Sirt3-flox 基因敲除小鼠

Sirt3，也称为Sirtuin 3，是一种重要的线粒体NAD+依赖性脱乙酰酶。线粒体是真核细胞中的细胞器，负责能量代谢和细胞呼吸。Sirt3通过脱乙酰化线粒体蛋白来调节线粒体功能，维持细胞能量代谢和氧化还原平衡。Sirt3的表达和活性在多种生理和病理过程中发挥重要作用，包括衰老、代谢应激、炎症和癌症等。

Sirt3的活性受多种因素调控。例如，SUMO化可以抑制Sirt3的催化活性，而SUMO特异性蛋白酶SENP1可以去除Sirt3的SUMO化，从而激活Sirt3。在代谢应激的情况下，如禁食，SENP1在线粒体中积累，并迅速去除Sirt3的SUMO化，从而激活Sirt3，促进线粒体代谢适应[1]。此外，Sirt3的活性还受到NAD+水平的影响。NAD+是Sirt3的底物和激活剂，其水平的变化可以影响Sirt3的活性。

Sirt3在多种生物学过程中发挥重要作用。例如，Sirt3可以促进线粒体融合，抑制线粒体分裂，维持线粒体形态和功能的稳定。Sirt3还可以通过脱乙酰化线粒体蛋白来调节线粒体代谢，如脂肪酸氧化和三羧酸循环等。此外，Sirt3还可以通过调节线粒体自噬来清除损伤的线粒体，维持线粒体质量。

Sirt3在多种疾病中发挥重要作用。例如，Sirt3可以抑制细胞衰老，维持细胞稳态。研究发现，Sirt3在衰老的人骨髓间充质干细胞（hMSCs）中表达下调。通过CRISPR/Cas9技术敲除Sirt3基因可以导致hMSCs的核完整性受损，异染色质丢失和加速衰老。进一步分析表明，Sirt3与核被膜蛋白和异染色质相关蛋白相互作用。Sirt3缺乏导致基因组核层相关结构域（LADs）从核层分离，增加染色质可及性和异常重复序列转录。重新引入Sirt3可以挽救紊乱的异染色质和衰老表型[2]。

Sirt3还可以通过调节炎症反应来影响疾病的发生和发展。研究发现，Sirt3缺陷导致NLRC4炎症小体激活受损，细胞焦亡减少。Sirt3与NLRC4相互作用并脱乙酰化NLRC4，促进其激活。此外，Sirt3还参与M2巨噬细胞的极化，通过促进谷氨酰胺分解来增加α-酮戊二酸（αKG）的产生，从而促进M2巨噬细胞的极化[3,6]。

Sirt3还可以抑制肿瘤的发生和发展。研究发现，Sirt3在胆管癌（GBC）患者中的表达水平低于相邻的正常组织。Sirt3的表达水平与GBC患者的总体生存率相关。敲低GBC细胞系中的Sirt3基因可以诱导线粒体呼吸和能量代谢，但抑制氧化应激。沉默Sirt3基因还抑制了AKT依赖性细胞焦亡，这是一种铁依赖性和脂质过氧化物介导的细胞死亡。阻断AKT活性在sh-SIRT3细胞中诱导了ACSL4表达，从而促进细胞焦亡，并抑制上皮-间质转化（EMT）标志物和侵袭性。相反，SIRT3的过表达导致线粒体代谢和EMT的相反效果。最后，将sh-SIRT3细胞移植到裸鼠中导致肿瘤快速生长和较大的肿瘤，这些肿瘤表达的E-钙粘蛋白和脂质过氧化产物4-羟基壬烯醛（4-HNE）比对照组肿瘤低[4]。

Sirt3还可以影响心脏功能。研究发现，糖尿病心肌细胞中线粒体AGO2（Argonaute2）的表达降低。过表达线粒体AGO2可以减轻糖尿病诱导的心脏功能障碍。AGO2招募TUFM，一种线粒体翻译延伸因子，以激活电子传递链（ETC）亚基的翻译，并减少活性氧（ROS）。丙二酰化，AGO2的一种翻译后修饰，降低了糖尿病心肌病中线粒体AGO2的输入。AGO2丙二酰化由细胞质定位的SIRT3短亚型通过一种先前未知的脱丙二酰化功能调节。这些发现揭示了SIRT3-AGO2-CYTB轴将葡萄糖毒性连接到心脏ETC失衡，为糖尿病心肌病提供了新的机制见解和开发线粒体靶向疗法的基础[5]。

Sirt3还可以影响卵巢衰老。研究发现，Sirt3在卵巢中的表达随着年龄的增长而下降，但在睾丸中没有变化。通过CRISPR/Cas9技术敲除Sirt3基因可以导致卵巢衰老加速，表现为后代数量减少、卵泡储备和卵母细胞标志物（Bmp15和Gdf9）减少，以及衰老和炎症相关基因（p16、p21、Il-1α和Il-1β）的表达增加。Sirt3缺乏导致超氧化物积累和纺锤体组装受损，伴随着卵巢细胞中线粒体功能障碍（不均匀的线粒体分布、线粒体膜电位降低以及线粒体DNA含量减少）。同时，在Sirt3敲除小鼠的卵巢中，受损的线粒体功能表现为线粒体呼吸复合物减少，以及线粒体融合（OPA1、MFN2）和分裂（DRP1、FIS1）蛋白水平降低。有趣的是，Sirt3敲除雄性小鼠的睾丸组织学、血清睾酮水平、精原细胞的增殖和分化以及减数分裂I期精母细胞均无变化。Sirt3敲除睾丸中的超氧化物、线粒体膜电位以及线粒体编码基因的表达均未改变。总的来说，结果表明SIRT3在维持衰老小鼠的卵巢卵泡储备和卵母细胞质量方面发挥着重要作用[7]。

Sirt3还可以影响T细胞记忆的发育。研究发现，葡萄糖限制激活了AMPK偶联的SENP1-Sirt3信号传导，以促进T细胞记忆的发育。SENP1-Sirt3信号传导增强了Sirt3的脱乙酰酶活性，促进了氧化磷酸化和线粒体融合。机制上，SENP1激活了T细胞线粒体中Sirt3的脱乙酰酶活性，导致线粒体金属蛋白酶YME1L1的乙酰化减少。因此，YME1L1的去乙酰化抑制了其对OPA1的切割活性，以促进线粒体融合，这导致T细胞存活并促进T细胞记忆的发育。还表明，糖酵解中间体果糖-1,6-二磷酸（FBP）作为负调节因子抑制了AMPK介导的SENP1-Sirt3轴的激活，并减少了记忆的发展。此外，葡萄糖限制减少了FBP的产生，并在T细胞记忆发育期间激活了AMPK。这些数据表明，葡萄糖限制激活了AMPK和随后的SENP1-Sirt3信号传导，以促进T细胞记忆的发育[8]。

Sirt3在多种生物学过程中发挥重要作用，包括衰老、代谢应激、炎症和癌症等。Sirt3的活性受多种因素调控，包括SUMO化、SENP1、NAD+水平等。Sirt3可以影响线粒体形态和功能、线粒体代谢、线粒体自噬、炎症反应、心脏功能、卵巢衰老和T细胞记忆发育等。Sirt3的研究有助于深入理解线粒体功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。