SIRT1介导的信号通路在阿霉素诱导心脏毒性中的作用机制

李登科　张伟　黄从新

【摘要】沉默信息调节因子1（SIRT1）通过介导多种信号通路参与调节氧化应激、线粒体功能、细胞凋亡、炎症反应、内质网应激、纤维化等病理生理过程，在阿霉素诱导的心脏毒性中发挥保护作用。现总结SIRT1介导的信号通路在阿霉素诱导心脏毒性中的作用机制。

【关键词】沉默信息调节因子1；信号通路；阿霉素；心脏毒性

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.03.015

The Mechanisms of SIRT1-Mediated Signal Pathway in Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity

LI Dengke，ZHANG Wei，HUANG Congxin

（Department of Cardiology，Renmin Hospital of Wuhan University，Cardiovascular Research Institute，Wuhan University，Hubei Key Laboratory of Cardiology，Wuhan 430060，Hubei，China）

【Abstract】Silence information regulator 1（SIRT1） plays a protective role in doxorubicin-induced cardiotoxicity by mediating a variety of signaling pathways to participate in the regulation of oxidative stress，mitochondrial function，apoptosis，inflammatory response，endoplasmic reticulum stress，fibrosis and other pathological and physiological processes.This review summarizes the mechanisms of SIRT1-mediated signaling pathways in doxorubicin-induced cardiotoxicity.

【Keywords】Silence information regulator 1；Signal pathway；Doxorubicin；Cardiotoxicity

阿霉素（doxorubicin，DOX）是一種广泛应用的化疗药物，用于治疗各种类型的癌症，然而DOX的剂量依赖性心脏毒性极大地限制了其临床应用，最终导致不可逆的退行性心脏病和充血性心力衰竭［1］。越来越多的证据表明，沉默信息调节因子1（silence information regulator 1，SIRT1）在心脏老化、糖尿病心肌病、DOX诱导的心脏毒性（DOX-induced cardiotoxicity，DIC）中发挥保护作用［2］。现综述近年来SIRT1在DIC中发挥保护作用的潜在机制。

1 SIRT1/Nrf2通路

核转录因子红系2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是一种抗氧化反应的主要调节因子，在大多数组织中表达，并且在调节心肌细胞抗氧化反应相关的酶的表达中起主要作用。各种体外和体内研究［3］表明靶向Nrf2可能具有改善心血管疾病的潜力。近年来有研究表明SIRT1可调节Nrf2的活性。Li等［4］报道了漆黄素通过增加SIRT1的表达和Nrf2的核易位逆转了谷胱甘肽过氧化物酶4的表达水平来减轻心肌细胞铁死亡，从而缓解了DOX引起的心功能不全、心肌纤维化和心脏肥大。也有研究表明Nrf2可调节SIRT1的活性。Lu等［5］的研究指出白藜芦醇和天然成纤维细胞生长因子1（fibroblast growth factor 1，FGF1）联合治疗在DOX处理的心脏模型中表现出强大的抗氧化能力，进一步分析其机制表明白藜芦醇和FGF1可激活SIRT1和Nrf2的表达，而抑制SIRT1或Nrf2都将消除白藜芦醇和FGF1对心脏的保护作用，令人意外的是，短发夹RNA（short hairpin RNA， shRNA）介导的Nrf2沉默明显降低了SIRT1的蛋白表达，并阻断了白藜芦醇诱导的SIRT1激活，提示SIRT1和Nrf2之间可能形成了正反馈回路。从目前的研究中可得出结论，即SIRT1/Nrf2信号通路介导了对DIC的保护作用，但SIRT1和Nrf2之间是否形成正反馈还需进一步证明。

2 SIRT1/PGC-1α通路

作为过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1）家族的成员，PGC-1α通过与过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor， PPAR）、雌激素相关受体、核呼吸因子的直接相互作用和共激活，在调节能量代谢、细胞分化、线粒体生成的过程中起重要作用。既往研究报道SIRT1是PGC-1α的重要上游调控因子［6］。DOX可增加心肌细胞中PGC-1α的乙酰化水平并抑制线粒体生物发生相关基因的表达，进而导致氧化应激，DOX对心肌细胞的这些不良影响可通过激活SIRT1来改善。Li等［7］发现弥罗松酚可通过改善线粒体生物发生和脂肪酸氧化来缓解DOX引起的小鼠心功能障碍、心肌结构损伤和细胞凋亡，对其潜在机制进一步研究表明，弥罗松酚的保护作用与心脏SIRT1和PGC-1α的上调有关。另一项研究［8］发现，紫檀茋可通过AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和SIRT1级联反应上调PGC-1α的表达和去乙酰化，进而改善DOX诱导的心肌细胞线粒体损伤和氧化应激。因此，通过维持线粒体稳态、抑制氧化应激和凋亡、有效调控SIRT1/PGC-1α通路对预防和治疗DIC发挥了重要作用。

3 SIRT1/PPARγ通路

PPARγ是核受体超家族的成员，是研究最广泛的配体激活的转录因子之一，已被报道在调节自由基、炎症和免疫反应等方面起着重要作用［9］。有研究表明甘草提取物可减轻DOX引起的氧化应激和脂代谢紊乱，从而维持线粒体功能，防止心肌细胞肥大。进一步探究其保护机制时发现甘草提取物恢复了核SIRT1和PPARγ水平，并且免疫共沉淀实验证明了SIRT1和PPARγ的相互作用，这表明甘草提取物对心脏的保护作用是通过SIRT1/PPARγ通路介导的［10］。Liang等［9］发现补骨脂素通过激活SIRT1/PPARγ通路改善线粒体功能障碍、心肌纤维化、氧化应激和细胞凋亡，从而改善DOX诱导的心肌损伤。近年来，石蒜碱也被证明可通过调节SIRT1/PPARγ通路来减轻DOX诱导的心肌损伤和心脏射血功能下降［11］。因此，SIRT1/PPARγ通路在DIC的治疗中发挥重要作用。

4 SIRT1/AMPK通路

AMPK是一种调节细胞代谢的保守能量传感器，AMPK的激活能促进ATP的合成以维持细胞能量储存［12］。AMPK是DIC的敏感靶点，DOX可抑制AMPK的磷酸化并激活下游哺乳动物雷帕霉素靶蛋白，导致心肌细胞凋亡增加和自噬减少，诱导小鼠心脏毒性［13］。SIRT1与心脏中AMPK的代谢调节有关，SIRT1可通过激活AMPK的磷酸化来减少心肌细胞凋亡和心肌细胞能量代谢紊乱，从而改善心脏功能，减少心肌梗死面积，改善心肌缺血/再灌注损伤［14］。在DIC模型中，金合欢素以浓度依赖性方式上调SIRT1/AMPK信号通路并增强Nrf2/HO-1信号通路，增强内源性抗氧化剂的表达和下调心肌细胞凋亡水平来预防DIC和心功能障碍［15］。Wang等［16］发现上调SIRT1可通过抑制鼠双微体基因2介导的sestrin 2泛素化上调sestrin 2的表达，进而激活AMPK发挥抗氧化和抗凋亡作用，减轻DOX心肌毒性。此外，还发现sestrin 2导致的AMPK激活反过来也会促进SIRT1的表达，表明SIRT1和AMPK可形成正反馈调节环路。这揭示了一种SIRT1保护心脏免受DIC的新的调节机制，提示靶向SIRT1/sestrin 2/AMPK轴开发新药物可能对于预防和治疗DIC具有重要意义。

5 SIRT1/FOXO通路

叉头框蛋白O（forkhead box protein O，FOXO）是具有高度保守的螺旋结构域的一类转录调控因子，属于FOX家族中的一个亚类，在细胞增殖、凋亡、代谢、氧化应激、DNA修复和细胞周期停滞等病理生理过程中起着至关重要的作用［17］。Li等［18］表明激活SIRT1可促进FOXO3a的核易位，在DOX诱导的心肌损伤中发挥保护作用。但也有研究报道SIRT1负向调节FOXO的表达。Wang等［19］发现，SIRT1通过泛素化和降解FOXO3a，进而缓解氧化应激诱导的内皮祖细胞凋亡。与该研究一致的是，SIRT1降低FOXO1及其靶细胞死亡基因Bim的表达来保护心脏免受DOX诱导的凋亡，因此，SIRT1在DIC中的抗凋亡作用可能与负向调控FOXO1的表达有关［20］。上述关于SIRT1调控FOXO的研究存在争议，可能是因为SIRT1对FOXO的去乙酰化作用会增加其转录活性，而FOXO的去乙酰化则会促进其自身的多泛素化和降解［21］。因此，SIRT1/FOXO通路在DIC中的具体作用机制有待进一步研究。

6 SIRT1/p53通路

p53是一种肿瘤抑制因子，调控细胞增殖、衰老、凋亡和DNA修复等。在血管紧张素Ⅱ诱导心肌细胞凋亡的研究［22］中发现，SIRT1可抑制p53乙酰化，并抑制p53与线粒体裂变蛋白Drp1启动子结合，进而抑制线粒体裂变和心肌细胞凋亡。一般情况下，SIRT1通过依赖p53转录途径（作用于凋亡相关靶基因Bax的表达）和不依赖p53转录途径（线粒体释放细胞色素C）两种方式调控细胞凋亡。有研究［23］表明DOX通过促进细胞色素C从线粒体中释放并增加p53乙酰化和p53依赖性Bax转录，进而促进细胞凋亡的发生，这些过程可被白藜芦醇（SIRT1激动剂）减弱。有研究［24］发现一种新的FGF1变体可通过SIRT1抑制p53的乙酰化，并增强鼠双微体基因2介导的p53泛素化来降低p53的活性，从而减少DOX诱导的细胞凋亡和氧化应激。此外，敲低热休克蛋白25也可降低SIRT1的活性，增加p53的乙酰化，加重DOX誘导的H9c2细胞凋亡［25］。因此，调控SIRT1/p53通路可能为治疗DIC提供了新途径。

7 SIRT1/NLRP3通路

NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎症小体是先天性免疫系统的重要调节因子，由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白和半胱天冬酶原1三部分组成，可对微生物感染、内源性危险信号和环境刺激作出反应。组装好的NLRP3炎症小体可激活半胱天冬酶原1诱导gasdermin D依赖性焦亡，促进白细胞介素-1β和白细胞介素-18的释放，有助于先天免疫防御和稳态维持［26］。然而，NLRP3的过度激活会引起炎症、铁死亡等多种类型的细胞死亡。既往研究［27］表明，NLRP3炎症小体在动脉粥样硬化、扩张型心肌病、心肌梗死、糖尿病心肌病、心力衰竭、DIC等心血管疾病的发病机制中发挥重要作用。据报道SIRT1可下调NLRP3炎症小体来调节细胞炎症。毛蕊异黄酮激活SIRT1不仅可上调心肌中谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性，还可降低心肌中活性氧、丙二醛、白细胞介素-1β、NLRP3水平，提示毛蕊异黄酮对DOX诱导的心功能障碍的保护作用可能与SIRT1/NLRP3通路有关［28］。此外，二氢杨梅素也可通过SIRT1/NLRP3通路抑制DOX诱导的炎症反应［29］。因此，SIRT1/NLRP3信号通路可能是DIC的潜在治疗靶点。然而在DIC中，SIRT1抑制NLRP3的具体机制尚不清楚，因此有必要进一步研究。

8 SIRT1/NF-κB通路

核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）是炎癥和免疫反应的关键调节因子，在DIC的发展中起着关键作用。既往研究［30］指出DOX可上调NF-κB的表达，引起心脏炎症。Basak等［31］发现敲低G蛋白信号调节因子7可激活SIRT1的表达并抑制NF-κB的乙酰化，从而减弱DOX诱导的小鼠心脏中的无菌性炎症、纤维化重塑和左心室功能障碍。与之类似的是，Yuan等［32］最近的一项研究表明，通过补体C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白3激活SIRT1可通过降低肿瘤坏死因子-α水平和NF-κB核转位，发挥抗炎作用，改善DIC。SIRT1对DIC的抗炎作用可能与其对NF-κB的抑制有关，而SIRT1对NF-κB在DIC中的调控机制尚需进一步研究。

9 SIRT1/H2AX通路

组蛋白H2AX是H2A蛋白家族众多变体中的一种，是DNA损伤反应途径的主要参与者。DNA双链断裂时丝氨酸/苏氨酸激酶共济失调-毛细血管扩张突变基因（ataxia-telangiectasia mutated gene，ATM）在Ser1981位点发生自磷酸化，导致其自身激活，激活后的ATM可磷酸化DNA双链断裂处组蛋白H2AX的Ser139位点，促进DNA双链断裂修复，从而维持基因组的完整性和稳定性［33］。有研究报道，缺乏H2AX的小鼠表现出DNA修复缺陷。近期Kuno等［34］证明在受到DOX攻击时，SIRT1可通过去乙酰化作用使H2AX的Lys5位点发生去乙酰化，从而使H2AX的Ser139位点磷酸化水平升高，继而减轻DNA损伤和细胞凋亡，减轻DOX心肌毒性。而在谷氨酰胺取代Lys5的H2AX突变体中H2AX的Ser139位点磷酸化水平降低，导致DOX诱导的心肌毒性加重。然而，目前尚不清楚乙酰化的Lys5是如何抑制H2AX的Ser139磷酸化的，因此还需进一步研究来阐述其具体机制。

10 总结

DOX引起的心肌损伤涉及多种病理生理过程，包括氧化应激、炎症、细胞凋亡、细胞焦亡、铁死亡、内质网应激和纤维化等。越来越多的研究表明，SIRT1通过介导多种信号通路在DIC中发挥保护作用。尽管之前的研究已证实SIRT1能缓解DOX诱发的心脏毒性，但目前尚无系统的研究来评估靶向SIRT1治疗DIC的临床效果。因此，深入了解SIRT1在DIC中的作用机制，有助于促进和推动靶向SIRT1相关药物的研发，为DIC的防治提供新的潜在方案。

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收稿日期：2023-09-19

基金項目：湖北省技术创新专项（2016ACA153）

通信作者：黄从新，E-mail：huangcongxin@vip.163.com栏目