Sirtuin 1 缺陷介导慢性肾脏病诱导的炎症性衰老心血管钙化

《Molecular Biomedicine》：Sirtuin 1 deficiency mediates chronic kidney disease-induced inflammaging cardiovascular calcification

　　

慢性肾脏病（CKD）显著加速钙化性主动脉瓣疾病（CAVD），但其潜在机制和治疗靶点仍未明确。在此，研究人员整合人群规模分析、单细胞转录组学、遗传推断和功能实验，以确定Sirtuin 1（SIRT1）在CKD相关主动脉瓣钙化中的核心作用。对英国生物银行（UK Biobank）数据的分析将CKD与加速衰老和主动脉瓣狭窄风险增加联系起来。对人主动脉瓣的单细胞RNA测序（scRNA-seq）发现，SIRT1下调及NLRP3通路激活特异性存在于肌成纤维细胞瓣膜间质细胞（VICs）中，同时伴有增强的衰老和成骨程序。一致地，遗传分析（包括基于表达数量性状位点（eQTL）的孟德尔随机化（MR））支持SIRT1表达与CAVD风险之间的负相关。SIRT1缺陷与糖酵解增强、NF-κB激活增加及NLRP3炎症小体信号增强相关，并伴有VICs的成骨分化和钙化增强。NLRP3的药理学或遗传学抑制在体内减弱了瓣膜钙化，确立了SIRT1-NF-κB-NLRP3轴作为连接CKD与CAVD的关键通路。最后，对抗糖尿病化合物的筛选发现司美格鲁肽（semaglutide）是一种有效的调节剂，可恢复SIRT1/NLRP3平衡，并在体外和体内减轻钙化。这些发现定义了CKD诱导的CAVD背后的代谢-炎症耦合机制，并强调了SIRT1作为治疗靶点。调节SIRT1-NLRP3轴，特别是通过司美格鲁肽，可能代表着预防瓣膜钙化的有前景策略。

**论文解读：SIRT1缺陷介导慢性肾脏病诱导的炎症性衰老心血管钙化**

**研究背景**
钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）是老年人常见的瓣膜病变，可导致主动脉瓣狭窄，进而引发心脏肥厚和心力衰竭。慢性肾脏病（CKD）显著加速CAVD的进展，CKD患者出现主动脉瓣钙化的时间比普通人群提前10-20年。然而，CKD促进瓣膜钙化的分子机制尚不完全清楚。既往研究多关注血管钙化，而对瓣膜钙化的机制研究较少。CKD常伴随钙磷代谢紊乱、炎症状态和衰老相关改变，这些因素可能共同促进瓣膜间质细胞（VICs）的成骨转分化。Sirtuin 1（SIRT1）是一种NAD⁺依赖的核去乙酰化酶，参与长寿、代谢稳态和细胞衰老保护，其通过去乙酰化RELA/NF-κB p65抑制促炎细胞因子表达，并调节炎症性衰老。在血管钙化中，SIRT1下调与钙化重塑相关，而SIRT1激活可保护线粒体稳态并减轻钙化。但SIRT1是否介导CKD诱导的主动脉瓣钙化，以及其在VICs中的下游炎症和代谢机制，尚待阐明。该研究旨在整合人群数据分析、单细胞转录组学、遗传学推断和功能实验，揭示SIRT1在CKD相关主动脉瓣钙化中的核心作用，并探索潜在治疗策略。该论文发表在《Molecular Biomedicine》。

**关键技术方法**
研究人员利用英国生物银行（UK Biobank）队列（n=275,599）进行流行病学分析，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析来自CKD患者和对照的主动脉瓣组织（各3例），通过表达数量性状位点（eQTL）孟德尔随机化（MR）进行遗传因果推断，并构建多种基因编辑小鼠模型（包括Apoe^-/-、Sirt1^+/-Apoe^-/-、肌成纤维细胞特异性Sirt1敲除/过表达小鼠）及5/6肾切除CKD模型，结合体外VICs培养、高磷酸盐诱导钙化模型、Seahorse代谢分析、高通量抗糖尿病药物筛选（148种化合物）等。

**研究结果**

**CKD促进衰老表型和主动脉瓣钙化**
通过UK Biobank数据分析，发现CKD患者表现出更老的生物年龄（PhenoAge、Immuneage、Proteinage），且主动脉瓣狭窄（AS）发生年龄更早。血浆蛋白质组学显示CKD患者衰老相关生物标志物升高，尤其在合并AS的患者中更显著。随着CKD分期进展，AS的比值比显著增加，且血肌酐水平与AS风险呈正相关。在Apoe^-/-小鼠CKD模型中，超声显示跨瓣峰值流速增加，von Kossa染色显示钙化沉积增多，p16免疫荧光增强，表明CKD促进主动脉瓣衰老和钙化。

**CKD患者和Apoe^-/-小鼠中SIRT1表达降低**
scRNA-seq分析发现，CKD钙化主动脉瓣中VICs的肌成纤维细胞亚群占比增加，且该亚群中SIRT1表达显著降低，同时衰老和成骨相关通路（如细胞衰老、NLRP3通路）上调。轨迹分析显示，静息VICs向肌成纤维细胞VICs转变，并伴随成骨基因（ACTA2、BGLAP、COL1A1、RUNX2）和衰老基因（ALPL、CDKN2A）升高。蛋白质印迹和免疫荧光证实，CKD患者钙化瓣膜和CKD小鼠瓣膜中SIRT1蛋白水平显著降低，且与血肌酐、尿酸、尿素氮水平呈负相关。体外高磷酸盐处理VICs也降低SIRT1表达，同时增加ALP和RUNX2。

**SIRT1遗传变异与CAVD风险相关**
大规模GWAS（n=13,118，含832例AS病例）显示SIRT1基因的430个变异与AS名义相关（P<0.05）。eQTL-MR分析表明，瓣膜相关组织中SIRT1表达与AS发生风险呈负相关，支持高SIRT1表达延缓AS进展。

**SIRT1干预影响体内外主动脉瓣钙化和衰老**
在CKD小鼠模型中，Sirt1^+/-Apoe^-/-和肌成纤维细胞Sirt1敲除（Sirt1mfKO）小鼠的跨瓣峰值流速、钙化面积、Runx2和p16表达均高于Apoe^-/-CKD小鼠，而Sirt1过表达（Sirt1mfOV）和SIRT1激动剂白藜芦醇处理组则相反。血浆炎症因子（IL-1β、IL-18等）水平在SIRT1缺陷组升高，在SIRT1激活组降低。体外实验显示，SIRT1沉默增强高磷酸盐诱导的钙结节、ALP活性和β-半乳糖苷酶（β-gal）染色，而SIRT1上调则抑制这些变化。

**NLRP3炎症小体介导SIRT1缺陷对CKD诱导主动脉瓣钙化的影响**
scRNA-seq分析显示，SIRT1低表达的肌成纤维细胞亚群中NOD样通路（特别是NLRP3通路）显著激活，SIRT1表达与NLRP3通路评分呈负相关。免疫荧光和蛋白质印迹证实SIRT1缺陷小鼠瓣膜和SIRT1沉默VICs中NLRP3表达升高。在Sirt1^+/-Apoe^-/-CKD小鼠中，NLRP3抑制剂MCC950治疗显著降低跨瓣峰值流速、钙化面积和Runx2表达。Nlrp3^-/-Apoe^-/-CKD小鼠同样显示瓣膜钙化减轻。体外NLRP3 siRNA抑制高磷酸盐诱导的钙结节和ALP活性。eQTL-MR分析表明，NLRP3表达与AS风险呈正相关。

**SIRT1通过抑制糖酵解诱导的NF-κB通路抑制高磷酸盐相关NLRP3炎症小体激活**
多组学分析（转录组和代谢组）显示，SIRT1沉默VICs中糖酵解通路显著富集，糖酵解产物L-乳酸和3-磷酸甘油酸升高。Seahorse分析表明，SIRT1沉默降低最大呼吸能力和ATP合成，增强糖酵解依赖；SIRT1激动剂SRT1720则抑制糖酵解并促进氧化磷酸化。SIRT1沉默促进P65磷酸化，而SRT1720降低P65磷酸化。氧化磷酸化抑制剂鱼藤酮增强P65磷酸化及RUNX2和NLRP3表达，提示SIRT1通过抑制糖酵解依赖性NF-κB通路来抑制NLRP3激活。

**抗糖尿病化合物筛选发现司美格鲁肽减轻CKD诱导的主动脉瓣钙化**
对148种抗糖尿病化合物进行高内涵筛选，发现6种化合物能同时降低NLRP3并升高SIRT1表达，其中司美格鲁肽效果最佳。通过浓度梯度实验和LOESS回归确定最佳浓度为118.182 nM，该浓度下SIRT1/NLRP3比值达1.988。在Apoe^-/-CKD小鼠中，司美格鲁肽（60 μg/kg/天，皮下注射4周）显著降低跨瓣峰值流速、钙化沉积和Runx2表达。SIRT1敲除（siRNA或Sirt1mfKO）可消除司美格鲁肽的保护作用，表明其效果依赖SIRT1。

**讨论与结论**
研究整合单细胞转录组学、人类遗传学和功能实验，揭示SIRT1是连接CKD代谢紊乱与炎症激活的中心调节因子。SIRT1缺陷驱动VICs中代谢-炎症重编程，促进糖酵解、NF-κB和NLRP3激活，最终导致成骨分化和钙化。这种代谢-炎症耦合将CKD相关的炎症性衰老与瓣膜病进展联系起来。遗传和药理学证据（包括司美格鲁肽干预）进一步支持SIRT1-NLRP3轴作为潜在治疗靶点的功能相关性。研究存在局限性，包括UK Biobank数据的观察性本质、单细胞测序样本量有限、可能存在的其他通路、司美格鲁肽需临床验证、以及SIRT1在瓣膜内皮细胞与间质细胞中的时空特异性作用仍需阐明。
**结论：** 本研究的新发现表明，SIRT1缺陷可能促进CKD诱导的主动脉瓣钙化，进而导致NF-κB和NLRP3激活，从而促进VICs的成骨分化和钙结节形成。司美格鲁肽补充可通过恢复SIRT1生物利用度减轻CKD小鼠中高磷血症诱导的主动脉瓣钙化。司美格鲁肽可能代表CKD患者主动脉瓣钙化的潜在预防策略。