白藜芦醇的代谢作用——解决争论的焦点

白藜芦醇的代谢作用——解决争论的焦点

白藜芦醇是一种多酚，广泛存在于红酒等植物性食品中，因其多种健康功效而备受关注。白藜芦醇的有益作用是多种多样的；它们包括线粒体功能的改善、防止肥胖和与肥胖有关的疾病，如2型糖尿病、抑制炎症和癌细胞生长以及预防心血管功能障碍等等。有关白藜芦醇代谢影响的研究进行得最久，现在还包括一些临床试验，这些试验产生的结果有好有坏。关于白藜芦醇的许多争论还没有得到解决。在这里，我们将审查这些争论，并特别强调其代谢作用的机制，以及如何从白藜芦醇中吸取的教训可以帮助开发出利用白藜芦醇效果，但又没有白藜芦醇的不良特性的治疗方法

由于癌症、糖尿病和神经退行性疾病等衰老慢性病已成为社会日益沉重的负担, 我们继续寻找能够解决这些问题的药物。找到一种能减少衰老的整体影响的药物可以增加人类的健康跨度和寿命。一种一直被证明能延长从单细胞生物到哺乳动物的生物寿命的方法之一是限制热量。这个概念最初是在McCay 等人表明热量限制可以延长大鼠的寿命时发现的[1]。最近, 热量限制已被证明可以延长从酵母到哺乳动物的一系列物种的寿命[2]。随着肥胖的日益流行, 人们已经清楚地看到, 限制人类卡路里摄入的尝试很可能会失败。因此, 许多人一直在寻找可以作为热量限制模仿剂的化合物。专注于影响酵母中热量限制对酵母寿命的影响的途径发现, sir2 酶是一个关键的中介[3]。一个高通量屏幕为激活剂的酿酒酶发现了小分子白藜芦醇(3, 5, 4 '-三羟基曲芬) [4]。白藜芦醇是一种天然产品, 可以在包括红葡萄在内的几种植物物种中找到。在20世纪90年代, 白藜芦醇首先被注意作为"法国悖论" 的一个潜在的解释, 然后被描述为环氧合酶抑制剂和潜在的化学预防分子[5]。自从白藜芦醇作为一种潜在的热量限制剂被发现以来，已经被证明在心血管疾病、代谢性疾病、癌症和神经退行性疾病中具有有益的作用。许多研究都集中在白藜芦醇如何能够产生如此广泛的影响，分子靶点是什么，以及白藜芦醇治疗是否对人类有益。本文就白藜芦醇的直接作用靶点、白藜芦醇在动物体内的下游效应以及目前人体临床试验的研究现状进行了综述。

在众多的困惑中，白藜芦醇潜在地在细胞中有几个直接的目标，这一点已经很清楚了。虽然最初的发现是作为环氧化酶抑制剂，它后来被确认为Sirt1的激活剂[4]一种磷酸二酯酶的抑制剂[6]是F1-ATPase的抑制剂[7]一种雌激素受体的抑制剂[8]和一个调制器的无数其他目标。白藜芦醇的多药性引发了关于其下游效应的最相关目标的许多争论，其中大部分围绕着它是否真的是Sirt1的激活物，以及白藜芦醇在体内是否对下游效应负责。

由于酿酒酵母SIR2基因具有调节酵母寿命的能力，因此sirtuin家族的蛋白质开始受到关注。结果表明，由于热量限制所导致的复制寿命的延长取决于SIR2的存在[3]虽然最近的一篇论文对由于热量限制而导致寿命延长的幅度提出了质疑[9].它进一步表明，删除Sir2同源体在其他生物体消融热量限制对寿命的影响[10,11]，虽然不是在所有系统测试的[12,13]。提高Sirt1在酵母中的表达可以延长酵母的寿命[14]蠕虫[15]苍蝇[10]其中一组不能在线虫和果蝇中重复这些效应[16]此后，原来的研究小组在秀丽隐杆线虫中重复了他们的结果，尽管效果较小[17].在果蝇中，已有研究表明，在脂肪体中过量表达Sir2可以延长寿命[18].哺乳动物的sirtuins由7种蛋白质组成，称为Sirt1-Sirt7。Sirt1是与酵母SIR2最接近的同源基因，由于受到热量限制和寿命延长的影响而被广泛研究。在小鼠中过表达Sirt1可部分抑制热量限制[19,20]和大脑过度表达Sirt1可延长寿命[21].然而，在小鼠中过量表达的某些效应似乎与白藜芦醇的作用相矛盾，包括当老鼠被放入动脉粥样硬化饮食时，动脉粥样硬化增加[22]线粒体和心功能下降[23].

由于有证据显示出提高sirtuin活性以模拟限食的效应，豪茨等人对人Sirt1活化剂进行了高通量筛选，并确定白藜芦醇是最有效的激活剂[4]有人认为白藜芦醇通过降低酶的肽基和NAD+底物的Km来激活Sirt1。收藏指正。该筛选涉及使用荧光标记的肽底物，称为氟脱

赖氨酸，模仿短序列，从p53已证明是脱乙酰化的Sirt1[24].白藜芦醇对Sirt1的直接激活后来引起了争议，有证据表明，屏幕上的激活是白藜芦醇和荧光基上的荧光部分相互作用的结果[25–27]。由于白藜芦醇通过Sirt1介导的生物学效应，进一步筛选出新的sirtuin激活化合物（STACs）。一些结构不同的化合物，包括SRT1720，被发现了一个屏幕使用了一个TAMRA 标记的基质。然而，这些化合物中的几种直接激活Sirt1也是一个问题[27,28]。最近的实验表明了白藜芦醇和司他汀激活Sirt1的各种结果的可能原因。一组实验表明，如果把肽上的荧光基团换成疏水氨基酸，白藜芦醇就有可能激活作用[29].关于活化对附近疏水氨基酸依赖的进一步证据来自于Gertz和他的同事。首先，通过与白藜芦醇共价配合的Sirt3和Sirt5的晶体结构，他们显示了在sirtuin活性部位白藜芦醇和荧光标记肽之间的直接相互作用[30].然后他们继续证明白藜芦醇激活的Sirt5去乙酰化酶活性对更长的未修饰肽以序列依赖的方式[30].在随后的研究中，同一组筛选出一个含有6802个生理乙酰化位点的肽库，用于白藜芦醇对Sirt1脱乙酰化的影响，显示出乙酰化位点子集的激活和抑制，但大部分乙酰化位点没有受到影响[31].活性肽有向脱乙酰基侧有较大疏水残基的趋势[31].在另一项研究中，Hubbard等人发现白藜芦醇活化的对天然底物去乙酰化酶活性的影响：体外偶联和基于质谱的分析方法[32].发现白藜芦醇活化的肽之间的共同主题是一个疏水残基，位于一个或六个位置的C-末端的乙酰化赖氨酸。白藜芦醇对Sirt1的活性研究表明，白藜芦醇能在体外激活具有疏水残基的肽底物上的Sirt1活性。不幸的是，有关针对天然全长蛋白的Sirt1活性的数据很少。在体外激活的肽底物是否与白藜芦醇在体内的生物学效应相关（或最相关），还有待观察。

尽管关于白藜芦醇是否为Sirt1的直接激活剂的争论已经展开，但也探讨了间接激活Sirt1的其他途径。一些研究小组已经表明白藜芦醇激活了AMP激活激酶（AMPK），尽管间接地[33–35][36–38]。随后，研究表明白藜芦醇的代谢作用也需要AMPK[39].AMPK是一种营养感应酶，能量消耗会被能量消耗激活，并通过增加AMP/ATP比率反映出来[40].这种激活的机制包括热量限制[41,42]，运动和葡萄糖缺乏[40]和药物化合物，如二甲双胍和艾可卡。在AMPK基因敲除小鼠中，白藜芦醇对体重增加、糖耐量、胰岛素敏感性和线粒体生物合成的影响均被消融[39].AMPK的激活可以间接激活Sirt1的活性，因为众所周知，AMPK激活增加细胞内的NAD+池[39,43]。关于白藜芦醇如何激活AMPK，以及AMPK和Sirt1的激活是如何相互关联的问题仍然存在。

虽然AMPK被AMP/ATP比率的增加所激活，但还有其他的蛋白在激活AMPK中起着重要作用。激活所必需的T172残基上的两个著名的蛋白质伙伴磷酸化AMPK：LKB1与钙/钙调素依赖性激酶激酶βCamKKβ[40].LKB1通过能量耗竭调节AMPK的激活，而细胞内钙离子可激活CamKKβ进而激活AMPK。白藜芦醇可能是通过耗尽ATP水平或激活LKB1或CamKK β激活AMPK。尽管有证据表明白藜芦醇可以降低ATP水平[44,45]，但它似乎依赖于50μ或更高的剂量[46]并且可能是用于检测的细胞类型，和其他研究表明白藜芦醇对ATP水平没有影响[47].白藜芦醇在10μ或更低剂量下可激活AMPK，低于曾经测量到的ATP耗竭的水平[33,38,48]。一项研究表明，在对AMP不敏感的AMPK突变中，白藜芦醇不再能够激活AMPK，并认为激活依赖于ATP的消耗[44].然而，该研究只在>100μ的剂量下观察到了效应，在较低的浓度下，这种效应的有效性受到了质疑[44].事实上，一些研究表明，白藜芦醇导致了伴随着AMPK活化的ATP水平的增加[32,49]。

最近，通过抑制环核苷酸磷酸二酯酶（PDEs）而激活AMPK的另一种途径是由Park等人发现的。[6].PDEs通过将cAMP降解为AMP调节胞内cAMP水平，从而抵消腺苷酸环化酶（ACs）的生成。PDE蛋白家族由11个成员和大量剪接变异体组成，能够将cAMP和/或cGMP （取决于亚型）分别水解成AMP和GMP[50].Park等人研究表明白藜芦醇对环磷酰胺的生成没有影响，但抑制了由PDE1、PDE3和PDE4引起的环腺苷酸代谢。他们还测试了PDE2和