沉默信息調(diào)節(jié)因子3 在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的研究進(jìn)展△

安雅楠，王祝怡，周慧玲，于鴻#

1大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧大連 116000

2泰州市人民醫(yī)院病理科，江蘇泰州 225300

沉默信息調(diào)節(jié)因子（sirtuin，SIRT）家族屬于Ⅲ類組蛋白去乙?；福蓡T包括SIRT1～7，在人體內(nèi)廣泛表達(dá)，參與調(diào)控細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)、代謝、衰老和凋亡等過程[1]。SIRT 發(fā)揮去乙?；饔眯枰蕾囕o因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD），通過NAD+將其酶活性與氧化還原狀態(tài)和細(xì)胞能量聯(lián)系起來，當(dāng)NAD+/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）升高時，SIRT 酶活性升高，NAD+/NADH 降低時，SIRT 酶活性受到抑制[2-5]。但SIRT 家族成員在細(xì)胞內(nèi)的位置、翻譯后修飾類型和底物親和力等方面均有所不同，其中SIRT3 因其去乙酰化酶活性最強而一直備受關(guān)注。近年來，由于SIRT3 在惡性腫瘤中具有雙重作用，引起了研究者的廣泛關(guān)注。本文對SIRT3 的基本特征及其在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的雙重作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 SIRT3 的基本特征

SIRT3 是由位于11 號染色體p15.5（11p15.5）上的基因編碼的一種蛋白質(zhì)，是哺乳動物SIRT 家族成員，主要位于線粒體中，但也有報道其存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中[6-8]。SIRT3 在調(diào)節(jié)線粒體代謝和氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用，廣泛分布于人體正常組織，尤其在骨骼肌、肝、腎和心肌等線粒體豐富的組織中高表達(dá)[9]。

SIRT3 首先在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，其非活性前體[399 個氨基酸（44 kD）]的N 端有線粒體定位信號肽（25 個氨基酸），細(xì)胞應(yīng)激時，SIRT3 進(jìn)入線粒體中被線粒體基質(zhì)加工肽酶（mitochondrial matrix processing peptidase，MPP）捕獲后，將其加工成一個由257 個氨基酸殘基（28 kD）組成的SIRT3 短活性形式[8,10-11]。Rossmann 折疊結(jié)構(gòu)域和鋅結(jié)合結(jié)構(gòu)域[Cys-X-X-Cys-（X）15, 20-Cys-X-X-Cys]是構(gòu)成SIRT3 高度保守的酶核心，大約由275 個氨基酸組成；這兩個結(jié)構(gòu)域之間的裂隙可以作為去乙酰化底物的對接位置，在那里NAD+和含有乙酰賴氨酸的多肽底物可進(jìn)入對接位置并與SIRT3 結(jié)合[12]。SIRT3 首先與乙?；孜锖蚇AD+共底物結(jié)合，然后將乙?；鶑牡孜镛D(zhuǎn)移到NAD+的腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）核糖部分，產(chǎn)生雙環(huán)中間體，最終生成去乙酰化蛋白，從而調(diào)節(jié)底物酶的活性，調(diào)節(jié)酶參與的反應(yīng)過程[13]。

2 SIRT3 與活性氧（reactive oxygen species，ROS）的關(guān)系

氧化應(yīng)激是機體在一些促癌因子的刺激下，生成ROS 并誘導(dǎo)細(xì)胞毒作用的過程，其中ROS 主要在機體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時產(chǎn)生，且是具有高反應(yīng)活性的含氧物質(zhì)。此外，ROS 升高引起的氧化應(yīng)激是腫瘤細(xì)胞線粒體重編程重要的特征[14]。Qiu等[15]和Someya 等[16]認(rèn)為，SIRT3 可以直接激活異檸檬酸脫氫酶2（isocitrate dehydrogenase 2，IDH2）和超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）等抗氧化酶，從而有效降低線粒體內(nèi)ROS 水平。此外，Jacobs 等[17]發(fā)現(xiàn)，SIRT3 可以通過將叉頭框蛋白O3A（forkhead box protein O3A，F(xiàn)OXO3A）去乙?；岣呖寡趸傅谋磉_(dá)水平，從而發(fā)揮抑制氧化應(yīng)激的作用。一項研究表明，SIRT3 可能通過調(diào)節(jié)溶質(zhì)載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）的表達(dá)來平衡ROS 水平，從而在缺糖誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞死亡中發(fā)揮保護(hù)作用[18]。因此，SIRT3 的激活可能有助于ROS 的清除，避免氧化應(yīng)激損傷，從而發(fā)揮抑癌因子的作用。但是，Wang 等[19]在結(jié)腸癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，線粒體神經(jīng)元型一氧化氮合酶可以增強SIRT3 活性，進(jìn)一步激活SOD2，適當(dāng)調(diào)節(jié)ROS 的產(chǎn)生，從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡。Qiao 等[20]認(rèn)為SIRT3 可將ROS保持在適當(dāng)?shù)乃?，以維持促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲以及抑制細(xì)胞凋亡。綜上所述，作為細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)器，SIRT3 通過調(diào)節(jié)多個線粒體蛋白的乙酰化水平，增強細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力，在惡性腫瘤中發(fā)揮抑癌作用，但其也可以將ROS 維持在適當(dāng)水平，從而表現(xiàn)出促癌作用。

3 SIRT3 與鐵死亡的關(guān)系

近年來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)鐵死亡是一種受調(diào)控的鐵依賴性非凋亡細(xì)胞死亡形式，其特征為ROS 的過量產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化物的積累，其與各類腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[21]。p53 作為一種轉(zhuǎn)錄因子，通過介導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、衰老和凋亡發(fā)揮抗腫瘤作用；但有研究發(fā)現(xiàn)，p53 可以通過其代謝靶點在調(diào)節(jié)鐵死亡中發(fā)揮重要作用[22-23]。Jin 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞ROS 水平在p53 介導(dǎo)的鐵死亡中發(fā)揮重要作用，但并不影響p53 水平和p53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性。因此，SIRT3在鐵死亡相關(guān)表型中的相關(guān)機制尚有待進(jìn)一步研究。

4 SIRT3 與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

4.1 SIRT3 與食管癌

Yan 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 在食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）組織中表達(dá)上調(diào)，單因素及多因素分析結(jié)果顯示，SIRT3 高表達(dá)與ESCC 患者的預(yù)后不良有關(guān)，且增加了復(fù)發(fā)風(fēng)險，SIRT3 可能是ESCC 患者無病生存期（disease free survival，DFS）和總生存期（overall survival，OS）的獨立預(yù)后指標(biāo)。Yuan 等[26]將SIRT3的小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）轉(zhuǎn)染至ESCC 細(xì)胞Eca109，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染后的Eca109細(xì)胞的活性、遷移和侵襲能力均明顯低于對照組；同時，蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）、磷酸化AKT（phosphorylate-AKT，p-AKT）和己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）均表達(dá)下調(diào)。因此，SIRT3 可通過AKT 信號通路激活ESCC 細(xì)胞中HK2，促進(jìn)ESCC 細(xì)胞的增殖和遷移。Yang 等[27]研究顯示，SIRT3siRNA 可有效下調(diào)ESCC 細(xì)胞EC9706 中SIRT3 蛋白的表達(dá)，SIRT3表達(dá)缺失可顯著抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，且該機制可能與p21、B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）、Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bcl-2-associated X protein，BAX）蛋白的表達(dá)密切相關(guān)。研究表明，SIRT3 通過上調(diào)乙酰輔酶A 羧化酶1（acetyl-CoA carboxylas 1，ACC1）的表達(dá)，明顯促進(jìn)腫瘤中脂肪酸合成的重編程，并在腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。Sayd 等[28]研究顯示，SIRT2敲除小鼠的病灶多于野生型小鼠。上述研究結(jié)果表明，SIRT3 在ESCC 發(fā)生中具有潛在的重要作用，但其具體機制尚不清楚，其促癌作用與鱗狀上皮起源是否有關(guān)也值得進(jìn)一步探討。

4.2 SIRT3 與胃癌

研究表明，SIRT3 在胃癌中發(fā)揮抑癌作用。Huang 等[29]通過對221 例胃癌患者SIRT3 表達(dá)情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，SIRT3 陽性表達(dá)和陰性表達(dá)患者的5 年生存率分別為51.2%和39.1%；表達(dá)和不表達(dá)SIRT3 患者的5 年無瘤生存率分別為49.6%和38.0%；鏡下觀察顯示，SIRT3 陰性表達(dá)與胃癌組織分化差、彌漫型Lauren 組織學(xué)分型和硬化型間質(zhì)反應(yīng)較多有關(guān)。與此相反，Cui 等[30]發(fā)現(xiàn)，與正常胃上皮細(xì)胞相比，SIRT3 在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)且可促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖，增強腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）生成、葡萄糖攝取、糖原形成、含錳超氧化物歧化酶（manganese-containing superoxide dismutase，MnSOD）活性和乳酸生成，且上述作用均可被SIRT3敲低所抑制，表明SIRT3 在胃癌細(xì)胞的代謝重編程中發(fā)揮作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細(xì)胞中，SIRT3 與乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）相互作用并使其去乙?；瑥亩鰪娖浠钚?，而LDHA 是調(diào)節(jié)厭氧糖酵解的關(guān)鍵蛋白，且糖酵解相關(guān)基因在SIRT3 過表達(dá)的胃癌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)；因此，SIRT3 除在正常細(xì)胞中介導(dǎo)線粒體動態(tài)平衡外，SIRT3 高表達(dá)還可以促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和糖酵解。因此，即使在同一類型的腫瘤中，SIRT3 的作用也不盡相同，為了更好地了解SIRT3 作為胃癌治療和預(yù)后生物標(biāo)志物的價值，有必要擴大樣本量并在不同種族群體中進(jìn)一步研究。

4.3 SIRT3 與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是一個全球性的健康問題，隨著新治療方法的應(yīng)用，結(jié)直腸癌患者的生存率有所改善，但晚期結(jié)直腸癌患者的預(yù)后仍存在較大問題，因此，研究新的生物標(biāo)志物來預(yù)測結(jié)直腸癌患者的預(yù)后至關(guān)重要。Liu 等[31]選取127 例結(jié)腸癌患者腫瘤組織進(jìn)行SIRT3 免疫組化染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SIRT3在結(jié)腸癌組織中高表達(dá)，且其高表達(dá)與結(jié)腸癌患者的腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況有關(guān)；進(jìn)一步體外研究表明，沉默SIRT3基因可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞系的增殖、侵襲和遷移，且可促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Wei 等[32]發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶2（serine hydroxymethyl transferase 2，SHMT2）的K95位點被SIRT3 去乙?；?，其功能性四聚體結(jié)構(gòu)被破壞且其酶活性也被抑制，從而促進(jìn)了結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生。Torrens-Mas 等[33]在結(jié)腸癌細(xì)胞SW620中敲除SIRT3基因的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，與對照細(xì)胞相比，SIRT3沉默細(xì)胞表現(xiàn)出線粒體聚集現(xiàn)象，其細(xì)胞運動和集落形成能力均降低。由此可見，沉默SIRT3的表達(dá)，可使結(jié)腸癌細(xì)胞SW620 中線粒體功能發(fā)生障礙，最終影響細(xì)胞活力，可能是一種使細(xì)胞對治療更敏感的治療策略。研究顯示，抗腫瘤藥物會使細(xì)胞產(chǎn)生過多的ROS，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，但腫瘤細(xì)胞可以抵抗這種氧化應(yīng)激，但其抵抗機制及其與化療耐藥的關(guān)系尚不清楚。Paku 等[34]發(fā)現(xiàn)，在抗腫瘤藥物處理的結(jié)直腸癌細(xì)胞中，敲除SIRT3的表達(dá)會降低SOD2 和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）的表達(dá)和活性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而提高腫瘤細(xì)胞對抗腫瘤藥物的敏感性。因此，SIRT3 通過調(diào)節(jié)SOD2 和PGC-1α的表達(dá)來影響結(jié)直腸癌細(xì)胞對化療的耐藥性，SIRT3可能是結(jié)直腸癌治療的新靶點和化療敏感性的預(yù)測標(biāo)志物。Wang 等[35]研究表明，SIRT3缺失通過抑制AKT/磷酸酶張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）通路引發(fā)致命的線粒體裂變，而AKT/PTEN 通路的重新激活可以對抗線粒體裂變，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的存活、生長和遷移。因此，上述發(fā)現(xiàn)為SIRT3 在支持結(jié)直腸癌細(xì)胞生長和延長患者生存期方面提供了額外的理論依據(jù)。

4.4 SIRT3 與肝癌

肝細(xì)胞癌是臨床常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，由于診斷晚、對治療的反應(yīng)差，且易產(chǎn)生化療耐藥，患者的預(yù)后較差，因此，迫切需要發(fā)現(xiàn)針對致癌信號通路的新治療策略，以開發(fā)新的肝細(xì)胞癌治療藥物。Zhang 和Zhou[36]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 蛋白在肝細(xì)胞癌組織中表達(dá)下調(diào)，SIRT3 高表達(dá)可抑制肝細(xì)胞癌細(xì)胞增殖，并通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、p38、JNK 通路和改變NAD+水平來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，SIRT3 過表達(dá)通過下調(diào)鼠雙微粒體2（murine double minute 2，MDM2）的表達(dá)來上調(diào)p53 蛋白的表達(dá)，從而減緩p53 的降解，表明SIRT3 在抑制肝細(xì)胞癌進(jìn)展方面可能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Che 等[37]和Tao 等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌細(xì)胞中，SIRT3 可以通過調(diào)節(jié)環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX2）/磷酸化動力相關(guān)蛋白1（phosphorylationdynamin-related protein 1，p-DRP1）信號通路和谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶P1（glutathione S-transferase pi 1，GSTP1）/JNK信號通路，使肝癌細(xì)胞對化療藥物更加敏感。因此，SIRT3可能在肝細(xì)胞癌的發(fā)展發(fā)生中發(fā)揮重要作用，有望成為肝細(xì)胞癌的新治療靶點。

4.5 SIRT3 與胰腺癌

胰腺癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，早期易發(fā)生局部侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，且早期診斷困難，有效治療方法有限，缺乏生物標(biāo)志物作為胰腺癌患者預(yù)后的評估指標(biāo)，因此，迫切需要識別新的預(yù)后評估標(biāo)志物來預(yù)測胰腺癌患者的預(yù)后生存情況。Huang 等[39]采用免疫組化法檢測79 例胰腺癌患者胰腺癌組織及相應(yīng)癌旁組織中SIRT3 的表達(dá)情況，結(jié)果顯示，胰腺癌組織中SIRT3 陰性表達(dá)比癌旁組織更常見；采用Log-rank 檢驗和Cox 比例風(fēng)險回歸模型評估SIRT3 表達(dá)與患者預(yù)后的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，SIRT3 的表達(dá)與胰腺癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期有關(guān)，SIRT3 陰性表達(dá)與胰腺癌患者的預(yù)后不良有關(guān)。因此，SIRT3 表達(dá)下調(diào)可能會促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展和預(yù)后不良，并可能作為一種新的預(yù)后標(biāo)志物。此外，SIRT3 在胰腺癌中的作用機制尚不清楚，還需進(jìn)一步的體內(nèi)外研究進(jìn)行驗證。鐵代謝是多種細(xì)胞的生物學(xué)過程所必需的，包括氧氣運輸、呼吸和DNA 合成。鐵調(diào)節(jié)蛋白（iron regulatory protein，IRP）通過控制鐵相關(guān)基因的表達(dá)來維持細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)。當(dāng)IRP1 過表達(dá)時，細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)破壞，可促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Jeong 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 在胰腺癌中的表達(dá)與IRP1 的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。SIRT3 過表達(dá)可以抑制IRP1 的表達(dá)和胰腺癌細(xì)胞增殖，表明SIRT3 可能通過IRP1 來調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵代謝。Huang 等[41]通過CCK-8 實驗、集落形成實驗和Transwell 侵襲實驗發(fā)現(xiàn)，miRNA-708-5p 過表達(dá)增強了胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力；通過定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRTPCR）、蛋白質(zhì)印跡法（Western blot）和熒光素酶報告實驗證實，SIRT3 是miRNA-708-5p 的直接靶點，通過抑制SIRT3 的表達(dá)可促進(jìn)miRNA-708-5p 在胰腺導(dǎo)管腺癌中的致癌活性。因此，該miRNA-708-5p/SIRT3 通路在胰腺癌進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，并為胰腺癌的治療提供了新的思路。

5 小結(jié)與展望

SIRT3 的表達(dá)涉及復(fù)雜的分子信號通路，影響腫瘤細(xì)胞的代謝、轉(zhuǎn)移和患者的預(yù)后。多項研究證實了SIRT3 在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的雙重作用，且在腫瘤發(fā)展的不同階段，SIRT3 的作用也是不同的，SIRT3 在肝癌和胰腺癌中均表現(xiàn)出強烈的抗腫瘤作用，在胃癌中卻表現(xiàn)出雙重作用，在ESCC、結(jié)直腸癌中表現(xiàn)出強烈的促癌作用。此外，隨著相關(guān)基礎(chǔ)研究和臨床試驗的開展，通過對SIRT3 的靶向調(diào)控有望開辟新的腫瘤治療方法，SIRT3 有望在消化系統(tǒng)惡性腫瘤的預(yù)測、診斷和靶向治療中發(fā)揮重要作用。綜上所述，SIRT3 是一種很有前途的生物標(biāo)志物，可能作為癌因子或抑癌因子，通過一系列關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑及相關(guān)通路影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，因此，深入研究SIRT3 的生物學(xué)作用有望為腫瘤治療帶來新希望。