Sirtuin基因表达下调会引发线粒体功能障碍，从而导致肝性脑病患者的认知能力下降

《Franklin Open》：Sirtuin downregulation mediates mitochondrial impairment causing cognitive decline in hepatic encephalopathy

肝性脑病（HE）诱导的认知衰退与线粒体功能障碍及Sirtuins调控的HIF-1α/VDAC1轴异常密切相关。通过体外氨中毒SH-SY5Y细胞模型和体内胆总管结扎（BDL）大鼠模型，研究发现HE导致线粒体膜电位下降、氧化应激增强及结构肿胀，并伴随核Sirtuin 1和6显著下调。Sirtuin 1通过抑制HIF-1α转录活性加剧VDAC1表达，而Sirtuin 6缺失则解除对HIF-1α的抑制作用，双重机制导致线粒体功能障碍。药物干预证实Sirtuin 1激活可逆转HIF-1α和VDAC1异常，选择性抑制VDAC1（如VBIT-12）能有效改善细胞线粒体功能。

　　本研究探讨了肝性脑病（Hepatic Encephalopathy, HE）中线粒体功能障碍的分子机制，并重点分析了Sirtuins在调节这一过程中的作用。HE是一种常见的神经精神综合征，通常由肝脏损伤或功能不全引起，其特征是大脑功能的异常，包括认知能力下降、运动协调障碍、意识水平改变以及突触功能受损等。随着对HE机制的深入研究，越来越多的证据表明，线粒体功能障碍是导致这些神经症状的关键因素之一。线粒体不仅是细胞能量代谢的核心，还在维持细胞内氧化还原平衡、钙离子稳态和信号传导等方面发挥重要作用。当肝脏功能受损时，代谢失衡会导致神经毒性物质如氨的积累，进而引发线粒体的结构和功能异常，包括膜电位下降、氧化应激增加以及线粒体肿胀等现象。

在HE模型中，无论是通过体外实验（使用NH?Cl诱导SH-SY5Y细胞模型）还是体内实验（采用胆管结扎，BDL诱导的HE模型），研究均发现线粒体存在显著的异常。这些异常不仅影响了线粒体的结构，还对线粒体的功能造成了深远的影响。例如，膜电位的下降会导致质子梯度的破坏，进而影响氧化磷酸化过程，降低ATP的生成。同时，氧化应激的增加会进一步损害线粒体内的脂质、蛋白质和DNA，导致线粒体功能的全面衰退。此外，线粒体结构的改变，如嵴的紊乱和外膜破裂，也会干扰细胞内的钙离子调节，影响神经元的正常活动。这些线粒体的异常最终导致了HE中观察到的神经功能障碍，如空间记忆能力的显著下降。

研究进一步揭示了Sirtuins在HE线粒体功能障碍中的调节作用。Sirtuins是一类依赖NAD?的组蛋白去乙酰化酶，它们在细胞代谢、应激反应和线粒体功能调控中发挥重要作用。在HE条件下，核内Sirtuins（特别是Sirtuin 1、Sirtuin 6和Sirtuin 7）的表达显著下调，而Sirtuin 2至Sirtuin 5的表达则基本保持不变。这种表达模式的变化提示，Sirtuins在HE中的功能调控可能主要依赖于其在细胞核内的活性。Sirtuin 1的下调导致其对HIF-1α基因启动子的结合能力减弱，从而减少了对HIF-1α的转录抑制作用，使HIF-1α的表达水平升高。HIF-1α的增加进一步促进了VDAC1的转录激活，而VDAC1作为线粒体外膜的主要通道蛋白，其表达水平的升高可能会加剧线粒体的渗透性改变，进而影响细胞的能量代谢和氧化还原平衡。

此外，研究还发现Sirtuin 6的下调会进一步增强HIF-1α的转录活性。Sirtuin 6通过去乙酰化组蛋白标记H3K9和H3K56，参与调控线粒体稳定性。当Sirtuin 6的表达水平下降时，它对HIF-1α的抑制作用减弱，从而导致HIF-1α的表达增加，最终促进VDAC1的表达。这种由Sirtuin 6调控的HIF-1α–VDAC1轴的激活，进一步加剧了线粒体功能障碍。值得注意的是，Sirtuin 7虽然也定位于细胞核，但其作用机制与其他Sirtuins有所不同。它主要通过调控H3K18的乙酰化水平，影响核编码的线粒体基因的表达，从而间接维持线粒体功能。

为了验证这些机制，研究者采用了多种实验手段，包括药理学激活和抑制Sirtuins的策略。例如，使用SRT2104激活Sirtuin 1可以有效降低HIF-1α的表达水平，并减少VDAC1的表达，从而改善线粒体的结构和功能。相反，使用EX-527抑制Sirtuin 1则会导致HIF-1α水平升高，进一步加重线粒体功能障碍。此外，选择性抑制VDAC1的药物VBIT-12能够显著恢复NH?Cl处理后的细胞线粒体完整性，这表明VDAC1在HE线粒体功能障碍中的关键作用。这些实验结果不仅验证了Sirtuins在HE中对线粒体功能的调控作用，也为开发新的治疗策略提供了理论依据。

研究还指出，HIF-1α作为线粒体功能的关键调节因子，在HE中的作用尚未被充分理解。尽管已有研究显示HIF-1α在慢性肝损伤后线粒体病理生理过程中的重要性，但其在HE中对大脑线粒体功能的具体影响仍需进一步探索。通过本研究，我们发现HIF-1α的表达水平在HE模型中显著升高，并且这种升高与Sirtuins 1和Sirtuins 6的表达变化密切相关。这提示，HIF-1α可能在HE的神经功能障碍中扮演着双重角色：一方面，它可能通过促进VDAC1的表达来影响线粒体的渗透性；另一方面，它也可能通过调节其他线粒体相关基因的表达来影响细胞的能量代谢和氧化还原平衡。

本研究的发现不仅有助于深入理解HE的发病机制，还为未来针对线粒体功能障碍的治疗策略提供了新的思路。通过调控Sirtuins的表达或活性，可能能够有效干预HIF-1α和VDAC1的表达水平，从而改善线粒体功能，缓解HE引起的神经症状。例如，Sirtuins 1和Sirtuins 6的激活可能成为一种潜在的治疗手段，而VDAC1的抑制则可能作为另一种干预策略。这些策略的有效性需要在更多的实验研究中进行验证，特别是在动物模型和临床试验中。

此外，研究还强调了Sirtuins在不同细胞类型和组织中的作用差异。例如，Sirtuins 1和Sirtuins 6主要定位于细胞核，而Sirtuins 2至Sirtuins 5则可能在细胞质或线粒体中发挥不同的功能。这种亚细胞定位的差异可能解释了为什么某些Sirtuins在HE中的表达变化更为显著，而其他则相对稳定。进一步的研究可以聚焦于不同Sirtuins在HE中的具体作用机制，以及它们如何协同或拮抗地影响线粒体功能。

总的来说，本研究通过体外和体内实验，揭示了HE中线粒体功能障碍的分子机制，并明确了Sirtuins在其中的调节作用。研究发现，Sirtuins 1和Sirtuins 6的表达下调是HE中线粒体功能障碍的重要上游因素，而HIF-1α和VDAC1则作为关键的下游效应分子，参与调控线粒体的结构和功能。这些发现不仅为HE的发病机制提供了新的视角，也为未来的治疗策略奠定了基础。未来的研究可以进一步探索Sirtuins与其他线粒体相关蛋白之间的相互作用，以及它们在不同神经疾病中的潜在作用。同时，开发针对Sirtuins的新型药物或干预手段，可能为改善HE患者的神经功能提供新的希望。