 Immunology Studies免疫学研究, 2013, 1, 7-10 http://dx.doi.org/10.12677/is.2013.12002 Published Online August 2013 (http://www.hanspub.org/journal/is.html) Immunomodulation and Mechanism of Protein Deacetylase SIRT1* Yan Zhang1,2,3, Zhengguo Zhang2,3, Limei Han1#, Guangwei Liu2,3# 1College of Animal Science and Veterinary Medicine, Shenyang Agricultural University, Shenyang 2Department of Immunology, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 3Biotherapy Research Center, Fudan University, Shanghai Email: #limeihan@hotmail.com, #liugw@fudan.edu.cn Received: Sep. 17th, 2013; revised: Oct. 22nd, 2013; accepted: Oct. 25th, 2013 Copyright © 2013 Yan Zhang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Different kinds of lymphocytes could be involved in the innate immunity and adaptive immunity. Silent mat- ing type information regulation 2 homolog 1 (SIRT1) is a Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD)-dependent pro- tein deacetylase, which plays a critical role in life span and metabolism. Recently, the immune functional studies of SIRT1 have become a hot spot in immunological field. This review only summarizes the modulation of SIRT1 on both innate immunity and adaptive immunity and its molecular mechanism. Keywords: SIRT1; Macrophages; T Cells; Immune Modulation 蛋白去乙酰基酶 SIRT1 的免疫调节效应及机制* 张 妍1,2,3，张正国 2,3，汉丽梅 1#，刘光伟 2,3# 1沈阳农业大学畜牧兽医学院，沈阳 2复旦大学上海医学院免疫学系，上海 3复旦大学生物治疗中心，上海 Email: #limeihan@hotmail.com, #liugw@fudan.edu.cn 收稿日期：2013 年9月17 日；修回日期：2013年10 月22 日；录用日期：2013年10 月25 日 摘 要：机体免疫分为天然免疫和适应性免疫，分别由不同的免疫细胞介导。SIRT1 (silent mating type information regulation 2 homolog 1)是一种具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide, NAD)依赖性的蛋 白去乙酰基酶活性的转录调节因子，在细胞寿命和机体代谢中发挥重要作用。近年来，SIRT1 在免疫中的调控 作用逐渐为研究者所重视。本文仅就 SIRT1 在天然免疫和适应性免疫中的调控效应及分子机制做一简要综述。 关键词：SIRT1；巨噬细胞；T细胞；免疫调节 1. 引言 SIRT1 首次在酵母中发现，是一种烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸 1依赖的 III 型蛋白/组蛋白脱乙酰基酶，包 含一个组蛋白去乙酰基酶位点，一个核定位序列和卷 曲螺旋样区域。SIRT1 在心脏，大脑和骨骼肌中高表 达而在肾和肺中低量表达[1]。众所周知，组蛋白的去 磷酸化能够使核小体中的染色质“关闭”从而抑制基 因的转录。而组蛋白的乙酰化能够使核小体中的染色 质“开放”并且增加基因转录。在体外的研究中发现， SIRT1 使许多蛋白包括组蛋白 H1, H3, H4去乙酰化并 能调节异染色质的形成，凋亡和DNA 修复[2]。此外， *国家自然科学基金项目(No. 31171407；81273201)、上海市科委基础 研究重点项目(No. 12JC1400900)、上海市教委科研创新重点项目(No. 14ZZ009)和中国科学院优秀青年科技基金(No. KSCX2-EW-Q-7-1)。 #通讯作者。 Open Access 7  蛋白去乙酰基酶 SIRT1的免疫调节效应及机制 SIRT1 还可以许多非组蛋白作为底物[3]。由于它能够 使大量的底物去乙酰化，在众多的生理过程如老化、 代谢和凋亡中起重要作用。SIRT1 的活化能够缓解小 鼠的代谢疾病：肥胖或能量限制饲养的小鼠体内 SIRT1 被高浓度的丙酮酸盐活化，促进肝脏葡萄糖的 生成并抑制葡萄糖的利用。SIRT1 缺失的小鼠比野生 型小鼠要小的多，并呈现出显著的视网膜和心脏发育 缺陷，而且雌雄小鼠不孕不育[4]。Figarska 等指出 SIRT1 的去乙酰基酶活性不仅能够调节低等动物的生 理活动和生命周期，在人类也有重要作用，并且认为 其能预防疾病并预测人类寿命[5]。目前，SIRT1在机 体免疫中的作用逐渐成为研究热点，大量的研究证明 SIRT1 能够调节天然免疫和适应性免疫应答。本文仅 对SIRT1 对免疫系统的调控作用及其信号通路做以简 要综述。 2. SIRT1在天然免疫中的作用 巨噬细胞是一种重要的具有代表性的天然免疫 调节细胞，其通过分泌多种促炎因子，如 TGF-β、IL-1、 IFN-γ，在炎症疾病等天然免疫防御过程中发挥重要作 用。巨噬细胞通常被分为两类：M1 型和 M2型。有 趣的是这两种巨噬细胞发挥着相反的免疫作用[6]。内 毒素和干扰素γ介导的M1型巨噬细胞反应分泌促炎 细胞因子，如 IL-12、TNF-α、IL-1β、IL-23、IL-6， 产生 I型免疫应答。相反的是，低水平的内毒素能够 诱导巨噬细胞内毒素耐受，从而促使 M2 型巨噬细胞 极化，产生抑炎细胞因子如 IL-10、TGF-β，缓解 I型 免疫反应和适应性免疫[7]。近年来，研究显示，营养 代谢与免疫调节效应密切相关联。研究发现，在不同 的巨噬细胞表型中能量代谢和炎症存在联系，在肥胖 引起的炎症中浸润的巨噬细胞增多[8,9]。M1 型巨噬细 胞通过糖酵解产生能量，而M2 型巨噬细胞通过氧化 呼吸获得能量[10]。实验结果证明 M2 型倾向的巨噬细 胞表达更多的SIRT1，而肥胖程度的增加使巨噬细胞 由M2 型向 M1型转化[11,12]。另外，SIRT1-/-小鼠M1 型巨噬细胞在脂肪组织的募集增加，而 M2 型巨噬细 胞数量减少[13]。Yoshizaki, T等人发现当巨噬细胞细胞 系RAW264.7和腹腔巨噬细胞敲除SIRT1 后，LPS 刺 激产生的 TNF-α增多，因而证明了 SIRT1 抑制LPS 诱 导的炎症反应和 TNF-α的分泌[14]。SIRT1-/-小鼠的 脂肪组织中巨噬细胞的浸润减少和炎症因子的表达 下降，巨噬细胞的分化也被抑制[15]。而用 LPS、乙酰 胆碱等刺激 Kupffer cell line 1 (RKC1)和小鼠 RAW264.7 细胞系时，SIRT1 的转录、翻译和活化降 低[16]。另外，SIRT1 能够调控树突状细胞的功能和Th2 型免疫反应。在小鼠气道过敏模型中，通过药物抑制 SIRT1 破坏了获得性 Th2 型免疫反应和继发过敏性炎 症而干扰了肺树突状细胞的功能[17]。 3. SIRT1对天然免疫细胞的调控机制 NF-κB是天然免疫系统的重要调控者，乙酰化的 NF-κB能够介导炎症。研究发现NF-κB和SIRT1 信号 途径的对抗关系(图1)。SIRT1 使NF-κB的p65 亚基 的赖氨酸 310 去乙酰化，抑制NF-κB活化和 LPS 诱 导的细胞因子表达。相反的，NF-κB信号和免疫反应 抑制 SIRT1 的活性。再者，NF-κB刺激糖酵解代谢而 SIRT1 促进有氧呼吸，这两种因子在能量代谢中的不 同作用影响炎症的发生过程。NF-κB信号激活急性免 疫防御反应，而这种反应需要通过糖酵解迅速产生能 量。另一方面，炎症的缓解需要使 NF-κB沉默然后刺 激氧化代谢过程，而这一过程需要SIRT1活化。磷酸 腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)能够负向调控脂类介导的炎症，这种炎症通过 SIRT1 发挥作用，导致对肥胖、炎症和胰岛素的防 御[18]。研究者发现 AMPK 使SIRT1 活化继而抑制巨 噬细胞炎症，提示 AMPK/SIRT1使NF-κB去乙酰化 而负向调控NF-κB信号途径[9]。 4. SIRT1在适应性免疫中的作用 SIRT1 在所有组织中都表达，但在胸腺中最为丰 富，特别是 CD4+CD8 +T淋巴细胞，提示SIRT1 可能 对T细胞具有调控作用。SIRT1 有助于维持T细胞外 周免疫耐受，许多自反应性T细胞在胸腺发育的阴性 选择中消失，但是也会有一些自反应T细胞在外周出 现。使外周自反应T细胞失活的另一机制是外周免疫 耐受，而外周免疫耐受的减退被认为是自身免疫的重 要机制[19]。研究人员发现 SIRT1 是导致外周CD4+T 细胞免疫耐受的无反应性因子。SIRT1-/-小鼠能够提高 免疫反应性并失去维持对自身抗原的外周免疫耐受， 发生严重的实验性过敏性脑脊髓炎和自身免疫[20]。 另外，SIRT1 也可以调节 T细胞稳态和不同 T细 Open Access 8  蛋白去乙酰基酶 SIRT1的免疫调节效应及机制 Figure 1. SIRT1 regulates innate immunity 图1. SIRT1调节天然免疫 胞亚群分化，从而有助于机体 免疫耐受维持 。SIRT1 敲除的 CD4+CD8+胸腺 T细胞对 γ干扰素诱导的凋亡 更加敏感[21]。白藜芦醇抑制体外 T细胞的增殖和细胞 因子的产生[22]，它通过诱导淋巴细胞凋亡下调免疫功 能，并且下调抗原提呈细胞的功能[23,24]。调节性T细 胞(regulatory T cells, Treg)是一群特殊的T淋巴细胞， 能够维持自身耐受，对器官移植和自身免疫的调节有 重要作用。Treg 中叉头蛋白P3 (fork head P3, Foxp3) 蛋白的稳定表达对于平衡免疫反应至关重要，它的活 性受可逆的乙酰化调节。SIRT1 可使 Foxp3 去乙酰化， 促进它的分解并抑制Treg 的活性。特异性敲除小鼠下 丘脑 SIRT1 能够通过调节交感神经系统，增加 Th1 和 Th17 促炎细胞因子的释放，促进CD4+ T细胞活化， 这些现象都与胸腺产生Foxp3 受损有关。特别是调节 性T细胞在外周的抑制能力减弱，导致迟发型超敏反 应增加和自身免疫疾病的敏感[25]。当用 SIRT1 抑制剂 Ex-527 处理 Treg 时Foxp3 的表达量增加，而且van Loosdregt等人也证明抑制 SIRT1 能够增加 Foxp3 的 转录活性[26]。与此相一致的是，CD4+ T 细胞或 Foxp3+ Treg 特异敲除 SIRT1 使主要组织相容性复合体不匹配 的心脏移植小鼠存活时间延长，同样在SIRT1 抑制剂 Ex-527 处理的野生型移植物受体中得到了相似的结 果[27]。在 CD8+ 效应T细胞分化的研究中，SIRT1 的 转录活性被 BATF 与c-jun 抑制，T-bet的表达量和 ATP 产生量增加，从而促进效应 T细胞的分化和细胞存活 [28]。另外，在人类单核细胞来源的树突细胞研究中， SIRT1 调节 IL-12p70 和IL-23 的平衡，而 IL-12p70 和 IL-23 分别参与 Th1 和Th7 型免疫反应的发展[29]。 5. SIRT1对适应性免疫的调控机制 转录因子 AP-1通常由 c-Jun 二聚体或 c-Jun/Fos 异二聚体构成，被认为是 T细胞克隆无反应性的靶点。 c-Jun 需要乙酰化才能活化，在活化的 CD4+T细胞中， c-Jun 高度乙酰化，而在无反应性 T细胞中c-Jun 乙酰 化消失。SIRT1 通过抑制 c-Jun 乙酰化来维持 T细胞 无反应性，而这一过程与 JNK无关。因此，SIRT1 抑 制T细胞 AP-1 的转录活性，并且过表达的 SIRT1 以 一种剂量依赖的方式抑制其转录活性[20]。有趣的是， BATF 与c-Jun一起在转录水平上抑制NAD+依赖性 SIRT1 的表达，导致 T-bet 位点乙酰化增加和胞内 NAD+增多。而当 AP-1基序突变时，启动子活性降低 并破坏 c-Jun 和BATF 对SIRT1的抑制作用。这说明 SIRT1启动子上的 AP-1 基序是其转录的关键，并被 c-jun 和BATF 调控[28]。 6. 结语 大量的研究证实，最初被定义为代谢调节者的 SIRT1 在免疫中也发挥作用。这个发现使代谢和免疫 之间架起桥梁。在天然免疫中，SIRT1 通过负向调控 NF-κB信号途径抑制糖酵解途径而促进细胞有氧呼 吸，从而影响着巨噬细胞的分化。在适应性免疫中， SIRT1 通过使 c-jun 去乙酰化来抑制T细胞 AP-1 的转 录活性，进而维持T细胞自身免疫耐受，并调节 T细 胞不同亚群的发育分化。因此，目前有许多新药的研 发都聚焦于控制SIRT1的表达治疗炎症和代谢疾病， 如SIRT1 的激活剂白藜芦醇和抑制剂 Ex-527 等。但 由于 SIRT1 在多种组织器官中均有表达，如何更有针 对性的使用其抑制剂或激活剂来治疗疾病仍是我们 研究的重点。 参考文献 (References) [1] Afshar, G. and Murnane, J.P. (1999) Characterization of a human gene with sequence homology to Saccharomyces cerevisiae SIR2. Gene, 234, 161-168. [2] Vaquero, A., Scher, M., Lee, D., et al. 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