人沉默調(diào)節(jié)蛋白（SIRT6）與凋亡研究進(jìn)展

陳耀豐，梅湛強(qiáng)，吉圣珺，莫冠文綜述；溫業(yè)良審校

（廣東省佛山市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣東佛山528000）

卡路里限制（calorie restriction,CR）在近年的研究里面得到重視，原因是其能夠延長許多物種的壽命。熱量限制可以降低呼吸過程中產(chǎn)生的活性氧，從而延長物種的壽命，但機(jī)制還不確定［1］。2000 年發(fā)現(xiàn)在酵母菌內(nèi)的一種蛋白在CR 過程中可以延長酵母的壽命及減少由年齡導(dǎo)致的疾病，酵母沉默信息調(diào)節(jié)子2 （silent information regulator 2,Sir2）一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴的去乙酰化酶，是人沉默信息調(diào)節(jié)蛋白（sirtuin）家族中的一員［2］。接下來的研究中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，sirtuin 蛋白家族的活動不僅延長酵母菌、蠕蟲和蒼蠅等模型生物的壽命，而且可以促進(jìn)人類細(xì)胞的存活，此功能依賴于功能性的Sir2［3］。Sir2 酶是一種獨(dú)特的NAD+依賴性去乙?；?，能調(diào)控多種生物過程，包括轉(zhuǎn)錄沉默、細(xì)胞凋亡調(diào)控、脂肪動員和壽命調(diào)節(jié)［4］。哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)sirtuin蛋白家族有7 個，分別為SIRT1-7，它們調(diào)節(jié)不同的代謝和應(yīng)激反應(yīng)途徑［5］。當(dāng)CR 的時候，在小鼠體內(nèi)，人沉默調(diào)節(jié)蛋白6（Sirtuin 6,SIRT6）會下降；而轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)的SIRT6 升高時，可減少甘油三酯及膽固醇積累，減少體內(nèi)脂肪含量及增加血糖耐受，一定程度上減少由年齡導(dǎo)致的疾病發(fā)生。有研究表明，相比較野生小鼠，過表達(dá)SIRT6 的雄性小鼠可以延長壽命，而其中可能與血清里胰島素含量及胰島素樣生長因子水平低有關(guān)［6］。

1 SIRT6

SIRT6 主要是一種具有多種催化活性的蛋白酶，其中最為重要的是腺苷二磷酸（adenosinediphosphate, ADP）核糖基化和脫乙酰化，參與了多種細(xì)胞活動，另外還有脫?；兔撟貦磅；取Ｔ谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，除了延長壽命的能力外，SIRT6 還參與了各種細(xì)胞途徑，包括：轉(zhuǎn)錄控制、代謝、DNA 修復(fù)和基因組穩(wěn)定性、增殖和分化、癌癥等。通過將其特定的催化活性定位于不同的基質(zhì)，SIRT6 能夠參與和調(diào)節(jié)這些不同的細(xì)胞過程［7］。

SIRT6 主要定位于細(xì)胞核內(nèi)，可結(jié)合脫酰亞染色質(zhì)、核小體等底物，主要是轉(zhuǎn)錄因子［8-10］。它在組成性運(yùn)轉(zhuǎn)元件羥基端延伸區(qū)（carboxy terminal extension, CTE）中有一個7 個氨基酸的核定位信號（nuclear localization sequence,NLS）序列。當(dāng)這一序列發(fā)生突變時，SIRT6 被定位于細(xì)胞質(zhì)［10］。在G1/G0 階段HeLa 細(xì)胞的核仁中也可以發(fā)現(xiàn)SIRT6。從CTE 中去除35aa 長的核仁定位信號（nuclear localization signal, NLS）序列的話，核仁中就找不到有SIRT6 蛋白表達(dá)。值得注意的是，這種定位是與SIRT6 酶活性關(guān)系不大，只有在細(xì)胞的G1 期出現(xiàn)［11］；而且在基因的294 和303 位點(diǎn)不受其磷酸化的影響［12］。最近發(fā)現(xiàn)，SIRT6 也存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，它可以通過去除腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor, TNF-α）［13］的賴氨酸K19和K20 的長鏈脂肪酸酰基-肉豆蔻修飾來調(diào)控TNF-α 的分泌。

2 細(xì)胞凋亡與SIRT6

細(xì)胞凋亡是體內(nèi)活細(xì)胞在接受到生理或病理信號，啟動多種基因參與精確調(diào)控的程序化的死亡過程，對維持體內(nèi)穩(wěn)定狀態(tài)起到關(guān)鍵的作用［14］。KERR 等首先提出細(xì)胞凋亡為程序性的細(xì)胞死亡，這一病理過程貫穿在個體生長發(fā)育的各個階段［15］。細(xì)胞凋亡的發(fā)生會出現(xiàn)特定的形態(tài)學(xué)改變，細(xì)胞泡膜小泡的生成，細(xì)胞體質(zhì)的收縮，細(xì)胞核質(zhì)的濃縮，染色質(zhì)的凝聚，DNA 降解為小片段，最后形成凋亡小體，被鄰近的巨噬細(xì)胞吞噬［16-17］。目前認(rèn)為凋亡的途徑有三種。第一種是線粒體途徑，也成為內(nèi)源性途徑，此途徑共有兩類，第一類是依賴Caspase 途徑，凋亡信號傳導(dǎo)到線粒體，線粒體釋放如細(xì)胞色素c 等細(xì)胞因子，激活Caspase 蛋白家族，導(dǎo)致凋亡發(fā)生；第二類為非依賴Caspase蛋白通路，由線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis induce factor,AIF）誘導(dǎo)下游蛋白活化，產(chǎn)生凋亡。第二種為死亡受體路徑，被稱外源性途徑，死亡受體（如TNF、Fas 等）接受到凋亡信號，隨機(jī)與Fas 相關(guān)死亡域蛋白（Fas-associated protein with death domain, FADD）的結(jié)合，進(jìn)而激活Caspase蛋白家族，促進(jìn)凋亡的發(fā)生；第三條是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載或鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡一方面激活Caspase 蛋白家族促進(jìn)凋亡的發(fā)生［18］。

2.1 p53、Bax 與Bcl2

p53 是分子量為53kD 的核內(nèi)磷酸化蛋白的編碼基因。正常p53 基因為野生型（wt p53），一旦該基因發(fā)生丟失或者突變則稱為突變型（mt p53），誘發(fā)多種癌變［19］。內(nèi)源性的凋亡途徑主要是由線粒體調(diào)控的，而線粒體表面存在著B 淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2, Bcl-2）蛋白家族，當(dāng)接收外源的凋亡信號刺激，即可啟動凋亡。在Bcl-2 蛋白成員中，Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bcl-2 associated X protein,Bax）是第一個被鑒定為受p53 調(diào)控的。在p53+/+的海馬神經(jīng)元研究中發(fā)現(xiàn)，N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡中凋亡的3'OH DNA 片段和Bax 蛋白誘導(dǎo)是p53 依賴的，p53+/+的小鼠并不會出現(xiàn)上述DNA 片段及蛋白表達(dá)［20］。Bcl-2 和Bax 在細(xì)胞內(nèi)可以形成同源二聚體，也可以以異源二聚體形式存在。Bcl-2、Bax和Bcl-x 三者關(guān)系的改變形成一個復(fù)雜的凋亡調(diào)控系統(tǒng)：Bax 與Bax 形成同源二聚體，進(jìn)入細(xì)胞凋亡程序；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Bcl-2 蛋白的表達(dá)量增多，可促使Bax-Bax 二聚體分離，游離的Bax 與Bcl-2 形成更穩(wěn)定的Bax-Bcl-2 異源二聚體，使由Bax-Bax 二聚體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的作用結(jié)束。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的Bcl-Xs 大量表達(dá)時，會優(yōu)先與Bcl-2 形成異源二聚體，游離的Bax 得以形成更多的同源二聚體而誘導(dǎo)凋亡［21］。在研究神經(jīng)細(xì)胞受損凋亡的實驗中，頭部損傷后4 小時，Bax 蛋白表達(dá)升高，伴隨Bcl-2 表達(dá)下調(diào)。與此同時，在這些細(xì)胞中也觀察到p53 的標(biāo)記免疫表達(dá)。在大鼠受傷后1 天內(nèi)，觀察到不同數(shù)量的轉(zhuǎn)移酶d-UTP 鎳-末端標(biāo)記陽性細(xì)胞。研究結(jié)果表明，p53 的上調(diào)和Bcl-2 與Bax 的比值的變化可能導(dǎo)致中樞神經(jīng)細(xì)胞在閉合性腦損傷后的神經(jīng)細(xì)胞凋亡［22］。Bax 基因啟動子區(qū)域包含4 個同源基因，以達(dá)成共識p53 結(jié)合位點(diǎn)。有研究表明，Bax 是野生型p53 的主反應(yīng)基因，可能參與了p53 調(diào)控的誘導(dǎo)途徑［23］。

在鱗狀細(xì)胞癌（squamous cell carcinomas,SCCs） 實驗中，發(fā)現(xiàn)SIRT6 的下調(diào)可以模擬microRNA-34a（miR-34a）限制角質(zhì)細(xì)胞形成腫瘤的作用，從一個側(cè)面表明下調(diào)SIRT6 后正常角質(zhì)形成細(xì)胞向角質(zhì)形成細(xì)胞腫瘤方向發(fā)展［24］。阿爾茨海默病（Alzheimer disease,AD）患者的大腦中，SIRT6 蛋白表達(dá)水平降低。A020542 是老年斑的主要組成部分，降低SIRT6 的表達(dá)，而SIRT6 過表達(dá)可以阻止誘導(dǎo)的HT22 小鼠海馬神經(jīng)元上的A020542 DNA 損傷。此外，A020542 誘導(dǎo)的DNA損傷與p53 水平之間存在很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是一種參與DNA 修復(fù)和細(xì)胞凋亡的蛋白質(zhì)。AD患者大腦中腦細(xì)胞表現(xiàn)為凋亡的增加，通過SIRT6蛋白表達(dá)水平對凋亡有抑制作用，而且通過對p53的影響起作用［25］。在肝癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，p53 直接激活SIRT6 的表達(dá)［26］。

在內(nèi)毒素脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）處理的人牙髓細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT6 表達(dá)顯著降低，細(xì)胞增殖、凋亡升高，Caspase-3 活性增強(qiáng)。SIRT6的過表達(dá)明顯促進(jìn)了細(xì)胞增殖和抑制凋亡，同時降低了Caspase-3 的活性和對Ku70 的去乙酰化［27］。在肝癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT6 耗盡的細(xì)胞中，Ku70 的乙?；黾悠茐牧似渑cBax 的相互作用，最終導(dǎo)致Bax 線粒體的轉(zhuǎn)位。表明SIRT6 可以阻斷Bax 的線粒體移位，并通過去乙?；疜u70 降低肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）細(xì)胞的凋亡率［28］。

2.2 JNK、c-Jun、c-Fos 與Survivin

c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）信號通路是絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）通路中的一條。JNK 為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，定位在胞質(zhì)，也被稱為應(yīng)激活化蛋白激酶（stress activated protein kinase, SAPK）。目前已知的JNK 蛋白激酶的底物有3 種：c-Jun（一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，屬亮氨酸拉鏈家族成員）、ETS 樣蛋白1（ETS-like1,ELK-1）、活化轉(zhuǎn)錄因子-2（activating transcription factor-2,ATF-2）等。JNK 通路的激活與促凋亡作用關(guān)系較大，且與多個通路有關(guān)。JNK 通過磷酸化c-Jun 和ATF-2 激活轉(zhuǎn)錄因子AP-1（AP-1 是Jun-Jun、Jun-Fos 或Jun-ATF 的二聚體），F(xiàn)as 配體（Fas ligand,FasL）的啟動子內(nèi)包含有AP-1 等順式作用元件，致使FasL 表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡［29］。JNK/SAPK 激活促進(jìn)凋亡機(jī)制包括：誘導(dǎo)FasL 表達(dá)增多，使凋亡相關(guān)基因差異表達(dá)、調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Ca2+環(huán)境和激活Caspase 家族。CHOI 等［30］以6-羥基多巴胺誘導(dǎo)雜交瘤MN9D 細(xì)胞凋亡的實驗中發(fā)現(xiàn)，MN9D 細(xì)胞的凋亡依賴于Caspase 和JNK 的活化以及活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）的產(chǎn)生：活化的ROS 激活JNK，后者再激活Caspase，提示JNK 可能處于凋亡信號傳導(dǎo)通路的上游，調(diào)控Caspase 蛋白，而Caspase-3可能在下游作為凋亡的效應(yīng)器［31］。百草枯誘導(dǎo)JNK 活化，c-Jun 磷酸化，使得Caspase-3 前體激活，導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞相繼死亡，這種效應(yīng)能在體外被特異性JNK 抑制劑SP600125 阻斷。而且，百草枯誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元死亡能在體內(nèi)被JNK通路阻斷劑CEP-11004 阻斷。這說明，百草枯誘導(dǎo)多巴胺能黑質(zhì)神經(jīng)元凋亡是由JNK 通路信號級聯(lián)反應(yīng)激活［32］。體外實驗表明，白藜蘆醇能阻止玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa,HS）介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，實驗中以白藜蘆醇預(yù)處理細(xì)胞，抑制了AP-1 活化［33］。LIN 等［34］進(jìn)一步報道，玫瑰茄抽提液（Hibiscus sabdariffa extract,HSE）引起的細(xì)胞凋亡，是通過JNK/p38MAPK 通路的激活、c-Jun 蛋白的磷酸化，激活凋亡信號，其中包括Fas 介導(dǎo)的信號。

生存素（survivin）是一種通過抑制凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis inducing factor,AIF）依賴性凋亡通路和可能的Caspase3/7/9 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡抑制凋亡的一種生存蛋白［35-39］。它在發(fā)育過程中普遍表達(dá)，在大多數(shù)正常組織中不存在［35，40-41］，在大多數(shù)癌癥中［42］存活表達(dá)被重新激活，并與腫瘤侵犯和降低患者存活率有關(guān)［43］。最近，MIN 等人用小鼠模型對肝癌的發(fā)病進(jìn)行了特異性的分析，證明了啟動癌細(xì)胞的存活是可控的。由c-Jun、c-Fos（基因片段）、SIRT6 和survivin（凋亡抑制基因）可組成瀑布效應(yīng)，c-Jun 和c-Fos 是腫瘤發(fā)展的重要調(diào)控因子，c-Fos 受c-Jun 調(diào)控。在肝臟腫瘤啟動過程中，c-Jun 通過誘導(dǎo)生存素表達(dá)抑制細(xì)胞死亡。這個表達(dá)式的生存素由SIRT6 控制，調(diào)節(jié)組蛋白脫乙酰作用和核因子κB（nuclear factor-κB, NF-κB）綁定在幸存的啟動子。SIRT6 表達(dá)是由c-Fos調(diào)控的，通過抑制生存來提高細(xì)胞的死亡。c-Jun在早期腫瘤分期中對c-Fos 的抑制作用將阻斷SIRT6 表達(dá)。在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中，SIRT6 阻滯也表現(xiàn)為SIRT6［44］表達(dá)較低。SIRT6 通過與c-Jun和脫乙酰組蛋白3 在Lys9（H3K9）相互作用并抑制胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor,IGF）信號相關(guān)基因的啟動子［7］。這里揭示了SIRT6 通過氧化應(yīng)激激活DNA 雙鏈斷裂（double-strand break,DSB）修復(fù)的機(jī)制。筆者認(rèn)為應(yīng)激激活的蛋白激酶c-Jun 氨基末端激酶（JNK）在氧化應(yīng)激反應(yīng)中磷酸化SIRT6，這一翻譯后修飾有助于將SIRT6 動員到DNA 損傷位點(diǎn)，并要求高效地將聚ADP 核糖聚合酶1（poly ADP-ribose polymerase-1,PARP1）用于DNA 斷裂位點(diǎn)和有效修復(fù)DSBs［45］。

2.3 MEK-ERK 信號通路

RAF 活化后使蛋白激酶的激酶（mitogenactivated protein kinase kinase,MEK）環(huán)上的絲氨酸殘基通過磷酸化而后將其激活，磷酸化后的MEK再將細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase, ERK）激活，進(jìn)而使許多與胞質(zhì)和胞膜相連的底物磷酸化。還有報道指出，ERK 被快速地轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，通過去磷酸化作用激活A(yù)P-1、ELK-1、蝦堿性磷酸酶（shrimp alkaline phosphatase, SAP）等涉及增殖反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄分子，促進(jìn)細(xì)胞凋亡［46］。

對于SIRT6 與蛋白激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（MEK/ERK）通路關(guān)系的研究，出現(xiàn)了比較有趣的情況，SIRT6 既可作為促癌基因，又可對某些腫瘤起到抑制作用。KIM 等［47］發(fā)現(xiàn)，在肺癌細(xì)胞中，SIRT6 的降解是通過蛋白激酶A（PKA）依賴性抑制Raf-MEK-ERK 通路介導(dǎo)的，而減少SIRT6 表達(dá)增強(qiáng)γ 射線誘導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞凋亡。接下來的研究發(fā)現(xiàn)，非小細(xì)胞肺癌（non-small-cell lung carcinoma,NSCLC）細(xì)胞系中SIRT6 過表達(dá)增加了細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）磷酸化，激活基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9,MMP9），促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲。在使用特定的絲裂原活化蛋白激酶（MEK）1/2 抑制劑治療后， 這些效應(yīng)被消除［48］。 肺鱗狀細(xì)胞癌（squamous cell carcinoma,SCC）是肺癌的主要亞型之一。有研究表明TRA2B-DNAH5 融合是肺SCC中一個新的致癌驅(qū)動因素。這種TRA2B-DNAH5融合通過調(diào)節(jié)SIRT6-ERK1/2-MMP1 信號軸，促進(jìn)肺SCC 惡性進(jìn)展［49］。在肝細(xì)胞癌研究中發(fā)現(xiàn)，SIRT6 表達(dá)所需轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1） 和過氧化氫/次氯酸（H2O2/HOCl）（嗜中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧自由基）促進(jìn)肝細(xì)胞癌（HCC）的致瘤性細(xì)胞。SIRT6改變Smad 和p38 MAPK 通路對細(xì)胞衰老的影響，促進(jìn)ERK 通路對細(xì)胞衰老的抑制作用。然而，SIRT6 低效的促進(jìn)作用導(dǎo)致TGF-β1/H2O2/HOCl 有氧糖酵解和凋亡抵抗［50］。但是，SIRT6 的過度表達(dá)降低了肝細(xì)胞癌胞內(nèi)活性氧和超氧陰離子水平。SIRT6 的過表達(dá)抑制了ERK1/2 的磷酸化，并通過化學(xué)特異性抑制劑U0126 阻斷ERK1/2 通路，減弱了SIRT6 過度表達(dá)的抑癌效果，表明SIRT6 是肝癌細(xì)胞的抑癌基因［51］。同時，有人發(fā)現(xiàn)SIRT6 對腎臟有保護(hù)作用。SIRT6 基因敲除因順鉑引起的腎臟損傷，而SIRT6 與ERK1、ERK2 和脫乙酰組蛋白3 在Lys9（H3K9）的啟動子結(jié)合，從而抑制ERK1/2 的表達(dá)。此外，抑制ERK1/2 活性可消除SIRT6 敲除引起的腎臟損傷加重。

3 結(jié)語及展望

綜上所述，SIRT6 在細(xì)胞內(nèi)最重要的酶活性為去乙?；富钚院秃颂腔D(zhuǎn)移酶，可調(diào)控多條凋亡信號通路。目前研究中可發(fā)現(xiàn)，SIRT6 可抑制細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤形成、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，可能起著延長壽命的作用，但也有研究表明，該蛋白可促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。隨著人們越來越渴望長壽，SIRT6 的優(yōu)越性越明顯，逐漸成為sirtuins 家族中研究的一個熱點(diǎn)。關(guān)于SIRT6 的研究處于初級的階段，仍存在許多問題有待解決。首先，SIRT6 雖然參與細(xì)胞眾多生命過程調(diào)控，但具體機(jī)制不清；其次，基于其功能的重要性，SIRT6 本身的調(diào)控尤顯重要，但目前關(guān)于它的調(diào)控研究仍較少，可在未來進(jìn)一步研究；最后，SIRT6 作為藥物靶點(diǎn)，可用于治療相關(guān)疾病。