衰老过程伴随着代谢的重塑和代谢小分子缓冲池（Metabolite Pool）的失衡，代谢小分子和表观修饰酶的变化驱动了表观修饰的重塑和衰老的发生。细胞内代谢物（如NAD+）的失调是血管衰老的重要风险因素。其中，NAD+可以作为翻译后修饰的辅助因子，通过Sirtuin家族和PARP参与生理和病理过程。Sirtuin家族是调节代谢、寿命和心血管疾病的去酰基化酶家族，然而它们在血管衰老中的作用仍有待确定。
2023年，中国医学科学院陈厚早研究员、四川大学唐小强副研究员和济宁医学院闫波教授合作在European Heart Journal（IF：32.4）杂志上发表题目为“Sirtuin 2 deficiency aggravates ageing-induced vascular remodelling in humans and mice”的文章。
该研究将国自然三大热点“衰老、血管重塑和氧化应激”结合起来，通过荧光染色、K-W检验等实验探讨细胞质去乙酰化酶sirtuin2（SIRT2）在衰老诱导的血管重构中的作用和潜在机制，发现了一种以前未被认识到的表观遗传调节剂SIRT2在年龄依赖性血管衰老中的作用。
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37377116/
主要内容
1. Sirt2缺乏会加剧衰老引起的血管功能障碍和重构
为了探究Sirtuin在血管老化中的潜在作用，作者使用GTEx数据库进行转录组分析，并通过实时定量PCR加以验证，发现Sirt2在人类主动脉的Sirtuin中基础表达水平最高，在小鼠主动脉中也具有最高的基础表达水平（图1A-C）。探究年轻小鼠和老年小鼠主动脉中Sirt2的酶活性，发现老年小鼠主动脉中Sirt2的活性比年轻小鼠低，而Sirt2 mRNA水平是相似的（图1D-F）。Western blot和免疫荧光染色显示衰老的主动脉和血管平滑肌细胞（VSMCs）中Sirt2蛋白水平显著降低（图1G-H）。
图1
为了评估Sirt2对血管功能的影响，作者测量衡量动脉硬度的一种指标——脉搏波速度（PWV），发现老龄WT小鼠的PWV值显著升高，老龄Sirt2-KO小鼠的PWV值进一步升高，表明Sirt2缺乏加剧了衰老引起的动脉硬度升高（图2A）。
进行解剖学和组织学分析以测试老年Sirt2-KO小鼠血管功能障碍的恶化是否与血管重塑有关。与年轻的WT小鼠相比，老年小鼠的主动脉重量与体重（AW/BW）比率增加（图2E）。发现Sirt2-KO促进了衰老引起的AW/BW比率的增加。基质金属蛋白酶（MMP、MMP2和MMP9）对于血管重塑和衰老至关重要，Sirt2-KO促进小鼠主动脉中衰老诱导的MMP2和MMP9过度表达（图2I-J），表明SIRT2可能调节MMP参与年龄依赖性血管重塑和僵化。
图2
2. Sirt2通过对p66Shc的去乙酰化来调控氧化应激
为了进一步阐明Sirt2在血管老化中作用的机制，作者对WT和Sirt2-KO小鼠衰老主动脉进行转录组分析分析，结果显示老龄小鼠在Sirt2缺失后，主动脉中与年龄依赖性动脉疾病（如动脉粥样硬化和动脉动脉瘤）相关的基因集富集，表明Sirt2调节参与年龄依赖性动脉疾病的基因特征（图3A）。GO分析显示，Sirt2的缺失导致氧化应激相关基因的富集（图3B-C），表明Sirt2可能通过调节氧化还原系统影响与年龄相关的动脉疾病。
为了验证这一发现，进行免疫荧光染色，发现敲除Sirt2增加了衰老诱导的小鼠主动脉中总超氧化物（DHE）和线粒体超氧化物的上调（图3D-E）。另外，利用氧化应激诱导剂血管紧张素II（Ang II）和特异性Sirt2抑制剂AGK2进行挽救实验，也得到了相似的结论（图3F-G）。
图3
已有研究表明，Sirt2调节组蛋白和非组蛋白的赖氨酸修饰，并且在应激条件下调节组蛋白乙酰化、巴豆酰化和苯甲酰化，因此测量了这些指标在老龄WT和Sirt2-KO小鼠主动脉中的表达水平，发现Sirt2间接调节血管相关基因的转录（图4A）。Western blot显示Sirt2缺失不影响老龄小鼠主动脉中p66Shc总蛋白水平，但可以显著上调p66Shc磷酸化，从而促进p66Shc线粒体的易位和氧化应激（mROS）（图4B）。在主动脉平滑肌细胞（ASMC）中，Sirt2与腺病毒的过表达抑制了p66Shc的磷酸化（图4C）。免疫沉淀实验显示，SIRT2与p66Shc结合，同时SIRT2过表达降低了WT p66Shc的乙酰化（图4D-H）。
图4
3. Sirt2-p66shc-mROS轴有助于Ang II改善衰老小鼠的血管重塑与功能障碍
为了探究ROS在Sirt2缺陷介导的血管重构加重中的作用，使用Ang II诱导的小鼠血管重构模型（图5A）。免疫荧光显示，Sirt2缺乏促进了Ang II诱导的总超氧化物和mROS的积累，以及大分子的氧化（图5B）。功能分析表明，Sirt2缺失促进了Ang II诱导的血管功能障碍，包括血管刚度增加和收缩-舒张功能障碍（图5C-F）。Sirtuin 2的缺失还促进了 Ang II介导的血管重塑，包括血管中层增厚、弹性蛋白纤维断裂、I 型和 III 型胶原蛋白沉积、MMP2和 MMP9过度表达以及炎症（图5G-L）。
图5
作者进一步探索在衰老和SIRT2缺失的情况下，干预线粒体ROS是否可以逆转血管衰老。在自然衰老的小鼠中给予线粒体ROS抑制剂MnTBAP进行治疗（图6A），结果显示，MnTBAP能抑制SIRT2缺陷对老年小鼠ROS积累和大分子氧化的影响（图6B），改善衰老小鼠血管的PWV、血管舒缩功能以及衰老相关重塑（图6D-F），并且可以在一定程度上逆转SIRT2缺失引起的衰老相关分泌表型（SASP）（图6H-L）。这些证据进一步证实了线粒体氧化应激通路参与了SIRT2在血管衰老中的功能，并且提示抗线粒体氧化应激可参与逆转血管衰老。
图6
4. Sirt2与人类衰老相关的血管重构和相关疾病有关
为了进一步在人群中研究SIRT2在血管衰老与疾病中的功能，对包括4263个蛋白质组、607个转录组和52882个单细胞转录组在内的多组学数据进行整合分析（图7A-B），发现血浆SIRT2在衰老过程中逐渐降低，且血管中SIRT2共表达模块也随着增龄而降低。因此，SIRT2共表达模块可能参与动脉瘤和动脉硬化等衰老相关血管疾病的发生（图7C-D）。
此外，作者还发现在人群和小鼠动脉血管中，SIRT2共表达模块均与细胞代谢和氧化还原系统相关，提示SIRT2通过表观修饰机制调节氧化还原系统来抵抗血管衰老，这是一种进化上保守的抗衰老机制（图7E-G）。
图7
研究总结
本研究首次证明了Sirt2作为一种表观遗传调节因子可以通过细胞质-线粒体穿梭机制调控血管衰老。发现SIRT2的高表达会进一步加剧血管功能障碍，参与年龄依赖性血管重构等，依赖SIRT2-p66shc-mROS轴对血管转录组进行重编程，参与了衰老小鼠的血管重塑与功能障碍；并证实SIRT2失调与人类血管老化和疾病有关，是衰老相关血管疾病的潜在治疗靶点。
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