沉默交配型信息調(diào)節(jié)因子2同源蛋白3在腫瘤中的雙重作用▲

崔 楊 曲 璇

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)1 醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，2 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,陜西省咸陽市 712046)

【提要】 沉默交配型信息調(diào)節(jié)因子2同源蛋白3(SIRT3)是定位于線粒體的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的去乙?；?，能夠系統(tǒng)地調(diào)控線粒體蛋白的乙?；?，在調(diào)控活性氧水平、調(diào)節(jié)線粒體代謝、維持線粒體動態(tài)平衡等方面起著至關(guān)重要的作用。因此，SIRT3在癌癥發(fā)生和發(fā)展中的作用也受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的癌癥類型中，SIRT3扮演著促癌或抑癌的雙重角色，這與癌癥的個體差異及SIRT3所調(diào)控的靶點不同有關(guān)。本文主要探討SIRT3的生物學(xué)功能及其在不同癌癥中的作用機制，為SIRT3作為腫瘤精準化治療的潛在靶點提供理論參考。

組蛋白去乙?；窼irtuins，即沉默交配型信息調(diào)節(jié)因子2同源蛋白(silent mating-type information regulation 2 homolog,SIRT)，是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的具有去乙酰化作用的一類蛋白家族。人類Sirtuins家族共有7個成員，即SIRT 1～7，其中SIRT3、SIRT4和SIRT5位于線粒體，其他成員位于細胞質(zhì)或細胞核內(nèi)，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的多種生理過程，如能量代謝、應(yīng)激反應(yīng)、細胞生長、衰老、干細胞特性、癌癥等[1]。

乙酰化修飾具有調(diào)節(jié)酶的活力、保持酶蛋白的穩(wěn)定性和酶的亞細胞定位等功能，是一種重要的蛋白翻譯后修飾類型。近幾年研究表明，幾乎所有的代謝過程(糖酵解、三羧酸循環(huán)、糖異生、尿素循環(huán)、糖原代謝、脂肪酸代謝)中都存在代謝酶的乙酰化修飾現(xiàn)象[2]。這說明乙酰化修飾對細胞的代謝具有廣泛的調(diào)控作用。因此，改變乙?；?去乙酰化酶的表達或調(diào)控底物的乙?；竭M而調(diào)控細胞代謝，已成為研發(fā)代謝相關(guān)疾病藥物的一種新思路。然而，癌癥作為一種代謝性疾病具有很大的個體差異，且不同類型與分期的癌癥，其代謝調(diào)控路徑也不盡相同。

SIRT3是Sirtuins蛋白家族的重要成員之一，也是最活躍的線粒體去乙?；?，是維持線粒體正常功能和代謝的關(guān)鍵蛋白，其可以調(diào)節(jié)代謝酶活性，在幫助細胞抵御氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)細胞能量代謝平衡、維持線粒體功能等方面發(fā)揮著重要的作用。最近研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3在癌癥中發(fā)揮著重要的作用，在腫瘤細胞的生長、增殖、轉(zhuǎn)移、浸潤、凋亡，腫瘤代謝重編程，以及基因組穩(wěn)定性中，扮演著腫瘤促進因子和抑制因子的雙重角色[3-5]。

1 SIRT3與腫瘤

隨著機體的衰老，腫瘤發(fā)生的風(fēng)險也逐漸增加，原因可能是細胞內(nèi)線粒體代謝出現(xiàn)異常，氧化還原反應(yīng)失調(diào)，這種現(xiàn)象在腫瘤細胞和老化細胞中普遍存在[6]。鑒于線粒體蛋白SIRT3可通過上調(diào)超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2,SOD2)[7]和異檸檬酸脫氫酶2(isocitrate dehydrogenase 2,IDH2)[8]等抗氧化酶的活性，降低活性氧簇的水平，有學(xué)者提出SIRT3可能通過調(diào)控活性氧簇水平在細胞衰老和細胞致瘤性轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮作用[9]。Kim等[10]在SIRT3基因敲除小鼠胚胎成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT3缺失可引起氧化應(yīng)激發(fā)生和基因穩(wěn)定性下降，促使細胞致瘤性轉(zhuǎn)化。這說明SIRT3可能為抑癌基因，其缺失后相關(guān)癌基因表達增加，使得細胞出現(xiàn)惡性表型。這一發(fā)現(xiàn)為學(xué)者們研究SIRT3與腫瘤之間的關(guān)系翻開了新的篇章。經(jīng)過近十年的努力，學(xué)者們對SIRT3在腫瘤中的作用有了更清晰的認識。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3能夠調(diào)節(jié)細胞的氧化應(yīng)激、能量代謝、增殖和凋亡等過程，在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但SIRT3并不是單純的促癌或者抑癌因子，在不同分型和分期的腫瘤中，SIRT3 所發(fā)揮的作用往往呈兩面性[3]，而這與活性氧簇在腫瘤中的雙重作用密切相關(guān)[11]。

2 SIRT3對腫瘤的抑制作用

2.1 SIRT3通過調(diào)控活性氧簇水平發(fā)揮抑癌作用 癌變與機體細胞的代謝重編程有關(guān)，多種機制參與該過程，其中就包括轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。在腫瘤細胞中，由于缺氧,線粒體對低氧張力做出反應(yīng)并產(chǎn)生活性氧簇，從而提高HIF-1α的穩(wěn)定性，HIF-1α累積并轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，誘導(dǎo)相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄,其中許多靶點是與腫瘤生長、增殖、轉(zhuǎn)移和血管生成相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子[12]。而SIRT3可以下調(diào)活性氧簇的水平，導(dǎo)致HIF-1α的穩(wěn)定性降低并促進其降解，使HIF-1α下游分子的轉(zhuǎn)錄活性降低，從而抑制腫瘤的發(fā)生[13]。與健康個體的B淋巴細胞相比，慢性淋巴細胞白血病患者的B淋巴細胞中SIRT3表達降低。Yu等[14]發(fā)現(xiàn)，在敲除原代培養(yǎng)的慢性淋巴細胞白血病細胞的SIRT3基因后腫瘤細胞生長變快，而過表達SIRT3基因后腫瘤細胞生長受到抑制；進一步研究發(fā)現(xiàn)這與SIRT3去乙酰化激活I(lǐng)DH2和SOD2、降低活性氧簇水平有關(guān)。還有研究顯示，在乳腺癌細胞中，SIRT3能夠使IDH2蛋白第413位的賴氨酸去乙酰化，促使IDH2形成二聚體，進而提高IDH2的活性；而在乳腺癌細胞中敲除SIRT3基因后，IDH2乙?；缴撸荒苄纬啥垠w，其活性降低，導(dǎo)致線粒體代謝水平下降，有氧呼吸增加，活性氧簇水平升高，氧化應(yīng)激水平增加，最終導(dǎo)致細胞致瘤性轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[8]。該研究還提示，SIRT3的表達與IDH2乙?；郊叭橄侔盒燥L(fēng)險呈負相關(guān)[8]。

2.2 SIRT3 可抑制前列腺癌的轉(zhuǎn)移 有研究顯示，在前列腺癌中，順烏頭酸酶(aconitase 2，ACO2)是一種促癌因子，ACO2的表達水平與前列腺癌的惡性程度呈正相關(guān)[15]。有學(xué)者在前列腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT3可以使ACO2蛋白第258位的賴氨酸發(fā)生去乙?；揎?，進而抑制ACO2的活性；在前列腺癌自發(fā)骨轉(zhuǎn)移小鼠模型中，抑制SIRT3的轉(zhuǎn)錄后，線粒體中ACO2的活性增強，侵襲性前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，重新激活SIRT3的轉(zhuǎn)錄后，前列腺癌細胞在骨微環(huán)境中的定植受到抑制，這說明SIRT3可以通過抑制ACO2來阻礙前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移[16]。

2.3 SIRT3可抑制肝細胞癌的發(fā)展 在肝細胞癌中，SIRT3表達與腫瘤分級和大小密切相關(guān)，SIRT3過表達可以抑制肝癌細胞的生長，并促進肝癌細胞凋亡[17]。這與SIRT3激活糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)/B細胞淋巴瘤-2相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein，Bax)凋亡通路有關(guān)，其中GSK-3β可能是SIRT3的去乙?；悬c[17]。此外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在肝癌細胞中過表達SIRT3，能夠增加肝癌細胞對一系列化療藥物的敏感性，這種化療增敏作用與SIRT3下調(diào)谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶P1的轉(zhuǎn)錄水平，從而激活c-Jun氨基末端激酶和下游靶點c-Jun相關(guān)[18-19]。

3 SIRT3對腫瘤的促進作用

3.1 SIRT3對頭頸部腫瘤的促進作用 有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，SIRT3作為應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的去乙?；?，其高表達可防止腫瘤細胞發(fā)生遺傳毒性及氧化應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡。例如，在頭頸部鱗狀細胞癌中SIRT3呈高表達，其可使活性氧簇維持在適當水平進而促進癌細胞的增殖，并保護細胞的侵襲性表型，抑制細胞凋亡，促進癌變[20]；在人口腔癌細胞和組織中SIRT3呈高表達，其可通過死亡受體Fas/CD95介導(dǎo)的信號通路來抵抗腫瘤細胞的失巢凋亡，促進腫瘤生長，在口腔鱗癌發(fā)生和發(fā)展過程中，SIRT3可能參與了Fas/受體相互作用蛋白/整合素1/黏著斑激酶死亡-生存通路的調(diào)控[21]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，SIRT3的低表達可以抑制口腔鱗癌細胞的生長和增殖，并可提高放療和化療藥物的作用[22]。

3.2 SIRT3對呼吸系統(tǒng)腫瘤的促進作用 SIRT3可通過直接作用于其去乙?；悬c發(fā)揮促癌作用。如在非小細胞肺癌細胞中，SIRT3的低表達可抑制煙酰胺單核苷腺苷?；D(zhuǎn)移酶2(nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase 2，NMNAT2)的去乙酰化和該酶的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸合成活性，從而阻礙細胞進入有絲分裂；SIRT3的低表達還可以抑制細胞增殖并加速細胞凋亡，這與SIRT3和NMNAT2相互作用所致的能量代謝變化有關(guān)[23]。

3.3 SIRT3對消化系統(tǒng)腫瘤的促進作用 有學(xué)者對食管癌組織樣本進行免疫染色，并采用HScore法對SIRT3的表達水平進行半定量分析，發(fā)現(xiàn)SIRT3是食管癌發(fā)生的獨立預(yù)測指標[24]。在結(jié)腸癌中，SIRT3可使致癌因子絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶2(serine hydroxymethyltransferase 2,SHMT2)第95位的賴氨酸去乙?；蕴岣逽HMT2的活性并抑制其泛素化降解，進而促進結(jié)直腸癌細胞的生長和增殖；在結(jié)直腸癌組織樣本中SHMT2第95位的賴氨酸乙?；斤@著降低，并與SIRT3的表達呈負相關(guān)，同時SIRT3的高表達水平與較短的生存期相關(guān)[25]。還有研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸癌細胞中沉默SIRT3基因會引起線粒體生成減少和功能衰退，導(dǎo)致結(jié)腸癌細胞發(fā)生線粒體聚集，使腫瘤細胞的遷移能力和克隆形成能力下降[26]。

3.4 SIRT3對泌尿和生殖系統(tǒng)腫瘤的促進作用 有研究顯示，在含外源野生型p53基因的膀胱癌EJ細胞中，線粒體內(nèi)的p53是SIRT3去乙酰作用的靶點，SIRT3通過阻斷p53的部分活性，抑制p53誘導(dǎo)的細胞生長阻滯和衰老[27]。同時，有學(xué)者在磷酸酶-張力蛋白同源性基因缺陷型非小細胞肺癌細胞中進一步發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)象與p53脫乙?；蟮姆核鼗到庥嘘P(guān)[28]。此外，SIRT3能夠促進卵巢癌細胞的轉(zhuǎn)移。Kim等[29]發(fā)現(xiàn)，在游離卵巢癌細胞和高級漿液性卵巢癌患者的惡性腹水腫瘤細胞中，SIRT3的活性增強且表達升高；其還通過細胞實驗發(fā)現(xiàn)，SIRT3在非貼壁依賴性卵巢癌細胞的生存和種植性轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用， SIRT3的表達上調(diào)及SIRT3調(diào)控的SOD2抗氧化作用有助于抵抗細胞失巢凋亡，即SIRT3作為線粒體應(yīng)激反應(yīng)基因，在腫瘤細胞轉(zhuǎn)移過程中具有維持細胞生存的作用。

3.5 SIRT3對其他腫瘤的促進作用 在乳腺癌中，SIRT3作為參與線粒體未折疊蛋白反應(yīng)的重要因子，能夠減少蛋白毒性應(yīng)激的發(fā)生，保持活性氧簇水平，促進乳腺癌的轉(zhuǎn)移[30-31]。SIRT3在彌漫大B細胞淋巴瘤中呈高表達并與患者預(yù)后不良相關(guān)，不管是哪一種亞型和基因型，彌漫大B細胞淋巴瘤細胞的生長、增殖、生存、自我更新都依賴于SIRT3，這是因為SIRT3缺失會抑制發(fā)生中心B淋巴細胞惡性轉(zhuǎn)化，而其機制可能與SIRT3的缺失導(dǎo)致其靶點谷氨酸脫氫酶的失活，抑制三羧酸循環(huán)，從而引起細胞自噬和細胞死亡有關(guān)[32]。

4 小 結(jié)

SIRT3通過維持線粒體的完整性和功能性，調(diào)節(jié)能量代謝、參與氧化應(yīng)激、降低活性氧簇水平、調(diào)控細胞凋亡，在腫瘤發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮著雙向調(diào)控作用。其中，SIRT3通過SOD2和IDH2等抗氧化酶來降低活性氧簇的水平，從而發(fā)揮抑制腫瘤的作用。同時，SIRT3水平的升高又能夠幫助腫瘤細胞抵抗氧化應(yīng)激、維持線粒體功能、調(diào)控能量代謝，從而發(fā)揮促癌作用。除了調(diào)控活性氧簇水平，SIRT3還能通過調(diào)控其他靶點來改變自身的活性或者穩(wěn)定性，在代謝重編程、調(diào)節(jié)線粒體穩(wěn)態(tài)平衡、細胞凋亡中發(fā)揮作用。如SIRT3可以通過去乙?；疉CO2、GSK-3β/Bax等靶點，抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，增加腫瘤細胞對化療藥物的敏感性;而另一方面，SIRT3可以通過NMNAT2、p53、SHMT2、吡咯-5-羧酸還原酶1等靶點，促進腫瘤細胞的生長、增殖和轉(zhuǎn)移。總之，SIRT3在腫瘤中的雙重作用與活性氧簇在腫瘤中的雙重作用密切相關(guān)[11,33-34]。因此，研究SIRT3在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用時，應(yīng)視情況具體分析，不能一概而論，而SIRT3在個性化精準醫(yī)療中是否可作為腫瘤的治療靶點，仍需要更深入的研究以證實。