何远芬，谢婷婷，闵香玉，杨信容，赵勇

(遵义医科大学附属医院呼吸与危重症科，贵州 遵义 563000)

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种以细胞外基质过度沉积、肺组织结构异常重塑和肺功能进行性减退为特征的慢性致死性的间质性肺疾病，其病因不明，预后极差，治愈率低。诊断年龄一般在65岁以上，生存期仅为诊断后3年。目前美国食品药品管理局批准治疗IPF的吡非尼酮和尼达尼布虽有一定疗效，但存在价格昂贵、不良反应多及不能逆转肺功能下降等缺点。肺移植是唯一可延长IPF患者预期寿命的干预措施，但也存在受体手术禁忌、供体肺组织稀缺和术后并发症多等不足[1]。IPF的病理变化是成纤维细胞异常增殖和细胞外基质积聚，这是由多种促炎和促纤维化介质共同作用所致，包括肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、白细胞介素-1β、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和结缔组织生长因子等。其过程首先是氧化应激、感染和衰老等因素造成肺泡上皮细胞损伤，然后肺成纤维细胞和肌成纤维细胞激活，细胞外基质过度沉积，肺组织重塑，并启动上皮-间充质转化，最终导致气体交换障碍，甚至发生呼吸衰竭[2]。IPF的诊疗成为临床医师和患者面临的一大难题，进一步研究IPF的发病机制是解决这一难题的关键。沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)在机体组织器官的生理及病理修复过程中起重要作用，并参与维持机体代谢平衡及调节稳态[2-7]。近年来，SIRT1在IPF中的作用受到越来越多的关注。SIRT1可能是一种新发现的对IPF有益的因子，其保护IPF的作用机制可能与调节炎症反应、纤维化、细胞衰老、自噬调节等有关，有望成为IPF的治疗靶标。现对SIRT1在IPF发病机制中的研究进展进行综述。

1 sirtuins家族

组蛋白去乙酰化酶是组蛋白和非组蛋白的去乙酰化酶。目前已发现的组蛋白去乙酰化酶分为4组，其中第一组、第二组和第四组均属于锌依赖的酶，第三组属于依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD)的酶，由NAD氧化还原状态的变化(NAD+/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)和NAD合成的限速酶烟酰胺磷酸核糖转移酶的增加来调节。sirtuins家族广泛存在于细菌、古细菌和真核生物三大生命体系中，具有不同长度和翻译后修饰的无序N端和C端，导致功能和催化活性不同，但它们共享化学和结构保守的催化核心，具有共同的NAD结合位点、整体两域拓扑结构和催化重要活性位点氨基酸残基。sirtuins去乙酰化是通过去除蛋白质的乙酰基和修饰表面电荷来改变构象及与其他分子的相互作用，参与调节转录、细胞增殖、细胞分裂、DNA损伤修复和代谢、炎症反应、细胞凋亡、细胞衰老、氧化应激和线粒体生物发生等细胞过程[2-7]。sirtuins家族成员包括SIRT1～7。其中，SIRT1是哺乳动物中sirtuins家族研究最多的成员之一。SIRT1主要存在于细胞核，可通过两个核定位和核出口信号从细胞器转移至细胞质。SIRT1的亚细胞定位根据细胞类型、组织及对生理和病理刺激的反应而改变，其C端序列能与催化核心相互作用，促进底物结合并导致脱乙酰基酶活性增强。SIRT1活性主要受NAD的代谢活动、蛋白质相互作用、转录和转录后调控及翻译后修饰调节。SIRT1作为一种细胞代谢传感器，可将细胞的代谢状态与染色质结构耦合，参与氧化应激、炎症反应、代谢调节、细胞衰老、纤维化、线粒体功能、自噬调节、糖的合成分解、脂肪酸氧化合成、氧化磷酸化、尿素循环和肿瘤发生等过程[5-7]。SIRT1的多效性在多种疾病中占有重要地位，有望成为代谢性疾病的治疗靶点。

2 SIRT1在IPF中的作用机制

SIRT1在肺部疾病和纤维化疾病中的研究已有相关报道。在慢性阻塞性肺疾病中，SIRT1的mRNA和蛋白水平均下降，并检测到炎症细胞的募集，促炎介质和氧化应激因子表达增加，激活SIRT1可以抑制上述变化，加入SIRT1抑制剂这种抑制作用减弱[8-9]，由此证明SIRT1可以改善慢性阻塞性肺疾病大鼠的炎症和氧化应激反应。Han等[10]研究发现，SIRT1的表达上调可使过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α脱乙酰，增加核因子红系2相关因子2和关键抗氧化剂靶基因的表达，进一步说明SIRT1通过介导氧化应激和炎症反应治疗肺损伤。SIRT1的激活通过抑制炎症因子及纤维因子表达，在皮肤、肾脏、心脏和肝脏纤维化疾病中发挥抗纤维化作用[11-14]。此外，也有相关研究报道了SIRT1在肺纤维化中的变化。Zeng等[15]在博来霉素诱导的肺纤维化模型、IPF患者的肺部以及纤维化病灶聚集的肺成纤维细胞中均检测到SIRT1下降。以上证据表明，SIRT1可能通过介导抗炎、抗氧化应激改善IPF肺组织的炎症损伤和氧化应激损伤，且在纤维化疾病中发挥重要作用。炎症、纤维化均是导致肺纤维化的关键机制，说明SIRT1与IPF关系密切，进一步推测SIRT1的下调可能参与IPF的发病，SIRT1的上调可能延缓IPF的进展。

2.1SIRT1抑制IPF炎症反应 核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)是参与调节炎症反应的重要因子，可通过促进肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、白细胞介素-1β和一氧化氮等促炎介质的转录介导炎症反应[9]。NF-κB主要由异二聚体p65/p50亚基组成。SIRT1能够脱乙酰p65亚基的赖氨酸310，促进赖氨酸314和315处的甲基化，导致p65/p50复合物与NF-κB抑制剂结合，NF-κB由细胞核转运至细胞质，导致其失活，最终降低促炎基因的表达[5]。SIRT1基因侧翼的区域存在多个NF-κB结合元件，可能是SIRT1调节NF-κB活性的结构基础。SIRT1可能通过抑制NF-κB而下调下游炎症因子的表达，从而发挥有效的抗炎作用。

SIRT1可以减轻包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺部感染性疾病和肺纤维化在内的炎症性肺损伤[16]。Chu等[2]研究发现，系统性硬化症相关性肺纤维化患者外周血单个核细胞中SIRT1的表达降低，伴随着NF-κB信号转导和p65乙酰化反应增强，而SIRT1激活或过表达后NF-κB下调，p65乙酰化水平降低；在肿瘤坏死因子-α诱导的人胎肺成纤维细胞中，SIRT1过表达可抑制炎症因子白细胞介素-6、白细胞介素-1β和基质金属蛋白酶9的表达；在博莱霉素诱导的肺纤维化模型中，白藜芦醇激活SIRT1可以减轻肺部炎症。与上述研究一致，Mansour等[17]研究发现，与空白对照组相比，大鼠肺纤维化模型组纤维化指标、白细胞介素-1β和NF-κB水平升高，SIRT1和AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)水平下降。说明SIRT1在体内外动物模型及患者中均参与肺纤维化的炎症反应，且可能通过调节NF-κB/p65信号通路抑制下游靶标来发挥抗炎作用。

2.2SIRT1抑制IPF纤维化反应 上皮-间充质转化指上皮细胞失去特异性标志物(上皮钙黏素)而获得间充质细胞或肌成纤维细胞表型的过程。TGF-β是IPF中最主要的促纤维化因子之一。TGF-β通过激活重要下游蛋白使信号从受体传递至细胞核，进一步诱导α平滑肌激动蛋白、Ⅰ型胶原A1、Ⅰ型胶原A2和Ⅲ型胶原A1 mRNA等纤维因子的表达。TGF-β介导磷酸化的Smad2和Smad3，与Smad4结合形成异源二聚体，然后易位至细胞核并与DNA作用以调节TGF-β靶基因的转录。Smad4与Smad3/Snail形成活性复合物，影响上皮钙黏素和基质金属蛋白酶7的表达[18]。TGF-β可诱导DNA甲基转移酶的表达和活性以沉默SIRT1的表达[19-20]。在TGF-β诱导的上皮-间充质转化中，表现为细胞形态改变，内皮标志物减少，成纤维细胞标志物增加，迁移和侵袭能力增强。SIRT1在TGF-β诱导的上皮-间充质转化中表达下降，而SIRT1的激活使Smad4脱乙酰基从而抑制TGF-β诱导的上皮-间充质转化，防止纤维化的发生。

在纤维化疾病(如肝纤维化、肾纤维化)及系统性硬化症模型中TGF-β和Smad水平升高，SIRT1的表达以TGF-β依赖性方式降低，导致细胞外基质积累和上皮-间充质转化。上调SIRT1可以减轻TGF-β1诱导的上皮-间充质转化和纤维化，SIRT1特异性抑制剂Sirtinol可激活TGF-β1/Smad3通路并增强细胞外基质积累[21-23]，表明SIRT1是TGF-β/Smad信号转导的关键调节因子，并发挥抗纤维化作用。在TGF-β诱导的肺成纤维细胞模型和博莱霉素诱导的肺纤维化模型中，胶原生成和肌成纤维细胞分化增加。SIRT1的激活可减弱肺成纤维细胞的分化，并改善肺纤维化样病理变化和降低实验性肺纤维化模型小鼠的死亡率，而敲除SIRT1可以增强TGF-β在肺成纤维细胞中的促成纤维作用[15,24]。Yang等[25]研究证实，在二氧化硅诱导的肺纤维化模型中，大黄素可通过靶向调节TGF-β1/Smad纤维化信号的SIRT1改善肺功能。Chu等[2]也证实在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，激活SIRT1可通过抑制TGF-β/Smad3和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路改善肺纤维化。在肺纤维化中，SIRT1可以通过抑制TGF-β/Smad的激活发挥抗纤维化保护作用。值得一提的是，SIRT1在博莱霉素诱导的肺纤维化模型中可以降低死亡率，为后续延长患者预期寿命的研究提供了基础。

2.3SIRT1抑制IPF细胞衰老 细胞衰老是一种永久性、不可逆的细胞增殖能力抑制及细胞生长停滞的状态，其受遗传和环境等因素调节，包括基因组不稳定、端粒磨损缩短和线粒体生物发生功能障碍等。衰老相关分泌表型包括多种细胞因子，其参与细胞增殖及纤维化等重要的细胞过程。衰老相关标志物主要包括β-半乳糖葡萄糖苷酶和p16INK4A。p16INK4A是细胞周期蛋白依赖激酶4和细胞周期蛋白依赖激酶6的选择性抑制剂。在细胞衰老过程中NAD及其限速酶烟酰胺磷酸核糖转移酶的表达下降，细胞周期抑制蛋白p16和p21表达增加，促细胞周期蛋白A和B下调。NAD作为SIRT1的底物之一，其水平上调可以延缓细胞衰老。另有研究表明，SIRT1可能改善与年龄相关的损伤及疾病[26-27]。

SIRT1被称为长寿基因，与衰老和寿命相关，可增加端粒长度和端粒酶逆转录酶表达。在与年龄相关的疾病和衰老的器官中，SIRT1表达下降。SIRT1激活可以减轻血管平滑肌细胞衰老和内皮细胞衰老[28-29]。衰老相关的分泌表型、端粒磨损、表观遗传学变化和线粒体自噬损伤可能介导衰老相关的IPF发病机制[30]。在肺纤维化模型中，肺上皮细胞凋亡、衰老，线粒体功能障碍，衰老相关标志物β-半乳糖葡萄糖苷酶、p16和p21表达增加，并检测到调节细胞周期的细胞周期蛋白E2和E2F转录因子3表达下降，SIRT1活性减弱和表达降低。SIRT1过表达可以改善肺上皮细胞衰老[31-32]，说明SIRT1可以下调细胞衰老相关表型从而改善老年人肺纤维化模型。有研究报道，IPF患者肺组织中β-半乳糖葡萄糖苷酶、p21、p16阳性上皮细胞增加，肺功能呈水平依赖性下降，提示肺泡上皮细胞衰老程度与IPF严重程度相关[33-35]。IPF是一种与年龄相关的肺部疾病，衰老的上皮细胞促进肺成纤维细胞活化，进一步加速纤维化瘢痕的形成，导致肺功能下降等一系列症状。SIRT1可以通过抑制衰老标志物的表达，降低细胞衰老水平以下调纤维化因子的表达并缓解IPF症状，从而达到保护IPF的目的。

2.4SIRT1激活IPF自噬调节 自噬是一种在衰老或损伤的细胞器和蛋白质合成、降解和再循环之间保持平衡以满足代谢需求的过程。分离膜(噬菌体)吞噬细胞质组分是自噬的第一步，然后延伸和融合，导致双膜囊泡(自噬体)的形成。随后，自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，这对降解衰老或损伤的细胞器和蛋白质尤为重要。自噬不仅是一种响应能量需求的氨基酸供应机制，还是细胞应激或病理损伤的一种有益的适应性反应机制，包括饥饿、活性氧类、内质网应激和微生物感染[36-39]。自噬标志物Beclin1和微管相关蛋白轻链3(microtubule-associated protein light chain 3,LC3)的表达与自噬水平呈正相关，而p62的表达与自噬水平呈负相关。在自噬体的形成过程中，Beclin1蛋白介导自噬相关蛋白定位于吞噬泡，是自噬过程中必不可少的分子，在肺纤维化模型中表现出下降趋势。LC3是自噬体形成的重要组成部分，敲除LC3Ⅱ可以诱导成纤维细胞分化。选择性自噬接头蛋白sequestosome 1(SQSTM1/p62,p62)上有泛素相关的结合域及与LC3相互作用区域，p62可以清除带有泛素标记的胞质蛋白，并将LC3与这些蛋白质结合，形成自噬体进行降解。p62水平升高提示自噬溶酶体通路功能障碍，从而抑制自噬通量，自噬受损。饥饿和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白等自噬激活剂可以调节自噬相关蛋白的表达。

有研究表明，SIRT1可以促进自噬蛋白的表达，且与纤维化疾病相关。Yamai等[36]发现上调SIRT1蛋白表达，促进自噬，可以改善肝纤维化，用siRNA敲除SIRT1可抑制自噬活性，加重肝纤维化。SIRT1的激活通过关键自噬蛋白上赖氨酸残基的脱乙酰作用增加软骨细胞的自噬[40]。自噬在维持肺泡上皮功能方面具有重要作用，可以减少上皮-间充质转化的发生，是抑制肌成纤维细胞分化的重要过程。在博莱霉素诱导的肺纤维化中，自噬体数量减少，LC3Ⅱ下降、p62升高；增强自噬体的产生可升高LC3Ⅱ的表达，降低p62的表达，抑制TGF-β的产生，降低肺组织胶原含量，从而对IPF起到保护和治疗作用[37,41-42]。AMPK作为机体能量代谢调节的关键因子，能转录激活烟酰胺磷酸核糖转移酶，上调NAD/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，从而调节下游分子SIRT1的活性水平，同时伴有LC3Ⅱ的表达升高，p62表达降低。AMPK-SIRT1-自噬通路在糖尿病、脂肪肝、肿瘤和心血管疾病中已有报道[3]。AMPK通过磷酸化其下游靶标(如SIRT1、叉头框蛋白O3a)减轻包括肺纤维化在内的炎症性肺损伤[16]。SIRT1作为AMPK/自噬通路的下游靶标之一可能介导自噬在IPF的作用。

3 小 结

目前IPF仍是威胁人类生命健康的一大疾病。尽管已有多项针对IPF的国内外研究，但结果仍不理想。IPF仍存在诊疗困难，发病率、死亡率高的难题。研究发现，SIRT1在肺部疾病和纤维化疾病发挥重要作用，可能通过抗炎、抗纤维化、抗衰老、调节自噬等机制改善IPF的纤维化。但SIRT1与IPF的关系尚未完全明确，需要大量的基础研究及临床研究进行验证。随着研究的深入，SIRT1可能成为新的治疗靶标。未来，SIRT1的激活剂可能成为治疗IPF的新药。