SIRT3在细胞衰老中的作用机制及其含量变化对细胞功能的影响

Along with the improvement of medical technology and living standard, the number of eldly patients has increased constantly. In this population, the low effectivity of treatment is mainly attributed to aging. Cell aging should be the basis of organism aging. It has been reported that SIRT3 was significantly lower in eldly animal cells. In preliminary experiments, our team found that the mRNA level of SIRT3 significantly reduced in elderly human mesenchymal stem cells (hMSCs) as reported in animal experiments. Based on these, we speculate that the reduction of SIRT3 may be an important reason for elderly cell function decline. In order to address the problem that age progression causes cell function decline, our team design to contrast the expression of SIRT3 in young and old hMSCs, transfect SIRT3 and its siRNA to young and old hMSCs by plasmid, analyse the expression of pivotal molecules of signal pathways and the cytokines secreted by hMSCs before and after transfection, find relative mechanism of SIRT3 involved in cell aging, and prove the ability of SIRT3 on enhancing cell functions by transplating modified old hMSCs into ischemic heart models of eldly rats. In future, all these researches will provide experimental evidence to achieve the goal of rejuvenation of aging cells and offers broad potential for clinical application which are based or target on old hMSCs.

随着医疗及生活水平的提高，老年患者数量不断增加，衰老因素是这类人群治疗效果差的主要原因。细胞老龄化是人体衰老的基础。据报道，老年动物细胞内沉默信息调节因子3（SIRT3）明显降低。预实验中我们也发现老年人骨髓间充质干细胞（hMSCs）的SIRT3 mRNA水平明显降低。我们推测：SIRT3降低是导致老年细胞功能下降的重要原因。为解决衰老导致细胞功能下降这一问题，本课题拟对比年轻与老年hMSCs中SIRT3的差异，采用质粒将SIRT3及其抑制性siRNA分别转染到年轻及老年hMSCs，分析转染前后信号传导通路的关键分子以及hMSCs分泌细胞因子的变化，找到SIRT3在细胞衰老中的作用机制，并将SIRT3优化的老年细胞移植到老年大鼠心肌缺血模型，验证SIRT3对细胞功能的增强作用，从而为实现老年细胞年轻化提供实验依据，为以老年hMSCs作为治疗手段或治疗靶点的临床应用提供广阔的前景。

随着人类寿命的延长，衰老相关疾病的发病率和死亡率也逐年增高。如何提高细胞或组织器官的抗氧化应激的能力成为目前研究抗衰老的主要方向。沉默信息调节因子3（SIRT3）被认为是Sirtuins家族中一个与人类长寿密切相关的蛋白,且有研究证实其在机体氧化应激过程中发挥保护性作用。因此，本课题设计研究SIRT3与人体组织和细胞衰老的关系以及其含量变化对细胞抗氧化应激能力的影响和机制，并进一步探索SIRT3在实现老年细胞年轻化过程中的作用。.我们首先比较年轻和老年人心肌组织中SIRT3表达水平区别，发现老年心肌组织中短链SIRT3（SIRT3的活性形式）的含量明显降低。随后应用H2O2处理年轻和老年人骨髓间充质干细胞（hMSCs）来观察衰老对hMSCs抗氧化应激损伤能力的影响，发现老年细胞的抗氧化应激能力明显低于年轻细胞。同时，虽然氧化应激后年轻和老年hMSCs中SIRT3的表达水平均明显下降，但是老年hMSCs中SIRT3的下降程度明显高于年轻hMSCs。我们认为活性形式的SIRT3的减少可能是人体组织衰老的原因，并且氧化应激下老年hMSCs较年轻hMSCs中SIRT3下降的更为明显可能是细胞衰老的原因所在。随后我们进一步研究改变细胞中SIRT3的含量对细胞功能的影响，发现SIRT3过表达明显提高了年轻和老年hMSCs的抗氧化应激能力，SIRT3沉默降低了hMSCs的抗氧化应激能力，其作用是通过增强或抑制其下游锰超氧化物歧化酶（MnSOD）和过氧化氢酶（CAT）的表达来实现的。随后，我们进一步研究在体内移植SIRT3过表达的老年hMSCs治疗大鼠急性心梗的效果。术后发现移植SIRT3优化的老年hMSCs后明显增加了老年hMSCs在局部缺血缺氧环境下的存活率、提高了老年hMSCs移植的治疗效果。我们认为，通过大鼠心肌缺血模型再次验证了SIRT3能够使衰老细胞的抗氧化应激损伤能力提高，并且SIRT3过表达能够增强细胞再生及修复的功能。.总之，通过本课题的研究我们证实了SIRT3与人体组织和细胞衰老的关系并发现了其对细胞功能的增强作用，为提高老年细胞抗氧化应激能力及老年细胞年轻化提供了重要实验依据，为以老年细胞作为治疗手段或治疗靶点的临床应用指引了前进的方向。

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