1、SIRT1基因調(diào)控與胰島素抵抗的關(guān)系研究進(jìn)展【關(guān)鍵詞】 胰島素抵抗；2型糖尿病；SIRT1；信號傳導(dǎo)胰島素抵抗（IR）和持續(xù)高胰島素血癥成為2型糖尿病(T2DM)的顯著標(biāo)志，糖類和脂類代謝途徑的異常調(diào)節(jié)將改變細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和系統(tǒng)代謝水平，使細(xì)胞對激素和營養(yǎng)信號的依賴性加強(qiáng)。慢性炎癥和慢性氧化應(yīng)激導(dǎo)致的自由基產(chǎn)物額外增加了這些疾病的復(fù)雜病理過程。 去乙酰化酶（SIRT1）參與糖代謝和胰島素分泌過程，SIRT1基因沉默或蛋白抑制導(dǎo)致SIRT1下調(diào)可以誘導(dǎo)IR，增加SIRT1的表達(dá)尤其是在IR的情況下，可以促進(jìn)胰島素的敏感性，白藜蘆醇（2.5 mg/kg/d）作為SIRT1的激活劑可以在體外條件下增強(qiáng)胰

2、島素敏感性和在整體條件下減少喂飼高脂肪引起的IR，尋找SIRT1改善IR的路徑是解決IR和T2DM的關(guān)鍵1，肝臟SIRT1基因敲除或應(yīng)用SIRT1的抑制劑破壞SIRT1活性，增加環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）活性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)導(dǎo)子（TORC）2活性，葡萄糖輸出增加，而暴露在SIRT1促進(jìn)劑時，則可以減少葡萄糖輸出2。 最近的假設(shè)提出，增加細(xì)胞間的脂質(zhì)水平和降低脂肪酸在組織如肝臟和骨骼肌細(xì)胞的線粒體呼吸鏈 氧化可能誘導(dǎo)IR和T2DM,這個代謝缺陷可以導(dǎo)致非酒精性脂肪肝疾病。當(dāng)前胃蛋白酶原C（PGC）1/SIRT1在脂質(zhì)和葡萄糖代謝的雙重效果比較，難以預(yù)測兩者在糖尿病中的藥理活性究竟如何，在正常胰島

3、素敏感狀態(tài)，激素能夠有效抑制PGC1葡萄糖異生基因的活性，導(dǎo)致小鼠應(yīng)用白藜蘆醇增加胰島素的敏感性和保持小鼠體內(nèi)正常血糖水平相一致，可以使小鼠在幾種組織中線粒體功能供應(yīng)以及與增長壽命相關(guān)基因的其他代謝發(fā)生改變3。 在SIRT1基因敲除和能量限制時，SIRT1轉(zhuǎn)基因后也可以直接增高胰島素的敏感性4,在下丘腦，SIRT1與PGC1可能與控制飲食有著直接關(guān)系,但目前機(jī)理尚不可知。在細(xì)胞系通過siRNA作用減少SIRT1的表達(dá)，提高了解耦聯(lián)蛋白（UCP）2水平使胰島素分泌水平下降。葡萄糖刺激后，UCP2上調(diào)與細(xì)胞無法增加ATP水平有關(guān)。通過減少SIRT1，細(xì)胞內(nèi)UCP2的敲除恢復(fù)了胰島素分泌的能力，表明

4、UCP2導(dǎo)致受葡萄糖刺激的胰島素分泌的缺陷,SIRT1基因敲除鼠呈現(xiàn)構(gòu)成性高UCP2表達(dá),結(jié)果表明，SIRT1在細(xì)胞調(diào)節(jié)UCP2來影響胰島素分泌是一個重要的信號傳導(dǎo)途徑5，缺少SIRT1的細(xì)胞不對葡萄糖的波動產(chǎn)生反應(yīng)，在其他組織的氧化應(yīng)激狀態(tài)下釋放胰島素，保護(hù)了SIRT1對PGC1的有效作用。 SIRT1在棕色脂肪細(xì)胞中通過增加非耦聯(lián)呼吸作用為治療代謝性疾病提供了可行性，棕色脂肪產(chǎn)熱活性靶向性治療的可行性將是一個新的轉(zhuǎn)折6，因此，鑒別其他基因和PGC1/SIRT1復(fù)合物的上游和下游信號，可提供關(guān)于這些疾病的全新的觀點(diǎn)7。白藜蘆醇作為SIRT1的激活劑，在低等生物和小鼠高脂肪飲食的能量限制模擬抗

5、衰老的作用中具有改善IR的作用，增加線粒體的含量和延長生命。但一些效果比白藜蘆醇作用要強(qiáng)1 000倍但化學(xué)結(jié)構(gòu)可能完全不相關(guān)的小分子物質(zhì)得到鑒別，這些化合物能夠與SIRT1的底物復(fù)合物變構(gòu)區(qū)域的催化結(jié)構(gòu)域的氨基酸殘基結(jié)合，并且對于乙酰化的底物具有較低米氏常數(shù)，這些化合物可以改善胰島素的敏感性，降低血中的葡萄糖和增加線粒體含量。用大鼠高胰島素血癥的血箝實(shí)驗(yàn)研究顯示，SIRT1的激活劑能夠改善全身血糖的內(nèi)環(huán)境平衡和脂肪組織、骨骼肌和肝臟中胰島素敏感性,因此，SIRT1的激活作用可能成為全新的有關(guān)衰老和IR方面疾病的治療途徑8，9。 Ota 等發(fā)現(xiàn)新型磷酸二酯酶3（PDE3）抑制劑西洛他唑（Cilo

6、stazol）可以通過cAMP/蛋白激酶A（PKA）和胰島素原（PI）3K/蘇氨酸激酶（Akt）依賴途徑誘導(dǎo)eNOS的1177位絲氨酸殘基磷酸化從而激活eNOS，導(dǎo)致NO( nitric oxide)產(chǎn)生增加。NO可以增強(qiáng)SIRT1 mRNA 和蛋白的表達(dá)，然而這種分子機(jī)制仍然還不清楚，且SIRT1依次可以通過在鈣調(diào)蛋白殘基上496和506位氨基酸的去乙酰化激活eNOS酶導(dǎo)致NO的產(chǎn)生。NO能夠在白色脂肪組織中激活 SIRT1促進(jìn)子，進(jìn)行能量限制和食物營養(yǎng)，從而延長生命,誘導(dǎo)eNOS 表達(dá)增加，依次包括線粒體的生成和SIRT1的表達(dá)10；而且 在SIRT1 乙酰化酶和激活eNOS酶的兩個信號傳

7、導(dǎo)途徑中，存在著一種正反饋的分子機(jī)制，在內(nèi)皮細(xì)胞功能異常情況下，NO受到限制時，通過小分子激活SIRT1可以幫助eNOS活性的重新建立11。高濃度胰島素長期刺激細(xì)胞可以導(dǎo)致PI3K/Akt/eNOS 軸的反應(yīng)性下調(diào)，在持續(xù)的高胰島素血癥引起的胰島素信號的損傷潛在地決定了IR狀態(tài)12，胰島素利用率降低也預(yù)示著IR的出現(xiàn)，IR可以使IRS和 Akt蛋白磷酸化減少，從而使eNOS的活性降低13。結(jié)果證實(shí)，NO的產(chǎn)生減少與PI3KPKB和eNOS mRNA表達(dá)的減少有著直接的關(guān)系，在IR和糖尿病呈明顯的相關(guān)性14。 激活過氧化物酶體增生物激活受體（PPAR）可以保護(hù)T2DM鼠心臟免受損傷，這種機(jī)制也和

8、通過PI3K/Akt途徑產(chǎn)生NO的機(jī)制有關(guān)。選擇性內(nèi)皮IR能充分誘導(dǎo)NO生物利用性減少15。研究發(fā)現(xiàn)，能量限制312個月可以誘導(dǎo)成年小鼠內(nèi)皮細(xì)胞NO產(chǎn)生和cGMP形成、氧的消耗增加和ATP線粒體的生成，同時也增強(qiáng)了SIRT1的表達(dá)，這個效應(yīng)伴隨著eNOS無效突變體的形成而明顯減弱，因此，在NO和SIRT1表達(dá)過程中起著非常關(guān)鍵作用10，eNOS缺乏時野生小鼠的肌細(xì)胞葡萄糖吸收降低到40%以下，表明在胰島素信號途徑中，eNOS對IR的影響是非常重要的16，另外，eNOS缺失也直接改變脂質(zhì)代謝，在eNOS基因敲除小鼠體內(nèi)，自由脂肪酸和葡萄糖之間的底物競爭可能也加重了胰島素的進(jìn)一步抵抗，導(dǎo)致高血壓、

9、代謝性IR和高脂血癥，eNOS的缺失代表著一種候選的與代謝性疾病相關(guān)的機(jī)制。PI3K抑制劑可以使胰島素誘導(dǎo)的eNOS基因表達(dá)減少,胰島素可以通過PI3K介導(dǎo)，調(diào)節(jié)eNOS的表達(dá)，在IR途徑中PKC的激活能夠抑制PI3K激酶活性和抑制eNOS的表達(dá)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能異常，然而在eNOS激活和SIRT1調(diào)節(jié)過程中，在T2DM和IR方面很少見到詳細(xì)的文章發(fā)表。 磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）作為代謝的開關(guān)在各種細(xì)胞類型中均起到代謝調(diào)節(jié)作用，AMPK可以在不同的生理和病理狀態(tài)下被激活，例如：鍛煉、缺氧和能量刪除，從而改變AMP/ATP的比例。AMPK一旦被激活，就可以打開ATP途徑，促使其消耗,A

10、MPK可以迅速激活eNOS,AMPK也可以被5氨基咪唑4氨甲酰核糖核苷或羰基氰化物氯酚腙激活導(dǎo)致eNOS活性增加,AMPK的激活需要LKB1在亞單位上乙酰化以及在172位上的蘇氨酸磷酸化，AMP/ATP的比例能夠更好地說明LKB1的作用，PI3K特異性抑制劑 wortmannin和LY 294002可以完全阻止eNOS的 Ser1179磷酸化，說明PI3K/Akt是eNOS激活的關(guān)鍵信號。 關(guān)于高糖條件下如何調(diào)節(jié)胰島細(xì)胞eNOS以及對SIRT1基因表達(dá)的影響，高糖可以減低內(nèi)皮細(xì)胞eNOS、FOXO1和Akt的磷酸化和NO的生成17。 于FOXO1蛋白，SIRT1可以正向和反相進(jìn)行調(diào)節(jié)靶基因，但

11、調(diào)節(jié)機(jī)制仍然不是很清楚。胰島細(xì)胞與下丘腦神經(jīng)細(xì)胞組成了一組對系統(tǒng)性葡萄糖水平非常敏感的細(xì)胞感受器，很低的葡萄糖水平將刺激細(xì)胞分泌胰島素入血。雖然初步的研究顯示，過度的PGC1表達(dá)與胰島素減少有關(guān)系，但PGC1在細(xì)胞中的作用目前所知甚少，PGC1基因敲除的研究進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論，這對于在胰島素分泌過程中線粒體代謝以及ATP水平的相關(guān)性是非常重要的，另一方面，SIRT1通過PPAR介導(dǎo)的UPC2蛋白的抑制和改變細(xì)胞ATP的濃度來促進(jìn)胰島素的分泌,與骨骼肌細(xì)胞一樣，缺少SIRT1的細(xì)胞并不完全對葡萄糖的波動產(chǎn)生反應(yīng)，從而釋放胰島素，在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，在其他組織中，對PGC1和SIRT1給予有效的保

12、護(hù)，是否在維護(hù)細(xì)胞數(shù)量上發(fā)揮作用，同樣是一個非常有意義的課題。二甲雙胍可以激活A(yù)MPK，用二甲雙胍治療C57BL6鼠，能明顯增加AMPK和上游激酶LKB1。使用藥物和遺傳性抑制劑發(fā)現(xiàn)， cSrc/PI3K的激活可能會產(chǎn)生代謝產(chǎn)物通過LKB1復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)促進(jìn)AMPK活化的分子18,AMPK的激活作用可能和劇烈鍛煉導(dǎo)致胰島素敏感性增加有關(guān)，導(dǎo)致這個效果的機(jī)制至今仍不清楚。 用煙酰胺抑制內(nèi)源性SIRT1的活性會增加乙酰基賴氨酸eNOS,反之，用白藜蘆醇刺激內(nèi)源性SIRT1的活性將減少賴氨酸殘基上的eNOS的乙酰化作用，SIRT1以NAD依賴方式可以使乙酰化的eNOS去乙酰化，隨著SIRT1的核轉(zhuǎn)

13、運(yùn)增加，細(xì)胞抵抗凋亡的能力增強(qiáng)，SIRT1的核與質(zhì)穿梭呈現(xiàn)了一個新的機(jī)制。SIRT1核與質(zhì)穿梭的修飾迎合了它的核轉(zhuǎn)運(yùn)，可能為氧化應(yīng)激相關(guān)性疾病提供了新的治療方法。NAD/NADH可以調(diào)節(jié)胰腺的SIRT1活性，饑餓鼠的NAD/NADH比例比喂飼的控制組更低，NAD/NADH比例降低在其他的生物體也顯示了Sir2的活性下調(diào)19，有趣的是，SIRT1的活性隨著動物變老而減少，這可能是由于全身性NAD生物合成下降的結(jié)果,這些提供了SIRT1活性年齡依賴性調(diào)節(jié)，且組織中全身性NAD生物合成和SIRT1活性的增強(qiáng)（如細(xì)胞）對于和年齡有關(guān)的代謝性疾病來說可能是一個有效的治療措施,如T2DM20，然而SIRT

14、1的水平如何得到調(diào)節(jié)，除了受到蛋白降解控制，它的翻譯水平如何調(diào)控到目前為止尚不得而知。 綜上所述，SIRT1參與基因轉(zhuǎn)錄、能量代謝以及細(xì)胞衰老過程的調(diào)節(jié)，促進(jìn)脂質(zhì)動員與肝臟糖異生，還可以在一定程度上調(diào)控胰島細(xì)胞的胰島素分泌功能。然而針對不同組織或細(xì)胞eNOS和SIRT1基因表達(dá)情況是否一致，eNOS和SIRT1基因表達(dá)的調(diào)控規(guī)律，以及此時NAD+/NADH的變化規(guī)律，仍沒有系統(tǒng)地報道。在這種變化過程中，胰島細(xì)胞的生理狀態(tài)如何？解除胰島素抵抗的情況如何？客觀的評價指標(biāo)是什么？細(xì)胞增殖以及細(xì)胞對葡萄糖和脂質(zhì)代謝和胰島素敏感性如何改變？細(xì)胞線粒體能量代謝情況以及線粒體數(shù)量的變化規(guī)律等均沒有詳細(xì)的研究

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