内皮细胞中NAD+/H2S信号受损是血管老化的可逆性原因

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文章背景简介

BACKGROUND INTRODUCTION

随着年龄的增长，人类的一个显著的生理变化就是血管内皮细胞（ECs）数量和功能的下降。根据血管衰老理论，血管衰退是衰老和老年性疾病的主要原因之一。虽然毛细血管数量和功能下降严重危害人类健康，但发生这种现象的原因却至今不明。运动是促进新生血管形成、延缓衰老的好方法，但是随着年龄的增长，组织会失去对运动的敏感性，而造成这一现象的原因至今也并不清楚。

Sirtuin家族是酵母染色质沉默信号调节因子2（silent information regulator 2，SIRT2）的同源物，是一种从细菌到人类高度保守的NAD＋依赖性去乙酰化酶类家族，该家族过表达时可以延长寿命。人类Sirtuin家族由 SIRT1－SIRT7共7个成员组成。其中，SIRT1是Sirtuin家族中最受关注的一个，有人甚至将其称为“长寿基因”。在年轻肌肉中，SIRT1与缺血诱导的新生血管形成、血管松弛、EC衰老有关。然而，目前尚不清楚内皮细胞SIRT1能否可以调控骨骼肌组织的微血管重构。若可以调节，则随年龄增长过程中内皮细胞SIRT1的分解究竟是细胞自主的还是可逆的？迄今也并不清楚。

SIRT1激活剂（SIRT1 activating compounds，STACs），如白藜芦醇和SRT1720已被视为一种改善衰老相关疾病的治疗方法。例如：通过使用烟酰胺核苷（NR）或烟酰胺单核苷酸（NMN）等NAD＋前体来恢复NAD＋水平，可提高ECs的血管生成能力，提高幼鼠的运动能力，防止与年龄相关的生理衰退。但内皮细胞中NAD＋和SIRT1活性的降低是否会导致衰老过程中微血管系统的丢失和衰弱，目前并不清楚。

2018年3月，来自美国哈佛医学院的Das A等人联合麻省理工学院和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院在《Cell》杂志（IF＝31．398，生物一区）发表了题为“Impairment of an Endothelial NAD＋－H2S Signaling Network Is a Reversible Cause of Vascular Aging”的文章。

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所用到的主要方法

METHODS

1．小鼠耐力试验：在耐力测试前，小鼠以10－15米／分钟的速度跑20分钟，以适应跑步机3天。在低强度耐力测试中，速度从5 m／min开始，持续5 min，速度每分钟增加1次，直到21 m／min，保持不变。在高强度耐力试验中，速度从13 m／min开始，在5°倾角下5 min，速度每分钟增加1次，直到20 m／min，并保持20 min不变。每20分钟，速度增加5 m／min，并保持20分钟不变。在两项试验中，小鼠都被运行到精疲力尽。当老鼠在防震板上坐了超过10秒而没有试图重新开始跑步时，就被认为是精疲力尽了。

2．小鼠运动训练：老鼠3天前开始跑步机系统的运动训练达到10米／分钟，20分钟。成功地驯化的动物，之后在5°倾角跑步机下以15－ 20 m ／ min速度持续30分钟， 每天一次锻炼持续30天。在整个运动训练方案中，接受治疗的小鼠给予NMN （500 mg／kg／day）和／或阿西替尼 （30 mg／kg／day）。通过饮用水给药的NMN每3天更换一次，通过食物给药的阿西替尼每天更换一次。在训练结束时对小鼠进行了力竭运动能力测试。

3．旋转台测试实验：评估运动协调能力，小鼠以5转／分恒速转2分钟，进行3次实验，共计3天以适应旋转。第4天，在加速辊上以440转／分转4分钟，进行3次实验，记录小鼠停留的时间。

4．下肢缺血模型构建、对比度增强超声、心脏超声、光声成像分析、酶活性分析、基因分型PCR分析、流式细胞术、RNA干扰和病毒感染、细胞迁移实验、血管形成实验、三维培养椭球细胞迁移实验、主动脉瓣环试验、划痕实验、细胞免疫荧光、H＆E染色、Western

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文章主要内容摘要

ABSTRACT

随着年龄增长，毛细血管密度和血流量下降是造成人生病和死亡的主要原因。了解这种现象的发病机制将有利于人类健康调节。NAD ＋前体通过激活用于调节运动和饮食限制（DR）的平衡——去乙酰化酶sirtuin（SIRT1－7）来逆转衰老。研究发现内皮细胞中的SIRT1是肌细胞分泌促血管生成信号的关键介质。用NAD＋前体烟酰胺单核苷酸NMN处理小鼠后，NMN可促进sirt1依赖途径，从而增加毛细血管密度，以此提高老年小鼠的血流量和耐力，锻炼或增加硫化氢（H2S）都可使其效果增强。这些发现有利于改善在器官和组织中的血液流动、提高人类的活动水平并重建老年人生理活动的良性循环。

▼相关链接▼Nature：MAP4K4通过调节整合素与FERM的结合，控制内皮细胞运动能力