作者：张晓蓓，刘华乙，李妮虹，谷涓华等，昆明医科大学分子临床医学研究院暨云南省干细胞及再生医学重点实验室

1 皮肤光老化

衰老是生命进程中的自然过程，生理功能的退 化最终导致死亡。皮肤作为人体最大也是最表面的 器官，在保护、分泌、感觉和免疫等方面发挥重要作 用。随着年龄的增长也会和其他器官一样出现衰 老，表现为皮肤粗糙、松弛、变薄、弹性降低、皱纹加粗加深，色素沉着等［1-3］。 皮肤衰老受到内源性因素和外源性因素的影 响、如遗传、环境暴露、紫外线照射、激素变化和新陈 代谢。这些因素的累积导致皮肤结构、功能和外观 的改变。特别是紫外线的照射，紫外线通过直接和 间接两种方式造成细胞衰老。一方面紫外线通过诱导形成环丁烷嘧啶二聚体( cyclobutane pyrimidine dimer CPD) 和嘧啶( 6-4) 嘧啶酮光产物( pyrimidine ( 6-4) pyrimidone photoproducets 6-4PP) ，这些分子病 变会改变 DNA 结构，从而通过抑制复制过程中的 DNA 聚合酶干扰 DNA 复制，造成 DNA 碱基损伤， DNA 单链、双链断裂，以及 DNA 和蛋白质的交 联［4］。另一方面紫外线通过诱导皮肤中 ＲOS 过多 产生引起 DNA 氧化性损伤。产生的 ＲOS 的类型取 决于UV 波长，主要包括UVA 和UVB。UVB 主要通 过激活 NADPH 氧化酶和呼吸链反应来刺激氧阴离 子的产生［5-6］，UVA 通过与发色团如核黄素和卟啉 的光敏反应产生 O2 － ，同时 UVA 还通过激活 NADPH 氧化酶产生氧阴离子并使晚期糖基化产物光敏 化［7-8］。ＲOS 可以使核酸、脂类和蛋白质等结构发 生重要改变，最终引起生物分子损伤，生物分子损伤 在细胞内积累导致细胞衰老。过多的 ＲOS 能够激 活不同的衰老相关蛋白和信号通路，比如沉默信息 调节因子 2 同源蛋白 1( Sirtuins) 、FOXO 家族基因、 TGF-β/Smads 信号通路等，造成皮肤成纤维细胞减 少，胶原纤维和弹性纤维受损。

2 SIＲT1 概述

沉默信息调节因子2 同源蛋白1( Sirtuins) 是一 系列依赖尼古丁腺嘌呤二核苷酸( NAD + ) 的酶，参 与细胞代谢，调节细胞功能，如 DNA 修复、炎症反 应、细胞周期或细胞凋亡［9］。在哺乳动物中，目前 Sirtuins 家族共有 7 位成员( SIＲT1-7) ，它们具有不 同的生理功能，底物亲和力和亚细胞区室化。 SIＲT3、SIＲT4 和 SIＲT5 是线粒体蛋白，SIＲT1、SIＲT6 和 SIＲT7 是核酶，SIＲT2 在细胞质内和细胞核内均 存在。然而，它们都具有相似的催化结构域，并使用 NAD + 作为共基质。哺乳动物 SIＲT1 包含 747 个氨 基酸，由三个区域组成:别构部位、催化核心和 N-和 C-末端区域，催化核心包含250 个氨基酸，在哺乳动 物中高度保守，催化核心有两个结构: NAD + 依赖性 蛋白典型特征性结构 Ｒossman 折叠，Zn2 + 与 4 个半 胱氨酸残基结合的复合结构。这两个结构之间是 NAD + 结合位点。N-和 C-末端含有 SIＲT1 共激活因 子/辅阻遏物、调节底物元件和结合结构域［10］。虽 然最初被鉴定为脱乙酰酶，但现在已知 Sirtuins 具有 更多种类的酶活性，包括脱酰酶和 O-ADP-核糖基酶 活性。其中哺乳动物 SIＲT1 与酵母的 Sir2 的结构 和功能最相近。

3 SIＲT 1 对组蛋白的乙酰化修饰

SIＲT1 主要通过对组蛋白 H3K9、组蛋白 H4K16乙酰化来调节细胞生长、细胞凋亡、细胞衰老和肿瘤 发生［11］。在通常的组蛋白修饰中组蛋白乙酰转移 酶( HAT) 和组蛋白脱乙酰酶( HDAC) 通过不同的生 物活性来修饰组蛋白尾部。HAT 大致分为三类: p300 / CBP，Gcn5 相关的 N-乙酰转移酶( GNAT) 和 MYST ［12］ 。p300 ( 也称为 EP300，E1A 结合蛋白 p300) 和 CBP 是密切相关的共激活剂，能够对组蛋 白 H3( K14，K18 和 K23) 和组蛋白 H4( K5，K8 和 K12) 上的多个赖氨酸进行乙酰化修饰。p300 和 CBP 酶在皮肤稳态中发挥多种作用: 通过稳定 p63 和 p53 介导的 p21Waf1 / CIP1 表达调控来控制角 质形成细胞的细胞生长和早期分化［13-14］; 调节衰老 标志物 p16INK4a 的表达［15-16］，维持皮肤屏障的完 整性［17］，并调节成纤维细胞和细胞外基质基因中促 炎基因的表达［12-18］。Wei 等［19］在体外成纤维细胞 过度纤维化实验中发现，增加 p300 的表达可以促进 组蛋白 H4K16 乙酰化和胶原蛋白转录，同时在药理 学上抑制 p300 活性可以消除 TGF-β/诱导的应答。

4 SIＲT1 对 TGF-β/Smads 信号通路的调节

TGF-β 是一种主要的促纤维化细胞因子，通过 与其细胞表面受体复合物结合起作用。该复合物由 三种不同的蛋白组成: Ⅰ型( TＲⅠ) 、Ⅱ型( TＲⅡ) 和 Ⅲ型( TＲⅢ) TGF-β 受体蛋白。TGF-β 与具有丝氨 酸/苏氨酸激酶活性的 TＲⅠ和 TＲⅡ结合形成复合 物体，TＲⅠ与 TＲⅡ结合后，TＲⅠ会被 TＲⅡ磷酸化 激活，诱导其蛋白激酶活性，磷酸化 Smad 蛋白家族 中的 Smad2 和 Smad3，磷酸化后 Smad2 和 Smad3 与 Smad4 形成异聚复合物。这种复合物可转移到细胞 核中，并与 TGF-β 靶基因的启动子区域中的 Smad 结合元件( SBE) 相互作用，起到调节靶基因转录的 作用［20］。在人皮肤成纤维细胞中，TGF-β/Smad 途 径通过调节胶原蛋白的产生和降解来控制细胞外基 质的稳态［21］。TGF-β/ Smad 信号通路能够直接上 调细胞外基质( 包括胶原蛋白、纤连蛋白、核心蛋白 聚糖和蛋白聚糖) 相关基因的表达［22-24］。之前的一 些研究表明［20］，TGF-β/Smad 信号通路抑制与 TＲⅡ 和 Smad3 表达下调有关。TGF-β 信号转导受损导 致新胶原蛋白合成减少，真皮中胶原蛋白净含量 减少［25］。 Zerr 等［26］研究表明，持续激活 TGF-β 信号传导 能够下调 SIＲT1 的表达，在长期高水平 TGF-β 条件 下培养的人真皮成纤维细胞中 SIＲT1 的 mＲNA 和 蛋白质水平显著降低，且在体外实验中白藜芦醇能 够激活 SIＲT1，刺激成纤维细胞中TGF-β 信号通路，增强磷酸化 Smad2 和 3( pSmad2/3) 的积累，诱导 pSmad2/3 自身积累。以及刺激 Smad/CAGA 报告 基因中的活性并上调结缔组织生长因子的 mＲNA 水平，结缔组织生长因子是真皮纤维母细胞中的经 典 TGF-β/ Smad 靶基因;同时 SIＲT1 活化还增强了 TGF-β 的促纤维化作用，并促进了 TGF-β 诱导的静 息纤维母细胞向成纤维细胞的分化，SIＲT1 的成纤维 细胞特异性敲低改善了实验性纤维化;SIＲT1 对 TGFβ 信号传导的刺激作用以及 TGF-β 对 SIＲT1 表达的 抑制作用表明，SIＲT1 能够调节经典 TGF-β 信号传导 以及控制成纤维细胞活化和组织纤维化。TGF-β 能 够上调成纤维细胞中 p300 转录活性，导致 COL1A2 启动子组蛋白乙酰化并激活基因转录。在成纤维细 胞过度纤维化模型中，p300 能够增强 Smad2/3 转录， 减弱SIＲT1 的表达能够抑制p300/Smad 转录，从而减 弱纤维化过度反应［19］。同时 Qiang 等［27］研究发现: SIＲT1 敲减后能够抑制 TGF-β1 处理过的 HaCaT 细 胞 c-FOS 和整联蛋白-β1 表达，以及下调 TGF-β 处理 HaCaT 细胞后其上皮细胞连接蛋白中紧密连接蛋白 的表达。证明 SIＲT1 能够通过 TGF-β 介导信号通路 抑制组织纤维化，对于细胞外基质其他成分的调节需 要更多实验探索，见图1。

图1 SIＲT1 在皮肤光老化中的信号通路 Fig. 1 The signaling of Silent information regulator 2 sirtuins 1 in skin photoaging

5 SIＲT1 对 p53 的乙酰化修饰 SIＲT1 通过调节

p53 和 JNK 对 UVB 诱导的角 质形成细胞凋亡起到保护作用。p53 是一种参与细 胞周期调控并在肿瘤抑制中起作用的蛋白质，通过 介导细胞周期停止在 G1 期抑制肿瘤细胞的发生发 展。SIＲT1 在其320 和382 位赖氨酸残基去乙酰化 修饰使 p53 蛋白与 DNA 顺式元件结合能力下降。

研究表明，SIＲT1 的过表达使 p53 去乙酰化导致 p53 活性受到抑制。所以 SIＲT1 可通过 p53 的去乙酰化 抑制细胞衰老，从而抑制其促凋亡活性。使用体外 诱导衰老的常用诱导方法紫外线照射和过氧化氢分 别作用后，发现 SIＲT1 水平下调，其次白藜芦醇 ( SIＲT1 激活剂) 可减少紫外线和过氧化氢诱导的细 胞凋亡，而烟酰胺( SIＲT1 抑制剂) 可增强细胞凋亡。 在紫外线和过氧化氢处理后，活化 SIＲT1，可使 p53 去乙酰化。SIＲT1 能够作为抗紫外线/活性氧诱导 的 JNK 活化的负调节因子［28］。

6 SIＲT1 对 FOXO 的调节

SIＲT1 通过与 FOXO 家族成员结合来调节细胞 对应激的反应，可以提高细胞的存活率和应激耐 受［29］，而 FOXO 家族成员具有许多生物学功能，包 括 DNA 损伤修复、细胞周期阻滞和细胞凋亡［30］。 SIＲT1 与不同的 FOXO 家族成员( 包括 FOXO1、 3 和 4) 相互作用，使其去乙酰化、转录活性增强，进而调 节细胞增殖与细胞自噬，缓解细胞氧化损伤［29］。白 藜芦醇作为 SIＲT1 的激活剂，参与调节细胞抗氧化 应激并保持线粒体稳态，预防多种疾病发生。Wang 等［31］通过凝胶迁移实验分析 FOXO1 的基因结合 率，发现白藜芦醇通过激活 SIＲT1 促进 FOXO1 与 Ｒad7 启动子区结合，诱导细胞自噬应对氧化应激。 有研究证明［29， 32］: SIＲT1 介导的 FOXO 去乙酰化作 用提高了 FOXO 对 DNA 修复基因、应激耐受基因的 活性并降低其对凋亡前基因的活性。例如，FOXO 靶点 GADD45、p27KIP1 和 MnSOD 的激活以及 FOXO 靶点 Fas Ligand 和 Bim 的抑制可以诱导细胞 周期阻滞和 DNA 修复并且抑制细胞凋亡。FOXO3 在人角质形成细胞表达相对水平高，它是 AMPK 和 SIＲT1 的下游靶标。SIＲT1 通过脱乙酰化活化 FOXO3 转录因子诱导锰超氧化物歧化酶( MnSOD) 上调。FOXO3a 在特定的结合位点，大鼠 SOD2 启动 子编码区的上游编码区1272bp 处与大鼠 MnSOD 基 因的启动子相互作用。通过 siＲNA 抑制 FOXOa 转 录发现 MnSOD 基因表达的减少［33］，证明 FOXO3a 能够上调 SOD2，进而缓解 ox-LDL 诱导的氧化损伤。 Ido 等［32］实验证明用白藜芦醇( SIＲT1 激活剂) 反式 激活 FOXO3 处理角质形成细胞能够增加其靶基因 ( 包括锰超氧化物歧化酶和过氧化氢酶) 的表达。 当 FOXO3a 被敲除时，白藜芦醇对细胞衰老和增殖 的影响消失。

7 SIＲT 1 对 AP1 和 NF-κB 的调节

紫外线通过刺激生长因子或细胞因子受体激活EＲK、JNK 和 p38。不断产生的 ＲOS 增强了这种活 化，ＲOS 的产生既可以通过紫外线对内源吸收发色 团或分子氧的直接作用，也可以通过 NADPH 氧化 酶的活化来进行。ＲOS 可以增加抑制 PTP 和/或直 接激活 MKKK 的生长因子受体。一旦激活，MAPKs 的可磷酸化转录因子( 例如 c-Jun) 导致转录因子 AP-1 和 NF-κB 的表达增加，进而导致 MMPs 的上调 和下调、减少前胶原Ⅰ的生成。紫外线照射后，SIＲT1 使NEＲ 因子XPA 脱乙酰化，从而优化NEＲ 修复途径 的活性，防止光老化［34］。此外，据报道，紫外线辐射 通过在角质形成细胞中产生过多 ＲOS，并介导 JNK 通路下调 SIＲT1 的表达［35-36］。研究表明，紫外线照射 可以活化 JNK 参与 SIＲT1 下调，JNK 抑制剂作用后 SIＲT1 水平可恢复到紫外线未照射的水平［37］。

8 小结

成纤维细胞及其分泌的细胞外基质，包括胶原 蛋白和弹性纤维，在皮肤衰老过程中受到内在因素 和外在因素的影响导致合成减少、降解增多。近年 来 SIＲT1 可作为皮肤衰老表观遗传修饰蛋白被许多 学者关注。SIＲT1 对组蛋白 H3K9、组蛋白 H4K16 以及非组蛋白 p53 的乙酰化修饰控制皮肤细胞生长 分化，维持皮肤屏障的完整性;对 FOXO 去乙酰化作 用提高了 FOXO 对 DNA 修复基因、应激耐受基因的 活性并降低其对凋亡前基因的活性; 调控 TGF-β/ Smads 信号通路调节皮肤细胞外基质纤维化改变; 增加 AP-1 和 NF-κB 的转录活性促进炎症介质的释 放( 图1 所示) 。因此 SIＲT1 可作为皮肤衰老表观 遗传修饰的一个重要调控靶点，但是关于 SIＲT1 和 皮肤衰老的直接调控机制不够深入，需要进一步的 相关研究。

参考文献略。

来源：张晓蓓，刘华乙，李妮虹，谷涓华等，SIＲT1 在皮肤光老化中的研究进展[J],中国皮肤性病学杂志，2020,34（8）。