SIRT1/FOXO1 通路與骨質疏松關系的研究進展

遲雪婷，陳方園，黃曉巍,，董海司，蘇 航，龔 慶，林 喆

（1.長春中醫藥大學藥學院，長春 130117；2.長春中醫藥大學東北亞中醫藥研究院，長春 130117；3.長春中醫藥大學附屬醫院骨科中心，長春 130021）

骨質疏松癥(osteoporosis，OP)是通過減少骨量和劣化微觀組織結構來實現對全身骨骼系統改變的病癥，即骨小梁細化、消失和孔隙變大，從而導致骨脆性增加，骨生物力學性能下降，荷載功能下降，最終導致骨小梁的斷裂[1]。 OP 已影響全世界數以百萬計的人，其中對老人和絕經后女性的影響尤為明顯。其主要病理機理是骨吸收與骨形成在整個骨代謝過程中的不平衡[2]。 隨著全球性老齡化人口的加劇，OP 的發病率不斷攀升，患者數量呈逐年遞增的趨勢，同時由于OP的致殘率極高且在早期不容易被發現，使得這一疾病成為全球性的社會醫療問題[3,4]。

1 SIRT1/FOXO1 通路生物學概況

沉默信息調節因子1（Sirtuin 1，silent information regulator 1，SIRT1） 是一種在骨組織生理活動中發揮重要作用的去乙?；竅5]。SIRT1 在Sirtuins 家族中最早被驗證發現，在哺乳動物多種組織的細胞核與細胞質中均能檢測到存在[6]。 它通過脫乙酰的作用調節其下游的靶標，如P53 和NF-κB[7]，進而參與生物機體內代謝與衰老等相關的過程。 SIRT1 的轉錄水平決定了其濃度和活性水平，在細胞核與細胞質的穿梭過程中也會影響其活性水平。 此外，經研究發現，SIRT1 的活性表達也會受很多藥物影響， 包括其抑制劑EX-527、白藜蘆醇等。 有研究[8]發現，SIRT1 作為叉頭框（forkhead box，FOXO） 家族轉錄因子中的一種共激活劑， 通過氧化應激發揮功能， 可以有效地促進SIRT1與FOXO 之間相互作用。FOXO 在哺乳動物的心、腦等多種組織細胞內存在， 可被分為四個結構區域， 其中“叉頭區” 與多種疾病發生過程及生理過程密切相關。FOXO1、FOXO6、FOXO4、FOXO3a 是其家族中最主要的四個成員， 能夠參與調節細胞的生存周期以及分化與增值過程，還可以調控生物機體的代謝水平，對損傷的DNA 修復過程至關重要。 FOXO1 與FOXO3a 在與心血管相關的疾病中關系密切，經過磷酸化、泛素化或乙?；冗^程調節，能夠對多種細胞的分化與代謝發揮重要作用[9]。經驗證研究，FOXO1 被認為是SIRT1最主要的底物，其在轉錄過程中會被SIRT1 因子通過去乙?；淖饔盟种芠10,11]。Hsu 等[12]研究發現，SIRT1被激活后，FOXO1 的蛋白表達也會增加， 進而增加MnSOD、Trx1 以及Bcl-xL 蛋白的表達，以此對心肌細胞發揮保護作用， 而通過抑制SIRT1 蛋白的活性，FOXO1 的表達也會降低， 進而加速心肌細胞發生凋亡的過程。

2 SIRT1/FOXO1 通路在OP 中的作用

目前， 越來越多的研究證明發現，SIRT1 可以一定程度地調節破骨細胞的活性進而起到維持骨量的作用，其機制主要集中在某種程度上催化了FOXO 的脫乙?；^程。已有的研究[13]表明，SIRT1 與骨質疏松的發展具有較大的相關性。研究發現白藜蘆醇治療去卵巢OP 大鼠的SIRT1 表達上調， 可以通過激活SIRT1/叉形頭轉錄因子1（forkhead transcription factor 1，FOXO1）信號通路介導抗氧化應激作用進而發揮對OP 的保護作用[14]。 有研究[15]發現，FOXO1 、FOXO3 和FOXO4 被SIRT1 通過去乙?；淖饔脵C制修飾，通過此作用調節上述因子的轉錄活性，上調相關蛋白的表達進而抑制破骨細胞的形成。

3 SIRT1/FOXO1 與成骨細胞/破骨細胞

3.1 SIRT1/FOXO1 與成骨細胞

OP 的發生是因為在機體正常運行過程中， 打破了骨的形成和吸收之間的平衡所導致的，在這一過程中SIRT1 有效參與調節骨代謝。 在機體內骨形成后，其總組蛋白去乙?；敢约敖M蛋白去乙?；? 的活性下降；當成骨細胞發生分化，OCN 作為成骨細胞標志基因， 其蛋白表達被組蛋白去乙?；? 降低；組蛋白去乙?；傅幕钚员灰种苿┯行б种坪?，骨橋蛋白和成骨標志基因ALP 的蛋白表達水平均被升高，最終骨形成速度高于骨吸收的速度，使得骨量增加[16]。研究發現，成骨細胞中的SIRT1 在早期缺失時，會出現OP 的表征，但是觀察結果發現，該表征僅對皮質骨產生影響[17]。 通過刺激β-catenin、FOXO1、RUNX2 蛋白的活性進而促進成骨細胞的分化增加骨形成，發現其體內外的實驗結果一致[18,19]。目前，經過科學工作者的不懈努力， 越來越多的觀點表明，SIRT1 是骨重塑過程中重要的蛋白因子。

3.2 SIRT1/FOXO1 與破骨細胞

破骨細胞是由骨髓來源的巨噬細胞(BMMs)分化而形成的。當生物體內的骨細胞數量生長達到一定的程度時，核因子RANKL 就會被分泌出來進一步促進破骨細胞的分化，但是當體內骨吸收大于骨形成而導致骨的結構被損傷時，破骨細胞會自發的分泌胰島素樣的生長因子反向加速成骨細胞分化，以維持體內的骨平衡[20]。SIRT1 蛋白的有效激活劑白藜蘆醇，通過激活SIRT1 可促進FOXO1 蛋白的表達，進而發揮對OP的保護作用。近年來的研究陸續發現了很多藥品可作為SIRT1 的激活劑，發揮對OP 的保護作用[21,22]。 總結近十年的文獻研究發現， SIRT1 可以作為一種長壽蛋白對延緩人類的衰老以及與衰老相關的疾病至關重要[23,24]。 體外細胞實驗表明，SIRT1 通過抑制NF-KB的表達以及增加FOXO 蛋白的表達，可對破骨細胞的分化發揮抑制作用，從而減少骨吸收，間接增加骨形成[23,25]。

4 氧化應激因子在OP 中發揮著關鍵作用

氧化應激是由于氧化還原系統平衡被機體內過剩的活性氧自由基 （reactive oxygen species，ROS）或者缺乏的抗氧劑所打破，氧化應激可導致很多組織損傷，最終可能會引起生物機體的衰老甚至死亡[26]。 隨著科學技術的進步，有研究[27]表明，氧化應激介導骨吸收與形成的平衡系統，通過直接或間接的方式發揮作用。 研究發現[28]早衰鼠模型顯示出骨質疏松的癥狀與狀態，其原因與氧化應激損傷相關。 在正常機體環境中，常用MDA 和SOD 指標水平判定氧化應激損傷程度。 SOD 是一種在機體氧化和抗氧化平衡系統中起著關鍵作用的抗氧化金屬酶， 能夠有效地清除人體的ROS，從而減少對組織的損害[29]。 氧化應激因子MDA反映機體氧化損傷情況，具有一定的細胞毒性，是機體氧化的最終產物[30]。 ROS 的活性對骨細胞、成骨細胞以及破骨細胞產生和生存有一定的影響。ROS 對骨質疏松的發展起到促進作用，通過刺激破骨細胞的分化， 抑制骨髓間充質干細胞以及成骨細胞的分化過程。最近的調查研究顯示，OP 發生的首要因素是隨著年齡的增長發生的衰老過程以及該過程中產生大量的ROS 所造成的。 此外，伴隨著衰老，雌激素水平會逐漸衰退，最終產生超出體內正常量的ROS。 機體內上述過程發生后，會大大抑制機體的抗氧化能力，這時，年齡大的婦女患絕經后骨質疏松的概率大大增加[31]。研究發現，大鼠進行雙側卵巢切除手術后，其體內的超氧化物水平增加， 而GSH-PX、SOD 和酶性抗氧化劑等水平均降低，通過使用雌激素替代療法會逆轉上述結果[32-33]。綜上所述，氧化應激過程的發生與破骨細胞的分化過程是彼此促進的關系，一旦動物機體的抗氧化防御體系因某種因素受損，就會不斷的在機體內產生惡性循環，最終導致OP 的發生。

5 結論

隨著我國人口老齡化的情況日益嚴重，越來越多的OP 患者被疾病困擾，SIRT1/FOXO1 信號通路已經被發現能夠與多種通路相互作用治療OP， 但是其具體的機制還需要進一步探究，為臨床治療OP 提供不良反應少、效率高的藥物治療方式拓展思路。