睡眠对健康和生活至关重要，但睡眠碎片化(SF)等睡眠障碍在2型糖尿病(T2DM)患者中非常普遍。有临床证据表明非酒精性脂肪肝是心力衰竭的主要危险因素，但SF等睡眠障碍引起的肝损伤是否会导致心血管疾病(CVD)的发展仍未得到探索。近期山东大学顾俊莲教授团队在Acta Pharmaceutica Sinica B (IF 14.7)发表文章“Diabetes-associated sleep fragmentation impairs liver and heart function via SIRT1dependent epigenetic modulation of NADPH oxidase 4”，发现SF导致明显的肝脏有害表型以及心脏结构和功能的异常，对肝脏Nox4或Sirt1进行基因操作可以通过降低H3K27ac水平有效改善肝脏病理进展，从而缓解SF引起的持续性心血管疾病。

基因信息

‌Nox4：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4

Sirt1：NAD⁺依赖性脱乙酰酶

病毒产品

AAV8-TBG-CTL

AAV8-TBG-shNox4

AAV8-TBG-Sirt1

实验动物

2型糖尿病模型小鼠

注射方式

尾静脉注射

注射量

200μL，5×10¹¹vg

AAV8-TBG-shNox4和AAV8-TBG-Sirt1在小鼠中成功介导Nox4敲低和Sirt1过表达

作者发现SF显著促进了T2DM小鼠肝脏中脂质积聚、炎症和纤维化，已有研究表明SF与氧化应激密切相关，因此作者研究了SF对T2DM小鼠氧化应激诱发的影响，发现SF可显著诱导肝脏ROS生成、MDA水平升高和GSH水平降低。NOX酶是ROS的主要生成者，作者发现肝脏组织中NOX4蛋白表达被SF上调，RNA测序数据表明Nox4的上调在酒精性肝炎、肝细胞癌、急性肝衰竭和肝毒性患者中起着关键作用，肝脏Nox4表达与肝功能障碍之间存在正相关性。作者在小鼠原代肝细胞为了进一步验证上述体内结果，用H2O2处理小鼠原代肝细胞，模拟体内SF状态，发现H2O2处理导致细胞ROS、NOX4升高，促炎因子激活。这些结果表明NOX4介导的氧化应激可能在肝损伤和相关炎症反应的病理过程中起关键作用。

图1 NOX4高表达导致SF处理的T2DM小鼠肝功能受损

鉴于组蛋白的乙酰化水平会影响基因转录，作者研究了Nox4基因相关的组蛋白表观遗传修饰的状态，以阐明导致SR后持续性肝损伤的潜在机制，确定了Nox4启动子区四种潜在的组蛋白修饰，并通过ChIP-qPCR检测四种组蛋白修饰与Nox4启动子区的结合效率，发现Nox4启动子区H3K27ac的富集显著增加。了进一步研究Nox4表观遗传修饰及其在小鼠肝脏组织中持续上调的意义，作者使用AAV8-TBG-shNox4构建了肝脏特异性Nox4敲低小鼠，发现Nox4敲低显著减轻了SF诱导的肝脏异常形态、脂质积累、纤维化和ROS生成，肝脏和血清中GSH和MDA水平以及ALT和AST活性显著改善，促炎细胞因子的表达和炎性细胞浸润以及细胞氧化还原状态的失衡得到恢复。此外Nox4 敲低还有效消除了SF诱导的心脏功能障碍和心肌纤维化并逆转了血清中的炎症因子水平，表明NOX4抑制在持续性心肝损伤中发挥保护性抗氧化和抗炎功能。进一步研究发现SIRT1调控Nox4的表观遗传修饰，从而影响肝脏氧化应激和炎症反应。

图2 SF在表观遗传水平上促进NOX4的表达

为了阐明SIRT1激活对SF诱导的T2DM小鼠持续性损伤的影响，作者使用AAV8-TBG-Sirt1实现了肝脏特异性Sirt1过表达。与对照病毒相比，Sirt1过表达明显减少了脂质沉积、纤维化和ROS积累，肝脏和血清中的MDA水平显著降低，ALT和AST活性显着降低，GSH 水平显着升高。此外，肝脏特异性Sirt 过表达导致肝脏抗氧化水平升高，有效缓解了SF诱导的持续性肝脏炎症反应。RSV是SIRT1激活剂，在SF治疗的T2DM小鼠中表现出一致的抗炎和抗氧化保肝作用。在SF治疗的T2DM小鼠中，肝脏特异性Sirt1过表达或RSV治疗后，心脏功能障碍和心肌纤维化得到显著改善，SIRT1的上调抑制了血清中的炎症因子水平，并有效改善了SF治疗的T2DM小鼠的免疫功能。这些数据表明，通过遗传或药理学方法激活SIRT1是一种有前途的治疗策略，可以减轻SF对T2DM小鼠造成的破坏性影响。

图3 Sirt1的肝脏特异性过表达可逆转SF诱导的T2DM小鼠的持续氧化和炎症应激

本研究证明即使在睡眠模式恢复正常后，SF诱导的T2DM小鼠肝脏氧化和炎症损伤仍然存在。这种持续的损伤显著影响了肝脏和心脏之间的交流，最终导致心血管损伤。受SIRT1介导的H3K27去乙酰化控制的NOX4持续高表达在此过程中起着关键作用，SF后BMAL1依赖的Sirt1转录可以精细协调昼夜节律和肝脏损伤。肝脏特异性Nox4或Sirt1的基因操作，以及针对NOX4或SIRT1的药物干预，对SF诱导的肝脏氧化和炎症表型发挥了强大的保护作用，突出了肝脏SIRT1/NOX4 通路作为T2DM合并SF患者CVD有效治疗靶点的重要性。