn）失活导致AMPK的抑制和mTORC1的活化，进而引起脂肪堆积、血糖升高、骨骼肌和心肌退化［13］。然而，在小鼠中Sesn2功能丧失突变体表现出正常衰老过程，这可能反映了无脊椎动物与哺乳动物衰老具有不同和多因素的机制［42］。

研究［36］显示Sesns的水平受衰老调节，与中青年男性比较，老年男性Sesns蛋白数量减少更加显著，这也提示Sesns在调控衰老中的重要性。

近年来，对Sesns的生物化学作用机制方面取得重大进展。Sesns作为一种多功能蛋白可以单独控制多种抗衰老功能（降低ROS和调节mTOR的功能），最近研究［43］确定的人类Sesn2（human Sesn2，hSesn2）晶体结构揭示了负责这些功能的2个子域（Sesn-A和Sesn-C）。此外，结构引导的诱变产生了一系列的点突变，这些点突变削弱了Sesns氧化还原控制或mTORC1调节功能，这为在不同生理环境下对Sesns功能进行分子解剖提供了基本工具［44］。

Sesns在调节代谢稳态和年龄相关性病变中具有重要作用，进一步研究Sesns的生物化学功能，进而揭示Sesns在调控衰老中的作用机制，将为开发新型抗衰老药物提供新的思路。