沉默信息調(diào)節(jié)因子1在腫瘤中的作用

羅 雅，劉裔莎，李星斕

(四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院病理科，四川 成都610041)

酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2(yeast silent information regulation 2, Sir2)是與染色體穩(wěn)定有關(guān)的重要基因，可以延長酵母、果蠅及線蟲等生物的壽命[1]。Sirtuins家族最早發(fā)現(xiàn)于20世紀70年代，是一類依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的去乙?；竅1]，是哺乳動物細胞中SIR2的同源物。Sirtuins家族共有7個成員，分別為Sirt1-7，分布于胞漿、線粒體、細胞核等部位，參與DNA的損傷修復(fù)、基因表達調(diào)控、能量代謝及細胞分化增殖等細胞活動，并在生命維持中發(fā)揮重要作用[2]。

Sirt1是sirtuins家族中的第一個成員，也是與Sir2 同源性最高，研究較多的一個成員，包含747個氨基酸殘基，定位于細胞漿和細胞核，分子量約為120 kDa[3]，Sirt1在生物進化過程中高度保守，且在人體細胞內(nèi)外分布廣泛，提示其可能承擔重要的生物學功能。近來研究表明，Sirt1與延緩人類衰老，增加壽命有關(guān)，因此又被稱為長壽基因[4]。隨著研究的不斷深入，Sirt1的其他功能被不斷發(fā)掘，包括神經(jīng)重塑、記憶以及疾病發(fā)生發(fā)展有關(guān)，如代謝綜合征、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病及腫瘤等[5～7]。

1 Sirt1概述

1.1 Sirt1的上游及下游信號分子Sirt1表達受到上游轉(zhuǎn)錄因子如P53、FOXO3、E2F1、c-myc以及非編碼RNA如miR-34、miR-22-3p等的調(diào)節(jié)[8～10]。Sirt1可作用的下游底物分子非常多，主要包括組蛋白及非組蛋白兩大類。組蛋白包括H1 lys26、H3 lys9及H4 lys16等[11]；非組蛋白類包括腫瘤抑制基因(如P53)、轉(zhuǎn)錄因子(如E2F1、c-myc)、細胞信號傳導分子(如STAT3、PTEN、β-catenin等)、DNA損傷修復(fù)蛋白(如RAD51、NBS1、APE1等)以及組蛋白修飾酶(如組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶P300、組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1)[6, 12]。一些上游調(diào)控Sirt1的分子同時也是Sirt1的下游作用底物。如前文提到的p53、c-myc、β-catenin、E2F1等腫瘤相關(guān)基因都受到Sirt1調(diào)控[1, 3]。這些分子與Sirt1形成負反饋調(diào)節(jié)環(huán)，這些復(fù)雜的調(diào)節(jié)機制也為Sirt1與腫瘤的相關(guān)研究帶來了困難及挑戰(zhàn)。

1.2 Sirt1的生物學功能Sirt1是依賴煙酰胺嘌呤二核苷酸的去氧化物酶，可以對下游蛋白或基因進行乙?；蛉ヒ阴；{(diào)節(jié)。以P53為例，Sirt1 對P53及其蛋白產(chǎn)物的影響有以下幾個途徑：①Sirt1對P53賴氨酸殘基的去乙?；罂梢种芇53的轉(zhuǎn)錄，抑制P53發(fā)揮腫瘤抑制作用，Sirt1的去乙酰化的作用位點包括H1 lys26、H3 lys9及H4 lys16[11]；②Sirt1也可結(jié)合p300/CBP阻止其發(fā)揮乙?；淖饔?；③Sirt1還通過蛋白-蛋白作用對P53蛋白去乙酰化，去乙?；蟮腜53蛋白對下游基因的轉(zhuǎn)錄激活作用降低[3]。

Sirt1除了對下游底物去乙酰化外，還可影響組蛋白的甲基化。組蛋白甲基化酶(suppressor of variegation 3-9 homolog 1, SUV39H1)就是一種受到Sirt1調(diào)節(jié)的甲基化酶， Pruitt等發(fā)現(xiàn)要通過抑制HDACⅠ/Ⅱ來實現(xiàn)抑癌基因的再表達需要預(yù)先降低抑癌基因啟動子的髙甲基化狀態(tài),而Sirt1去除后即可使被抑制的腫瘤抑制基因重新表達，且無需改變這些基因的啟動子高甲基化狀態(tài)[13]， Vaquero等后續(xù)研究則發(fā)現(xiàn)Sirt1可以通過招募和去乙?；疭UV39H1，其協(xié)同作用的結(jié)果是Sirt1的靶序列中H3K9低乙酰化合并高甲基化，共同抑制基因的表達[14]。

2 Sirt1在腫瘤中的作用

近年來，Sirt1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及機制得到廣泛研究，但是它在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的雙面調(diào)控作用，使其作為一個癌基因或者抑癌基因的存在尚存爭議。目前研究表明，Sirt1可能在不同的腫瘤中扮演不同的角色。如在肝癌[15]、前列腺癌[16]中其表達升高，且高表達與腫瘤預(yù)后不良有關(guān)，其作用相當于癌基因。在胃癌[17]、結(jié)腸癌[18]中，Sirt1可以抑制腫瘤細胞的生長，發(fā)揮抑癌基因的作用。Sirt1除了能夠影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，還在腫瘤發(fā)展的生物學行為如腫瘤血管生成、自噬等方面發(fā)揮重要作用。

2.1 Sirt1與血管生成相比于正常組織，腫瘤生長速率及代謝均明顯增高，這就需要有更多的血供來為腫瘤組織提供氧及其他營養(yǎng)物質(zhì)，因此，腫瘤的血管生成就維持腫瘤生長起到重要作用。許多影響血管生成及生長的重要因子都會受到Sirt1的調(diào)節(jié)，如NICD，F(xiàn)OXO等。NICD參與的Notch通路是調(diào)節(jié)細胞生長分化的重要因素，在腫瘤組織中，Dll4-NICD的低表達狀態(tài)可增加尖端細胞的形成，并促進血管出芽及分支[19]。在正常情況下，NICD被p300/CBP乙?；?，處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過抑制血管內(nèi)皮生長因子抑制血管的生成，當Sirt1對NICD的去乙酰化使NICD穩(wěn)定性降低，而內(nèi)皮細胞對不穩(wěn)定的NICD敏感性較高，從而導致血管過度增殖，遷移及聚集[20]。此外FOXO被sirt1去乙?；螅寡苌傻淖饔帽灰种?。在卵巢癌中，Sirt1蛋白過表達可以有效抑制group box-1(HMGB1)蛋白表達和乙酰化，從而抑制卵巢癌的遷移、侵襲和血管生成[21]。

2.2 Sirt1和細胞因子除了對基因組蛋白及其蛋白產(chǎn)物的去乙?；猓琒irt1還可能對一些重要的細胞因子發(fā)揮作用，例如p65/RelA。腫瘤壞死因子-α可乙?；痯65/RelA中l(wèi)ys310位點，激活NF-κB通路，從而增加細胞凋亡抑制蛋白基因-1、2等多種抗凋亡基因的表達。Zhu等通過siRNA和Sirt1激活劑Resveratrol證實Sirt1活性增高后，可以通過去乙?；痯65/RelA，進而抑制炎癥時NF-κB信號通路的活化[22]。由此可見，Sirt1通過與腫瘤壞死因子-α發(fā)揮相逆的作用，抑制信號通路的激活，減少抗凋亡基因的表達，發(fā)揮抑制腫瘤的作用。

2.3 Sirt1與低氧誘導因子(HIF)腫瘤由于生長較正常組織迅速，常處于缺氧狀態(tài)，如何應(yīng)對低氧狀態(tài)，是腫瘤在生長過程中需要解決的難題，也是抗腫瘤治療中重要的治療靶點。在眾多細胞因子中，HIF-1α是腫瘤在低氧環(huán)境中得以存活并生長的明星分子，低氧條件下，HIF-1α亞基穩(wěn)定性增強，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活的作用，下游靶基因編碼的分子包括紅細胞生成素、血管內(nèi)皮生長因子、胰島素樣生長因子2、酪氨酸羥化酶及糖酵解酶等，涉及細胞的增殖分化、能量代謝等多方面[23]。

Ruichen等研究發(fā)現(xiàn)，低氧時，HIF-1α結(jié)合Sirt1啟動子的HRE5并上調(diào)其表達，Sirt1又可反作用于HIF-1α。研究發(fā)現(xiàn)，Sirt1抑制HIF-1α對p300的招募和結(jié)合，從而阻止HIF-1α發(fā)揮功能[24]。但Leiser等認為低氧會誘導Sirt1 mRNA的低表達[25]，因為低氧時組織主要依靠糖酵解來提供能量，NAD+/NADH降低，Sirt1活性也會降低降低。上研究結(jié)果說明HIF-1α和Sirt1之間相互影響，形成復(fù)雜的低氧調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，但目前Sirt1與HIF-1α的關(guān)系也存在較多爭議，仍需進行深入研究。

2.4 Sirt1與自噬自噬是真核細胞通過溶酶體對其自身亞細胞結(jié)構(gòu)進行降解的生物學過程，在細胞生長、分化以及維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等過程中發(fā)揮重要作用[26]。研究表明，自噬與腫瘤關(guān)系密切，其調(diào)控機制復(fù)雜。在腫瘤發(fā)生早期，自噬清除受損細胞器，促進蛋白分解代謝，從而抑制腫瘤生成；在腫瘤進展期缺血缺氧環(huán)境下，自噬可降解、循環(huán)再利用細胞內(nèi)物質(zhì)，促進腫瘤細胞存活[27]，在腫瘤治療過程中，自噬可清除因化療藥物導致的細胞器損傷，成為腫瘤耐藥性和治療抵抗的重要因素[28]。

自噬的整個過程受多種自噬相關(guān)蛋白調(diào)控，Sirt1 的去乙?；饔每苫罨恍┳允上嚓P(guān)蛋白，啟動細胞自噬的發(fā)生。非小細胞肺癌細胞中Sirt1表達上調(diào)，促進 LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的轉(zhuǎn)化，LC3-Ⅱ作為自噬相關(guān)蛋白，其轉(zhuǎn)錄活性升高意味著自噬的發(fā)生[29, 30]。激活 Sirt1，可抑制Akt/mTOR 途徑的磷酸化，導致p-Akt / Akt、p-mTOR / m TORD 的比例降低，相反 p38/MAPK 途徑被激活，pp-38 / p-38比例增加，誘導保護性自噬[30]。

2.5 Sirt1在腫瘤中的雙重調(diào)控作用多種腫瘤相關(guān)的基因和轉(zhuǎn)錄蛋白都受到Sirt1的調(diào)節(jié)，但Sirt1對腫瘤相關(guān)基因調(diào)控作用的兩面性使其在腫瘤發(fā)生的作用成為爭論的焦點，例如Sirt1對P53的作用能促進腫瘤的發(fā)生，而β-catenin和c-Myc的去乙?；瘎t會使二者的促瘤作用降低[31]。Sirt1究竟發(fā)揮抑癌作用還是促癌作用，仍需要進一步研究和討論。

以Sirt1在前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中的雙向作用為例，雄激素受體(AR)在激素依賴性前列腺癌中高表達，與前列腺癌的發(fā)生、類型轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)移都密切相關(guān)，AR的轉(zhuǎn)錄后修飾可能是其發(fā)揮以上作用的重要途徑，P300對AR的乙?；鰪娏似渥鳛檗D(zhuǎn)錄因子的活性，上調(diào)下游基因的表達，在前列腺癌有激素敏感型向非敏感型的轉(zhuǎn)化中起到重要作用[32, 33]。Sirt1會抑制p300并與p300競爭AR的乙?；稽c從而阻遏AR介導的腫瘤生長等過程，因此上調(diào)Sirt1是治療前列腺癌的潛在靶點[32]。

然而Kojima等研究證明，Sirt1在激素抵抗型PC3和DU145細胞中表達量較激素敏感型細胞LNCaP高，通過siRNA阻斷Sirt1會導致細胞凋亡，并使腫瘤對化療藥物的敏感性增強[16]。而Xu等研究則提出，Sirt1去乙酰化HIF-1α、過氧化物酶體增殖物激活受體γ (PPAR-γ) 和 PPAR-γ共激活因子 1-α(PGC-1α)影響線粒體功能和生物合成，從而導致非小細胞肺癌對化療藥物耐藥[34]。

綜上所述，Sirt1可以作用及調(diào)控的底物非常多，尤其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮極其重要的作用，它不僅可以修飾如血管生成、細胞增殖凋亡、自噬等腫瘤發(fā)生途徑中的相關(guān)分子，也可以對DNA進行表觀遺傳學的修飾。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)Sirt1可以作為腫瘤學領(lǐng)域中非常有潛力的靶點，給腫瘤的治療帶來新的希望。但它又在腫瘤演進中表現(xiàn)出的兩面性卻讓我們無法對其功能作用達成一致。所以，Sirt1仍具有巨大的研究價值。