医学科研方法的作业

《医学科研方法的作业》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学科研方法的作业（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、去乙酰化酶蛋白催化去乙酰化酶蛋白催化剂剂:设计分子延长寿命设计分子延长寿命摘要摘要白藜芦醇(RESV)对人类健康会产生重要的药理作用:除了对 2 型糖尿病和心血管疾病有影响，也能调节神经能量在体 内的平衡和显示衰老等功效。尽管它明显具有自由基清除 剂性能，但是这些有利影响参与的机制尚未完全了解。在 这方面，主要兴趣的一个领域涉及的是 RESV 去乙酰化酶 蛋白 1(SIRT1)活动的影响，一个 NAD +依赖性的组蛋白去 乙酰酶与老化。事实上，SIRT1 的作用是目前热门的研究 主题，由于 RESV 的抗衰老的特性，从为不同生物从酵母 到啮齿动物增加寿命已经不再是梦想。此外，当 RESV 管

2、理应用于神经系统疾病实验动物模型时，热量限制也有类 似的有利影响。SIRT1 激活可能在神经退行性疾病和障碍 干扰参与葡萄糖体内平衡中构成潜在的战略目标，以及在 dyslipidaemias 或心血管疾病中同样有此目标。因此，小 SIRT1 激活物等，不过这种营养补充品例如 SRT2104、SRT2379，目前正在临床试验，可能是潜在的 治疗 2 型糖尿病、肥胖和代谢综合征等疾病的药物。本文 综述总结了当前知识了解下中 SIRT1 在衰老和 aging- associated 疾病的生物功能，并讨论了其潜在的药物目标。前言前言一旦一个国家的人口已经达到了一个基本需求得到满足 的好生活质量的目标

3、，这里是有良好医疗服务和成功治愈 大多数疾病药物的地方，那下一步目标就是增加预期寿命 1 。为此，有必要开发作用于不同的身体器官和组织保持 其功能的药物。达到这个目标的一种方法就是通过开发抗 老化性能药物，这将有助于预防或治疗衰老相关疾病 1,2 。 由于复杂的多因素性质的老化，发现一种范围广泛抗老化 性能的分子看起来是不可能的。然而，大自然有发现令人 惊讶的抗衰老工具的能力。例如，据观察，法国人通过温 和的消费适度的红酒能够减少冠心病死亡率的2 4 。研 究人员随后发现，白藜芦醇（RESV；三甲基-三羟基）， 一种在红葡萄酒中发现的天然存在的多酚类化合物，是对 心血管系统 3 有好处的。白藜

4、芦醇是在黑葡萄发现的主 要非类黄酮多酚，而且是植物抗毒素 3 特性。它是由许 多植物防止真菌产生的应激反应 4 产生的蛋白质。最初 的尝试是的为了确认 RESV 在保护作用中的技能，却表明 主要是由于后者强大的抗氧化性能5 7。然而，单单 RESV 的抗氧化性能不能解释化合物的药理作 用。近年来，它已被证明有抗炎症、抗肿瘤、保护心脏和 抗老化性能（图 1） 7 。因此，必须有其他的途径来解释 它抗衰老和有益冠状动脉的作用。有趣的是，一个被称为 SIRT1 的蛋白质，这是一种依赖去乙酰化酶的辅酶，可能 会是 RESV 的目标，而且对它的生理性行为负责。SIRT1 起先被定义为人类同源基因的酵母

5、Sir2（沉默信 息调节因子 2），它属于一个已被分为四组 6 11 的组蛋 白家庭去乙酰化酶（HDACs）。主要感兴趣的是第三类 HDACs，与酵母转录抑制因子 Sir2 有共同的特点，被称为 sirtuins 12 。第三类组蛋白去乙酰化酶是以创始成员酿 酒酵母沉默信息调节因子 2 命名的蛋白质。它们是在组蛋 白脱乙酰基 10 13 中维持沉默染色质的必需物质。III 类 HDACs 的一个特征就是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD +）依赖的，从细菌到人类 12 都保有这种物质。由于发 现 SIRT1 和细胞凋亡、存活、转录、代谢、和老化相关， 这些活动都和疾病修改 3,9,1416 有牵连。

6、7 型哺乳动物 sirtuins 蛋白（SIRT1-7）已被其特征化， 在细胞 4 内他们有不同的位置和功能。目前，研究最广 泛和最有名的是 SIRT1。SIRT1 转基因小鼠的发展表明， 在哺乳动物中，这种蛋白细胞代谢 17 19中发挥了关键 作用。一个有趣的发现是，热量限制（CR）对哺乳动物健康 20 有好的作用。事实上，最近的数据表明，CR 延长寿命 和延迟与年龄有关的疾病，如心血管疾病，癌症，糖尿病 的发病以及非人灵长类动物 29 20 的肌肉萎缩。这项研 究为 Cr 在衰老和与年龄相关的疾病的重要性提供了强力支 撑，同时也强调了更好了解与 Cr 相关改善健康的途径的需 要 。一些研究

7、已经表明，CR 能够调节不同组织的哺乳动 物 SIRT1，特别是增强 SIRT1 的活性图 20,27 方面。由 于在 RESV 治疗上对小鼠热量限制有相似的有益影响，那 么可做假设 SIRT1 激活可能是负责 RESV 17 的抗衰老作 用。然而，使用限制热量的饮食作为一种治疗手段是不是 一个合适而且健康的策略，因此对的模仿热量限制过程的 药物还是有需求的并以此来有选择性地激活 SIRT1。这种 合成的具有选择性的和特别性的作用于 SIRT1 化合物，例 如 SRT1720，已经展现出 了 SIRT1 的热量限制反应方面和寿命之间的联系。该化合物具有多种生理作用，通过抑制 脂肪的合成和诱导模

8、仿热量限制的脂质氧化。一种体外筛选的 SIRT1 活化剂定义 RESV 为十八种去乙 酰化酶活性 18 诱导剂种最有效的一种。因此，RESV 的 神经保护和抗衰老作用可能是通过激发 SIRT1 活性 2,17,19 来作用的。目前的研究是集中在理解 RESV 在增 加 SIRT1 的活性和由 SIRT1 20 激发和规制的的胞内信 号通路上的相关作用机制。在这方面有一些有趣的发现。一个发现是 RESV 能够延 长酿酒酵母、线虫和果蝇的寿命。但只有编码在 Sir2 的基 因上才能出现在这些生物体 20,26 上。RESV 同时也能增 加的非洲齿鲤25,27 的寿命，尽管造成这种影响的目标 仍然是

9、未知的。然而考虑到这些发现，激活 SIRT1 的药物 可能也对新陈代谢有抗衰老和其他有益影响。事实上，这 样的化合物可能在治疗好糖尿病和神经退行性疾病心脑血 管疾病的预防上还是很有希望的。因此，本文综述了现有的关于 RESV 和相关化合物的作 用机制的知识，主要是特定的 SIRT1 催化剂。这些特定新 化合物的合成物可能在与衰老相关疾病如神经退行性疾病、 心血管疾病上有一个潜在的应用。 被被 SIRT1 调节的胞内信号通路调节的胞内信号通路SIRT1 蛋白通过两种不同的途径发挥作用：一、组蛋 白修饰二、非组蛋白基质一、组蛋白修饰表观遗传调控涉及多样染色质活性和显性变化，包括如甲基 化和组蛋白修

10、饰 29 的表达变化。同样，染色质的变化能引起 许多与衰老相关的影响。由于 SIRT1 主要是局限在细胞核中， 它的生理作用部分上通过在特定剩余的情况下介导脱乙酰核小 体组蛋白 2 的能力。例如，老化产生减少了染色质异常的修 复以及端粒缩短 2931 。绝大多数寿命的研究是在酵母中进 行的，在这里组蛋白赖氨酸甲基转移酶催化组蛋白甲基化，同 时组蛋白乙酰转移酶和组蛋白药物参与调节，分别，乙酰化和 去乙酰化赖氨酸残基 30 有剩余。组蛋白乙酰化对染色质结构 的控制是必不可少的，因此，对基因表达控制也是必不可少的。 因此，染色质是 Sir2 的一个目标，反过来，Sir2 又调节酵母的 寿命 30 。

11、SIRT1（Sir2）参与了细胞-MA 丁的两种不同形式 的形成：兼性与本构都在基因的表达中发挥作用。功能性异染 色质指的是在一些过程成为紧凑包裹状的染色质区域，如细胞 分化。另一方面，异染色质构描述了这些染色质区域一旦形成 就往往凝聚的特性。Sir2 已经证明，组蛋白的去乙酰化过程特 别 H4K16 和 H3K9 的调节性异染色质的形成正是伴随着老化 增加 3034 的。此外，一种和染色质元素老化有牵连的是 H1，由于老化导致了 H1 的亚型 29,30 分布变化、H1 的分子 脱氨，和 1 型丝氨酸【30、35 乙酰化的损失。所有这些染色 质的变化都可能导致染色质沉默和转录的抑制。有趣的是

12、，最近的一项研究表明 SIRT1 通过 HSF1 的去乙 酰化能促进染色质的沉默和抑制。因此，SIRT1 有利于 HSF1 结合热休克启动因子 HSP70，而且可能调节寿命 35 的一种 途径。2、SIRT1 调节的非组蛋白基质一旦 SIRT1 被激活，它便能调节促进细胞存活、促进 DNA 损伤修复并减少细胞分裂的细胞内反应。此外，SIRT1 酶活性 分析表明，它对先前描述的组蛋白去乙酰化酶有不同的反应。 使用纯净 SIRT1 的实验数据表明，每一个乙酰赖氨酸组被删除 同时每一个 NAD +分子都被裂解产生了和烟酰胺和 O-乙酰基 ADP 核糖 18 。因此，SIRT1 具有两种酶的活动：目标

13、蛋白 额脱乙酰作用 和 NAD +的代谢作用。SIRT1 通过调节非组蛋白细胞质产生了一些好的作用，特 别是通过调节脱乙酰化的转录因子如肿瘤抑制基因 p53、FOXO 家族（也被称为 FKHR，成员的转录因子 FOXO1，FOXO3 和 FOXO4，叉头家族，它可以防止核易位 和它的目标如 BIM 的激活）和 NF-B.此外，脱乙酰作用 也就 是 Ku7 因子能够减少他们触发细胞凋亡或诱导其靶基因在应激 保护中的表达能力或细胞周期停滞、又或是细胞的衰老或凋亡 13,15,3638 。因此，SIRT1 调节的 p53 的脱乙酰化通过降 低 p53 诱导转录的促凋亡因子 Bax 14 的表达能力减

14、弱了应 激诱导的细胞凋亡。肿瘤抑制蛋白 p53 蛋白在多种细胞应力如 氧化应激反应、开展相关癌基因表达和 DNA 损伤 17 中起着 至关重要的作用。然而从细胞到细胞，分子和信号通路可能会有所不同。例 如，p53 调节细胞的周期响应是通过激活细胞周期蛋白抑制剂 p21 并通过激活 BH3-only 蛋白如 PUMA, NOXA, and BAX 2,14,18等启动细胞凋亡过程。RESV 的抗增殖作用与细胞周 期蛋白的抑制作用和 p53 在肿瘤细胞中诱导作用有关。然而， 在神经元细胞中，通过激活 SIRT1 的神经保护作用可能是 p53 抑制 14 调节的。如前所述，另一个 SIRT1 的目标

15、涉及 FOXO 家族的脱乙酰作用。C. Elegans 的早期研究表明， FOXO（DAF-16）蛋白和调节细胞的寿命从而延长寿命和老化 的几种途径有内在联系。除了长寿过程的调控，FOXO 家族成 员的转录因子也参与调节如代谢的其他细胞的过程；例如， FOXO1 调节脂肪组织、肝脏和胰腺36,37中的葡萄糖耐量。 同样，FOXO3A 涉及通过调控 BIM 来预防细胞活性凋亡。此 外，SIRT1 也能够将核受体过氧化物酶体增殖物激活受体 （PPAR）及其转录激活 PPAR 激活-（PGC -）去 乙酰化，这些物质控制着肌肉、脂肪组织和心脏、肝脏 37 中广泛的代谢活动。通过调节 NF- B，SI

16、RT1 可能与炎症和衰 老密切相关的抑制表达基因 40、41 有关。SIRT1 在细胞因子 中的影响可能在下文神经退行性疾病和心血管疾病中带来更多 的好处。Sirtuin 1 激活和预防与年龄有关的疾病激活和预防与年龄有关的疾病1、抗衰老影响抗衰老影响老化是一个发生在所有生物组织中的有害变化的自然过程。 一个关于老化的原因主要理论表明氧化应激在发病机制 40 中 起着重要作用。氧化应激诱导的细胞损伤影响着所有的生物成 分，包括 DNA、脂类、糖类和蛋白质4144。因此，细胞内 活性氧及抗氧化防御机制的失衡导致了有害的氧化应激。其中 一种最被普遍认可防止老化和治疗与年龄有关的疾病的策略是 利用天然抗氧化剂 42 。特殊抗衰老治疗方法的发展近年来吸 引了大量的关注。抗衰老药物包括银杏叶提取物、RESV、褪 黑素、槲皮素、儿茶素、姜黄素、