SIRT1與腫瘤發(fā)生

趙志強，毛文瓊

（臺州學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，浙江 臺州 318000）

SIRT1與腫瘤發(fā)生

趙志強，毛文瓊

（臺州學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，浙江 臺州 318000）

SIRT1(sirtuin1)通過對腫瘤抑制蛋白和DNA損傷修復(fù)蛋白去乙?；怪Щ睢Ｒ虼?，SIRT1早期被認為是腫瘤促進因子。近來研究又表明SIRT1在某些腫瘤中表達降低且SIRT1缺乏導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定和腫瘤發(fā)生。超表達SIRT1可降低癌變風(fēng)險。SIRT1的這種雙重作用可能與其組織中SIRT1上游和下游因子的時空分布不同有關(guān)。

SIRT1，腫瘤發(fā)生，腫瘤促進因子，腫瘤抑制因子

SIRT1屬于煙酰胺（NAD+）依賴的III類組蛋白去乙?；竤irtuin家族。哺乳動物sirtuin家族包括7個成員（SIRT1-7），各成員的細胞內(nèi)定位和功能在表1。sirtuin家族成員分布廣泛，功能涉及細胞增殖、炎癥反應(yīng)以及物質(zhì)代謝等。在sirtuin家族成員中，SIRT1的氨基酸序列最長，人們對其了解最為深入。SIRT1是調(diào)控物質(zhì)代謝、壽命長短以及細胞衰老的重要因子。近來的研究提示SIRT1既可以促進腫瘤發(fā)生也可以抑制腫瘤發(fā)生。

表1 哺乳動物sirtuin家族各成員的細胞內(nèi)定位及主要功能

1 SIRT1的酶學(xué)功能

1.1 SIRT1與組蛋白去乙?；?/h3>

SIRT1通過與轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合而被招募到染色質(zhì)上。在核內(nèi)，SIRT1可去除組蛋白H1第26位賴氨酸（H1K26）、H3第9、56位賴氨酸（H3K9、H3K56）以及H4第16位賴氨酸（H4K16）的乙酰化。同時，SIRT1通過與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶P300結(jié)合而抑制其活性。在正常細胞中，SIRT1通過上述兩種機制維持組蛋白的低乙?；癄顟B(tài)。

1.2 SIRT1與非組蛋白去乙?；?/h3>

SIRT1也可以通過修飾非組蛋白從而調(diào)控基因的表達。這些蛋白可歸為三類：（1）轉(zhuǎn)錄因子，包括P53、P73、雄激素受體（AR）、FOXO（forkhead box subgroup O）家族成員、E2F1、HIC1（hypermethylated in cancer 1）、DBC1 （deleted in breast cancer1）、BCL6（Bcell lymphoma 6）以及 NF-κB（nuclear factor kappa B）；（2）信號因子，包括 SMAD7 和 eNOS（endothelial nitric oxide synthase）；（3）DNA修復(fù)蛋白，包括Ku-70和 MRE11-RAD50-NBS1（MRN）。

1.3 SIRT1與組蛋白甲基化

SIRT1在調(diào)控組蛋白去乙?；耐瑫r促進組蛋白的甲基化。SIRT1將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1的催化結(jié)構(gòu)域去乙?；罂稍鰪娖涿富钚?，導(dǎo)致H3K9三甲基化水平升高。另外，SIRT1與PRC4復(fù)合體中的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Ezh2（enhancer of zeste homolog2）結(jié)合，間接調(diào)控H3K27和H1K26的甲基化。

1.4 SIRT1與DNA甲基化

癌細胞中的SIRT1定位于異常超甲基化的抑癌基因的啟動子區(qū)域，從而導(dǎo)致抑癌基因沉默。抑制SIRT1可導(dǎo)致啟動子甲基化降低進而激活抑癌基因。例如抑癌基因CDH1被SIRT1抑制后可導(dǎo)致表皮細胞癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。另外，轉(zhuǎn)錄因子P27、GATA4、GATA5、分泌型卷曲相關(guān)蛋白（secreted frizzled-related proteins）以及錯配修復(fù)基因MLH1都可被SIRT1抑制。

2 SIRT1與腫瘤發(fā)生

2.1 SIRT1在腫瘤細胞中的表達

SIRT1在腫瘤細胞中表達量的上調(diào)或下調(diào)與腫瘤類型密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在小鼠和人前列腺癌、人原發(fā)性結(jié)腸癌以及急性髓細胞白血病等癌細胞中超表達［1-3］。Hida等利用免疫組化方法發(fā)現(xiàn)SIRT1在幾種不同皮膚癌細胞中均有表達［4］。各種非黑色素皮膚癌包括鱗狀細胞癌、基底細胞癌、鮑文病以及光化性角化病等癌細胞中SIRT1均過表達。相反，Wang［5］等發(fā)現(xiàn)與正常組織比，SIRT1在膠質(zhì)母細胞瘤、膀胱癌、前列腺癌以及卵巢癌等癌細胞中表達量降低。后續(xù)研究進一步發(fā)現(xiàn)在44例乳腺癌患者和263例肝癌患者的癌組織中SIRT1均低表達［5］。

2.2 SIRT1是腫瘤促進因子

文獻報道，SIRT1將腫瘤抑制蛋白P53第382位的賴氨酸去乙?；?，從而降低了P53的活性［6，7］。進一步研究表明，在DNA損傷和氧化應(yīng)激狀態(tài)下，超表達SIRT1可抑制P53介導(dǎo)的細胞周期停滯和細胞凋亡。然而，超表達去乙?；富钚詥适У腟IRT1突變體增強了細胞應(yīng)激反應(yīng)的敏感性［6，7］。近來，有報道稱利用特定抑制劑抑制SIRT1的活性后，過乙?；腜53增強了依賴P53的其它基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制腫瘤發(fā)生［8］。另外，超表達SIRT1抑制許多抑癌基因的表達以及某些參與DNA損傷修復(fù)蛋白的活性，包括 FOXO 家族成員（FOXO1，F(xiàn)OXO3a，F(xiàn)OXO4）、p73、RB、SFRP1、SFRP2、GATA4、GATA5、CDH1、MLH1、Ku70、NBS1以及WRN［9-15］。與上述結(jié)果一致，利用siRNA技術(shù)將SIRT1沉默后，體外培養(yǎng)的腫瘤細胞對藥物的耐受性降低并被誘導(dǎo)為生長停滯狀態(tài)［9，16］。此外，SIRT1的表達和活性反過來也受多種腫瘤抑制因子的調(diào)控。例如HIC1編碼的轉(zhuǎn)錄抑制因子與P53協(xié)作抑制小鼠與衰老相關(guān)的癌癥發(fā)生［17］。其機制在于HIC1與SIRT1形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體，該復(fù)合體與SIRT1的啟動子結(jié)合從而抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄。在癌細胞中，HIC1失活導(dǎo)致SIRT1表達上調(diào)，結(jié)果P53去乙?；Щ?，最終使DNA損傷細胞繞過凋亡通道并存活下來。另外，P53也可反式激活HIC1，據(jù)此推測在在HIC1、SIRT1以及P53之間存在一個環(huán)形調(diào)控回路，即HIC1抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄，SIRT1進而對P53去乙酰化，P53最終又通過激活HIC1而調(diào)整自身活性來調(diào)控DNA損傷修復(fù)、細胞周期進程和細胞凋亡。在正常細胞中，HIC1通過抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄來維持P53的活性狀態(tài)，結(jié)果促使DNA損傷細胞生長停滯或進入凋亡通道。DNA損傷修復(fù)完成以后，P53水平的下降導(dǎo)致HIC1活性降低和SIRT1表達水平升高，結(jié)果使P53處于失活狀態(tài)。在衰老細胞中，HIC1啟動子過甲基化而失活，結(jié)果上調(diào)的SIRT1可能是一把雙刃劍，因為在促進衰老細胞存活的同時增加了癌變風(fēng)險［18］。另據(jù)報道，轉(zhuǎn)錄因子DBC1也可通過與SIRT1形成穩(wěn)定復(fù)合物而抑制SIRT1的活性，結(jié)果導(dǎo)致P53乙酰化水平升高，活性增強。DBC1敲除后的細胞置于遺傳毒性應(yīng)激狀態(tài)下，活化的SIRT1介導(dǎo)P53去乙酰化，從而抑制P53介導(dǎo)的細胞凋亡。如果將DBC1和SIRT1同時敲除，上述效應(yīng)可以逆轉(zhuǎn)［19，20］，表明SIRT1超表達或活性增加可能通過抑制P53或其它潛在的抑癌基因而提高細胞癌變的風(fēng)險。有關(guān)SIRT1、P53以及腫瘤抑制因子之間的相互作用見圖1。

圖1 SIRT1在腫瘤發(fā)生中的作用

圖1表明SIRT1抑制P53的活性，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。同時SIRT1也受多個腫瘤抑制因子的負調(diào)控，包括HIC1、DBC1等。此外P53也通過HIC1對SIRT1活性進行負調(diào)控。超表達SIRT1能降低腫瘤細胞對抗癌藥物的敏感性并抑制其凋亡。反之，SIRT1失活能增強腫瘤細胞對抗癌藥物的化學(xué)敏感性并促進其進入凋亡通道。顯然，SIRT1是一種腫瘤促進因子。

2.3 SIRT1是腫瘤抑制因子

雖然大量證據(jù)支持SIRT1促進腫瘤發(fā)生，但也有結(jié)果表明SIRT1具有抑制腫瘤發(fā)生的功能。有報道稱在轉(zhuǎn)基因小鼠中超表達SIRT1并沒有導(dǎo)致腫瘤發(fā)生［21］。SIRT1敲除或抑制后并不影響腫瘤細胞的生存或生長，也不足以誘導(dǎo)內(nèi)源性P53的活性增強［22］。Firestien等發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸腺瘤突變的轉(zhuǎn)基因小鼠中由于SIRT1超表達，β連環(huán)蛋白（β-catenin）被去乙?；Щ?，結(jié)果降低了結(jié)腸癌的生長速度。進一步研究表明在結(jié)腸癌細胞系中超表達SIRT1，細胞的增殖受到抑制［23］。

Wang等發(fā)現(xiàn)SIRT1在BRCA1（breast cancer 1）相關(guān)的乳腺癌中的表達量比非BRCA1相關(guān)的乳腺癌中要低［24］。后續(xù)研究表明白藜蘆醇（一種SIRT1激活劑）促使上述細胞系的凋亡。Howitz等報道在BRCA1突變細胞系中恢復(fù)SIRT1的水平，細胞增殖被抑制［25］。在BRCA1相關(guān)的乳腺癌中，SIRT1抑制survivin的活性，而survivin是重要的抗細胞凋亡的蛋白且在多種癌組織中表達上調(diào)［26］。

另外，對p53雜合子小鼠的研究也表明SIRT1能夠抑制腫瘤發(fā)生。輻照后P53+/-小鼠的患癌風(fēng)險增加［27］。培養(yǎng)細胞中，由于SIRT1降低P53的活性，理論上Sirt1+/-p53+/-小鼠應(yīng)當(dāng)癌變風(fēng)險降低。但出乎意料的是，在出生5個月以后的Sirt1+/-p53+/-小鼠體內(nèi)發(fā)生了多器官的腫瘤。20個月后，腫瘤發(fā)生率達到76%。而對照組中，21只Sirt1+/-小鼠只有兩只患癌，22只p53+/-小鼠只有3只患癌。有趣的是，給這些小鼠喂白藜蘆醇后腫瘤的發(fā)生率顯著降低［5］。

SIRT1還可以通過其它途徑抑制腫瘤發(fā)生。在正常情況下，NF-κB負責(zé)上調(diào)與細胞生存有關(guān)基因的表達。Yeung等報道SIRT1通過對RelA/p65亞基去乙酰化而抑制NF-κB的功能，結(jié)果促使細胞進入腫瘤壞死因子α（TNF-α）介導(dǎo)的凋亡通道［28］。c-Myc在細胞增殖、細胞凋亡和干細胞自我更新方面起重要作用。研究報道SIRT1還通過對c-Myc去乙酰化來降低其穩(wěn)定性，進而抑制其腫瘤轉(zhuǎn)化活性［29］。上述研究結(jié)果充分說明SIRT1是一種潛在的腫瘤抑制因子。

3 總結(jié)與展望

已有的報道說明SIRT1既是腫瘤促進因子又是腫瘤抑制因子，它在腫瘤的發(fā)生中扮演著重要角色，SIRT1的這種雙重作用可能依賴于不同的組織背景，因為各種組織中SIRT1下游負反饋調(diào)控SIRT1的各種因子的時空分布及含量不同。然而，目前尚無因SIRT1的活化而增加癌變風(fēng)險的體內(nèi)證據(jù)。實際上，腫瘤促進因子和腫瘤抑制因子之間的平衡在腫瘤發(fā)生過程中起關(guān)鍵作用。目前，SIRT1的蛋白水平、NAD+的濃度以及SIRT1底物的乙酰化狀態(tài)被用來作為監(jiān)測腫瘤發(fā)生的替代標志物。但這些標志物提供的結(jié)果并不可靠，因為SIRT1的水平和活性受多種蛋白調(diào)控。因此，設(shè)計和發(fā)展可上調(diào)或下調(diào)SIRT1活性的藥物是當(dāng)務(wù)之急。下一步的研究應(yīng)定位在SIRT1在特定腫瘤中的具體作用上，探索可靠的方法對SIRT1的特定活性進行定量。

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SIRT1 and Tumorigenesis

ZHAO Zhi-Qiang，MAO Wen-Qiong
(School of Medicine，Taizhou University，Taizhou 318000，China)

Sirtuin 1(SIRT1)inactivates proteins involved in tumor suppression and DNA damage repair by deacetylation and it has long been considered as a tumor promoter.However,recent studies demonstrated that SIRT1 expression levels are reduced in some other types of cancers,and that SIRT1 deficiency results in genetic instability and tumorigenesis，while overexpression of SIRT1 attenuates cancer formation.The dual role that SIRT1 plays may depend on the temporal and special distribution of different SIRT1 up-and downstream factors in different tissue contexts.

SIRT1;tumorigenesis;tumor promoter;tumor suppressor

周小莉）

R730.2

A

1672-3708（2011）06-0048-05

2011-09-03；

2011-10-12

浙江省教育廳科研計劃資助項目（Y200907062）.

趙志強（1974-），男，湖南桃源人，博士，講師，主要從事蛋白結(jié)構(gòu)與功能研究。