沉默信息调控子2(the silent information regulator2，SIR2) 是一种高度保守，具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotimide adenosine dinucleotide，NAD)依赖性的组蛋白去乙酰基转移酶，调控酵母、蠕虫和果蝇的生命周期，及哺乳动物的应激反应。SIR2参与转录和重组沉默，对于染色质沉默及细胞其他一些功能具有重要作用。哺乳动物有7种SIR2同源体SIRT1-SIRT7，SIRT1是与酵母SIR2最接近的同源物。SIRT1作用一系列底物，调控细胞对氧化应激和基因毒性的抑制作用^[1]，对其生物学特性作用机制的深入研究，有助于揭示其在细胞衰老及年龄相关性疾病中的重要作用。

1 SIRTl生物学特性

Sirtuinl(SIRTl)是NAD+依赖的去乙酰基转移酶，在表遗传基因沉默、DNA重组和修复、细胞周期、微管组装和衰老调控中起重要作用。人SIRT1定位于10q21.3，基因组序列33660bp，有9个外显子编码，从80 bp(exon6) 到2120bp(exon9) 。在Sirt1开放阅读框架之前，除了一个350bp CpG岛之外，基因组5端显示一个CCAAT盒，许多NF-kappaB和GATA转录因子结合位点。人SirtlmRNA为4107bp，有一个2244bp开放阅读框架，编码747aa的蛋白质，分子量81.7 kDa，等电点4.55^[2]。

基于酵母转录抑制子同源性，人类有3类特异的组蛋白去乙酰基转移酶(histone deacetylase，HDACs)。I类和II类HDACs分别是酵母蛋白和组蛋白去乙酰基转移酶A1的同源物，可被曲古抑菌素(trichostatin A，TSA)和其他一些含羟氨基相关的有效抑制剂抑制。III类HDACs即Sir相关蛋白sirtuins(SIRTs)，是酵母SIR2p同源物，是一种TSA不敏感的组蛋白去乙酰基转移酶，需要NAD作为辅助因子，作为一种染色质沉默子调控芽殖酵母的重组-基因组稳定性和衰老。

SIRT1-7均有高度保守的催化结构域。在体外其酶活性主要体现于组蛋白底物，但最近研究显示，其主要对核内和胞质内非组蛋白有去乙酰化作用。SIRT1是一种核内蛋白，通过p53调控细胞的应激反应和存活，还对TAFI68(Tara box-结合蛋白相关因子I)，PCAF(p300/CBP-associated factor)，成肌细胞决定蛋白，p300和Forkhead转录因子(FOXOs)，核因子kappa B p65亚单位及Ku70调聚蛋白^[3]有脱乙酰化作用。

2 SIRTl与转录因子

哺乳动物SIRT1可使组蛋白H3氨基末端赖氨酸9和14，H4赖氨酸16去乙酰化，也与不同的转录因子相互作用并参与调控，如p53，FOXOs，脂肪调控因子和过氧化物酶增殖活化受体-γ(PPAR-γ)等。

2.1 SIRT1与p53

SIRT1使p53去乙酰化，调控体内依赖p53的过程，具有乙酰基-赖氨酸特异性，直接发生在p53C端赖氨酸382位点，促进其序列特异性结合，抑制其转录活性^{[4, 5]}。SIRT1去乙酰化反应能直接与I类和II类HDACs共同作用，联合调控p53。此外SIRT1能通过募集到p53靶启动子处，介导其抑制性功能，导致低乙酰化核小体转录沉默。染色质免疫沉淀实验中，SIRTl与p53靶基因p21启动子相关。目前已观察到SIRTl在体内直接结合至人类P53蛋白，并使其K382残基去乙酰化，这一去乙酰化功能作为一种转录因子在p21^WAF1启动子区域削弱P53蛋白活性^[4]。SIRT1与p53结合，调控对氧化应激和DNA损伤的p53依赖性凋亡。

SIRTl抑制对DNA损伤和氧化应激的p53依赖性凋亡，并在依托泊苷或照射状态下促使细胞存活。p53与相互作用，发生去乙酰化，表明代谢和衰老之间的关联。SIRT1表达降低p53转化靶基因和诱导衰老及凋亡的能力，而一个显著的负向作用则是加强p53介导的对氧化应激反应的凋亡，这一效应是否要求p53直接去乙酰化，或是否对p53反应基因启动子功能受限，而通过其组蛋白去乙酰基转移酶活性抑制靶基因转录仍不清楚。但有研究表明，SIRT1和NAD水平在哺乳动物中能偶联氧化应激和代谢与p53相互作用。

2.2 SIRT1与FOXOs

遗传学研究显示，在Celegans中，胰岛素/胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor，IGF)信号传导调控长寿^[6]，该信号触发激酶级联反应，包括磷脂酰肌醇-3激酶可导致促衰变因子(decay-accelerating factor，DAF-16) 磷酸化及线虫FOXO转录因子。

SIRT1作用于FOXO家族，调控细胞对应激的反应。FOXO蛋白家族，是胰岛素信号途径的传感器和生物体长寿的调控子。FOXOs调控代谢、细胞周期、应激耐受、DNA损伤修复和凋亡^[7]。根据靶基因FOXOs不同，SIRT1功能也有所不同。在体内，SIRT1与FOXO1相互作用，使FOXO1在赖氨酸242，245和262去乙酰化，并使之活化^[8]，抑制其活性。SIRT1可依赖其去乙酰化酶活性，降低乙酰化FOXO1的含量^[9]。

在细胞内，SIRT1和FOXO3形成复合体，对氧化应激反应，使FOXO3去乙酰化，对FOXO3有双重效应，增加FOXO3能力，诱导细胞周期停滞，拮抗氧化应激，抑制FOXO3诱导细胞死亡的功能^[10]。过氧化氢诱导FOXO4乙酰化，抑制其转录活性。SIRT1结合乙酰化的FOXO4并恢复其活性。SIRT1活化FOXO1和FOXO4，通过诱导p27kipl，促使细胞周期停滞。通过提高锰过氧化物歧化酶表达水平，SIRT1也诱导细胞对氧化应激的抵抗作用。SIRT1抑制FOXO3和其他一些FOXOs活性。

2.3 SIRT1与其他

SIRT1也调控其他一些转录因子。SIRT1抑制脂肪形成的关键调控因子PPAR-γ，与其结合至同一DNA序列，为辅抑制物。在限制饮食情况下，SIRTl募集至PPAR-γDNA结合位点，与辅助因子核受体辅抑制剂(NCoR)和类维生素A和甲状腺素受体沉默调控子(SMRT)共同作用^[11]。

SIRTl上调促进脂解和脂肪丢失。SIRT1抑制NF-κB转录活性，使其亚单位RelA/p65在赖氨酸310去乙酰化^[12]。SIRT1能够保护细胞，防止p53诱导的凋亡，但也可能通过抑制NF-κB增加凋亡。RNA聚合酶I复合体亚单位TAFI 68，增加TAFI 68与rDNA启动子结合，诱导哺乳动物rDNA转录，SIRT1使其去乙酰化，从而抑制rDNA转录^[13]。

通过RNA干扰下调SIRT1水平，SIRT1是NAD补充的下游靶点，保护细胞。SIRTl催化PARP活化的核心结构域，NAD补充可防止其转录调控能力丢失。心脏功能失常时，PARP活化及伴随SIRTl能力下降，调控p53转录后乙酰化。在应激的心肌细胞，细胞NAD活性丢失，联系PARP活化和SIRTl酶活性降低，共同作用于心功能失常时心肌细胞死亡^[14]。

SIRT1是许多细胞过程的关键调控子，也能抑制Forkhead转录基因家族，改变胰岛素信号途径，提高对氧化应激的抑制作用，减轻凋亡^[15]。SIRT1使DNA修复因子Ku70的关键赖氨酸残基去乙酰化，而阻止预凋亡因子Bax进入线粒体，抑制应激诱导的凋亡细胞死亡^[10]。

3 SIRTl与热量限制

热量限制功能以一种被动的方式降低氧化和其他损伤，从而导致生命周期延长，可以调控从酵母到哺乳动物等生物体的生命周期，主要影响脂肪组织的能量贮存，脂肪组织是控制生命周期的关键器官。在酵母，热量限制(calori crestriction，CR)通过活化SIR2延缓衰老。

哺乳动物中SIRT1是活化热量限制的关键元件，即脂肪动员。SIRT1抑制PPAR-γ，抑制脂肪细胞中脂质聚集，其过表达可降低脂肪形成，而RNA干扰加速脂肪形成。在分化的脂肪细胞，SIRT1上调促进脂解和脂肪丢失。大鼠和人类细胞中，CR诱导SIRT1表达。胰岛素和胰岛素样生长因子(IGF-1) 削弱这一反应。CR诱导SIRTl表达，延长生命周期，促使不可替代的细胞长期存活^[16]。酵母中CR诱导SIR2活性上调，为CR效应的生命周期延长所需要。啮齿类动物，SIRT1表达增加，对脂肪、肝脏、肾脏和脑组织中持续的CR起反应。

4 SIRTl与衰老

近年来，衰老的基本生物学研究受到重视，鉴定了单一基因直接或间接调控不同模型生物体的衰老过程。SIRTl连接代谢，基因组稳定性和生命周期。基因组稳定性降低与生命周期缩短相关。在S cerevisiae，SIR2作为NAD依赖的组蛋白去乙酰基转移酶抑制基因重组，关闭多基因位点的转录。SIR2家族成员在调节热量限制中起基础的作用，延长从酵母到哺乳动物的生命周期^[17]。

SIRT1在哺乳动物长寿中的作用还未直接检测，因为单纯SIRT1敲除动物易发多种发育缺陷而早期死亡。SIRT1有许多靶基因，调控细胞对氧化应激和基因毒性应激的抑制。

SIRT1直接修饰染色质和沉默转录，SIRT2和SIRT3分别是定位于细胞质和线粒体，不是染色质相关，而不具有这种作用。目前没有关于SIRT4-7的更多信息，但这些仍可能是通过基因组稳定性调控长寿的侯选蛋白^[18]。

Fabrizio等推测SIRT1可能通过调节葡萄糖和脂肪代谢调控生命周期^[19]。大多SIRT1缺失小鼠在胚胎发育时死亡，然而到成年期后显示正常。是否缺失SIRT1的成年鼠有较短的生命周期或较长的生命周期仍不清楚。Chua K F等^[20]研究表明，SIR2抑制基因组不稳定性，延长生命周期，但发现缺失SIRT1的小鼠胚胎纤维原细胞显著抑制重复性衰老，在慢性的亚致死性氧化应激情况下，缺失SIRT1，与增殖能力提高相关。另外，SIRT1缺失细胞调控p19(ARF)(衰老调控因子)或下游p53能力，在急性DNA损伤或致癌基因表达情况下，SIRTl缺失细胞显示p19(ARF)诱导和细胞周期停滞。研究表明SIRTl对慢性细胞应激反应功能仍不确定。Lemieux ME等研究发现，SIRT1影响IGF途径，Sirtl-/-动物显示一些较长生命周期的表型，体重和脂肪减少，较小的垂体体积和较低水平的自由IGF-1^[21]。SIRT1敲除和转基因动物生命周期的研究，有助于理解其在哺乳动物衰老中的作用，尤其是研究SIRT1缺失在热量限制条件下是否延长寿命^[22]。

FlachsbartF等^[23]研究SIRT1基因的一般等位基因变异与人类长寿的关联，整个基因中有5个单核苷酸多态性位点,包括启动子区域，研究对象为德国1573名长寿个体(90多岁和百岁或以上)，未发现任一SNPs与长寿基因型有关，说明其序列变异体对人类长寿无显著影响，但并不排除等位基因变异体可能在直接调控子或下游底物作用，从而对于延长人类长寿有重要作用。

5 展望

从原始细菌到真核细胞，沉默信息调控子基因家族在生物体基因组中高度保守，其编码SIR蛋白参与基因沉默到DNA修复等许多不同过程。尽管SIRT1参与细胞存活和应激抵抗，但与衰老的直接关系仍不清楚。

需深入研究SIRT1多种功能：(1) 鉴定SIRT1生物学底物及与其之间的作用是否具有特异性；(2) 明确SIRTs之间的相互作用助于揭开衰老的复杂机制；(3) 如何调控转录机制，是否对FOXO1，FOXO3和FOXO4的抑制活性延伸到其他FOXO因子；(4) 是否使PPAR-γ及靶基因的组蛋白去乙酰化；(5) 对于SIRT1缺陷，改变IGF-1/胰岛素水平对衰老样表型起作用，是否包含在其对CR反应中及如何调控；(6) 是否在限制饮食情况下，NAD/NADP比值或其他代谢改变会影响到SIRT1功能，从而上调新陈代谢达到最佳长寿状态；(7) SIRTl缺陷是否影响DNA损伤修复，进一步影响碱基切除修复核心因子如Polβ，XRCC1，PARP-1等活性；(8) 是否通过染色质效应抑制重组和基因组不稳定性，这一效应是否参与调控哺乳动物衰老。