Sirt1對惡性腫瘤干細胞生物學行為影響的研究進展

王嬌，程庸，葉小群

(南昌大學第二附屬醫院,南昌330006)

沉默信息調節因子(Sirtuins)家族是一種NAD+依賴的Ⅲ型組蛋白去乙酰化酶(HDAC)，共有7個成員，即Sirt1～7。Sirt1是目前研究最多且最深入的一個Sirtuins家族成員，其以許多非組蛋白和組蛋白為底物，影響多種疾病的發生、發展過程。在不同類型的腫瘤中，Sirt1表現出“兩面性”：一方面,Sirt1作為腫瘤促進因子抑制細胞凋亡，提高癌基因活性及促進腫瘤發生、發展及轉移；另一方面,Sirt1作為腫瘤抑制因子，通過調控腫瘤形成過程中異常的炎癥信號而增加細胞基因組的穩定性、抑制癌基因活性,從而抑制腫瘤生成。本文就Sirt1對多種惡性腫瘤干細胞生物學行為的影響作一綜述。

1 Sirt1的結構及生理功能

1.1 Sirt1的結構 人類Sirt1基因定位于染色體10q21.3，由9個外顯子和8個內含子構成，基因長約33 kb，在5′及3′端各有一個分別為53 bp及1 793 bp的非翻譯區，共編碼747個氨基酸，翻譯后的蛋白質具有NAD+依賴的脫乙酰基酶活性。Sirt1主要由保守性較高的1個大結構域(由Ross mann折疊構成)和保守性較低的1個小結構域(1個鋅指結構和1個螺旋構件)組成，這兩個結構域之間形成一個裂隙結構，底物與之結合并發生催化反應。尼克酰胺、Sirtinol等是Sirt1的功能抑制劑，紅葡萄酒中的抗氧化劑白藜蘆醇、槲皮素等是Sirt1的功能激活劑。

1.2 Sirt1的生理功能 Sirt1異常表達在衰老、自噬、新陳代謝和腫瘤發生等過程中發揮重要作用。一方面，Sirt1可通過乙酰化作用調節多種組蛋白生成，如組蛋白H1第26位賴氨酸(H1K26)、H3第56位賴氨酸(H3K56)和H4第16位點(H4K16)；此外，Sirt1作為組蛋白修飾酶的調節因子，還能與組蛋白乙酰轉移酶P300結合，發揮抑制其活性的作用，進而促進組蛋白的低乙酰化。另一方面，Sirt1可通過去乙酰化作用調節非組蛋白生成，如轉錄因子(p53、FOXO)、DNA修復蛋白(Ku70、MRE11-RAD50-NBS1)和信號因子(內皮一氧化氮合成酶)等。

2 Sirt1對腫瘤干細胞生物學行為的影響

Sirt1既可以引起腫瘤促進因子脫乙酰化,而發揮抑制腫瘤作用，又可以引起腫瘤抑制因子脫乙酰化,而促進腫瘤發生。研究表明，敲除Sirt1可促進造血干細胞分化，導致其喪失自我更新能力[1]。在間充質干細胞中，過表達的Sirt1可在腫瘤炎性微環境中招募NK細胞，從而抑制乳腺腫瘤生長[2]。Sirt1可通過調節自噬通量和促進DNA修復來控制胚胎干細胞存活，在氧化應激過程中保護胚胎干細胞，參與胚胎干細胞、造血干細胞及間充質干細胞等多種正常干細胞生物學行為的調節，同時也對多種腫瘤干細胞的存活、自我更新、耐藥及轉移等生物學行為發揮重要作用[3]。

2.1 Sirt1對乳腺癌干細胞生物學行為的影響 乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，乳腺癌干細胞介導的腫瘤異質性是其耐藥和遠處轉移的主要原因。Lei等[4]研究發現，乳腺癌干細胞的Sirt1/PRRX1/KLF4/ALDH1信號通路參與調控腫瘤進展、紫杉醇耐藥、肺轉移等過程。有研究報道，Sirt1在激活狀態下可以顯著提高乳腺癌中耐藥性及轉移性極強的三陰性乳腺癌干細胞的化療敏感性[5,6]。另外，miR-34a靶向Sirt1在乳腺癌干細胞的增殖及自我更新過程中發揮重要作用，而下調Sirt1不僅能抑制乳腺癌干細胞的增殖潛能，還能顯著降低干細胞標記物ALDH1、BMI1、Nanog蛋白表達[7]。因此，Sirt1參與了乳腺癌干細胞的自我更新、耐藥及轉移等過程，有望成為乳腺癌的潛在治療靶點。

2.2 Sirt1對肝癌干細胞生物學行為的影響 肝癌干細胞是一群具有較高致瘤性、轉移能力和耐藥性的細胞，在肝癌的發生、發展中扮演重要角色。Sirt1是肝臟干細胞自我更新、增殖和致瘤的關鍵調控因子，參與影響肝癌進展和患者預后[8,9]。Wei等[10]研究發現，肝臟干細胞依賴于線粒體功能以維持其干性，而線粒體核糖體蛋白S5(MRPS5)的乙酰化直接受NAD+依賴的Sirt1調控，去乙酰化的MRPS5定位于線粒體中，可促進功能復合體Ⅰ和NAD+生成，從而增強線粒體呼吸。相反，核內聚集的乙酰化MRPS5可以導致糖酵解蛋白表達升高，從而促進Warburg效應[11,12]。因此，Sirt1可通過參與肝癌干細胞的代謝而維持其干性。

在包括肝細胞癌在內的多種腫瘤患者中均存在miRNA表達失調，這是導致癌細胞耐藥的重要原因。研究報道，在胃癌[13]、卵巢癌[14]、肺癌[15]和腎癌[16]細胞中，miR-124作為一種腫瘤抑制因子，可抑制上述腫瘤細胞的生長、侵襲及相關腫瘤發生。在CD133+的肝細胞癌細胞中，miR-124可靶向Sirt1增加肝癌干細胞對順鉑的敏感性[17]。另外，肝癌組織中miR-486表達顯著下調，在體外miR-486可顯著抑制肝癌干細胞的自我更新和侵襲性，在體內可顯著抑制腫瘤生長。在腫瘤干細胞樣細胞中，miR-486-5p通過靶向Sirt1發揮抑制腫瘤細胞增殖的作用[18]。

細胞質聚腺苷酸化元件結合蛋白1(CPEB1)作為一種序列特異性RNA結合蛋白，可調控mRNA聚腺苷酸化和翻譯，與癌癥的進展和轉移密切相關。Xu等[19]研究證實，CPEB1可以直接靶向Sirt1的3′-UTR，控制poly(a)尾巴長度，抑制其翻譯，在體內外介導肝癌干細胞的腫瘤干性及侵襲等重要生物學過程。此外，在肝癌組織中CPEB1表達下調，而上調CPEB1表達可顯著降低肝癌干細胞的干性標記物表達，如OCT4、NANOG、SOX2、LIN28 mRNA和蛋白，同時抑制細胞遷移和腫瘤球體形成。總之，Sirt1在肝癌干細胞自我更新、耐藥、增殖等多方面發揮重要作用，并影響肝癌患者的預后；同時Sirt1相關信號通路因子還可以作為一種新的診斷潛在靶點，有望提高肝癌的治療效果。

2.3 Sirt1對卵巢癌干細胞生物學行為的影響 鉑類和紫杉醇類化療藥物是治療晚期卵巢癌的一線標準藥物，但上皮性卵巢癌患者多對紫杉醇、順鉑等常見化療藥物產生耐藥性。有研究在上皮性卵巢癌患者腹水中發現了一種腫瘤干細胞表型(EpCAM+CD45+)，主要由卵巢癌干細胞亞群(CD133+、CD117+、CD44+)組成，經證實該卵巢癌干細胞比普通的卵巢癌細胞具有更強的耐藥性和侵襲性，并與Sirt1過表達緊密相關[20]。目前關于Sirt1的作用機制尚不十分清楚，缺氧是許多惡性腫瘤的共同特征，Sirt1表達變化可能受到缺氧條件的影響。Qin等[21]發現，在缺氧條件下，低氧誘導因子1可上調Sirt1表達，從而促進人類卵巢癌SKOV3細胞的干細胞樣特性；下調或抑制卵巢癌細胞中Sirt1表達可以顯著降低腫瘤干細胞表面標志物CD133、CD44、Nanog等表達。因此，Sirt1可能增加卵巢癌干細胞對紫杉醇等化療藥物的敏感性,并有助于維持其干性。

2.4 Sirt1對白血病干細胞生物學行為的影響 白血病干細胞在白血病發生和發展中發揮決定性的作用，標記并靶向清除白血病干細胞是根治白血病的關鍵，也是治療白血病的新途徑。衰老可限制細胞的壽命和增殖能力，誘導衰老被認為是預防癌癥及新型抗癌藥物抑制腫瘤細胞增殖的關鍵機制，人參皂苷Rg1具有延緩衰老、抗氧化、抗腫瘤、促進血液細胞功能等藥理學作用，能顯著延長小鼠及細胞壽命[22]。研究發現，人參皂苷Rg1可通過調控Sirt1/TSC2信號通路發揮誘導CD34+CD38-白血病干細胞衰老的作用，敲除Sirt1可顯著減少CD150-白血病干細胞數量，并影響慢性白血病干細胞的干性[23]。Sirt1在慢性白血病干細胞中呈過表達，使用shRNA或小分子Sirt1抑制劑抑制Sirt1表達可以延緩慢性白血病干細胞的生長并抑制其存活，同時可以增加其對酪氨酸激酶的敏感性。此外，下調Sirt1表達可以提高白血病祖細胞中p53的乙酰化和Bax等靶基因的轉錄活性，并與伊馬替尼聯合促進白血病干細胞的清除。Kim等[24]首次證明，熱休克蛋白90(Hsp90)抑制劑聯合Sirt1抑制劑可能是一種更有效的治療慢性白血病干細胞的方法，Sirt1抑制劑tenovin-6可通過抑制β-catenin/Wnt信號通路而發揮誘導急性淋巴細胞白血病干細胞凋亡及清除急性淋巴細胞白血病干細胞的作用。因此，Sirt1既能調控白血病干細胞的生長和存活，又可能作為白血病治療的潛在靶點之一。

2.5 Sirt1對胃癌干細胞生物學行為的影響 胃癌干細胞是導致胃癌細胞耐藥的主要原因，miRNA介導的基因轉錄參與了胃癌細胞的耐藥。Zhang等[25]研究發現，胃癌組織中miR-132表達與Sirt1表達呈負相關，miR-132可通過調控Sirt1/CREB/ABCG2信號通路,促進Lgr5+胃癌干細胞對順鉑的耐藥性，并且miR-132低表達的胃癌患者生存時間明顯延長。在Lgr5+胃癌干細胞中Sirt1表達下調，Sirt1蛋白直接與環磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB)相互作用，并在翻譯后使CREB去乙酰化[26]。目前國內外有關Sirt1在胃癌干細胞中的研究極少，其對胃癌干細胞其他生物學行為的影響及其作用機制仍有待進一步探索。

2.6 Sirt1對結直腸癌干細胞生物學行為的影響 結直腸癌是臨床上最常見且病死率較高的惡性腫瘤之一，盡管結直腸癌的治療取得了許多進展，但是傳統的治療方法只對癌細胞增殖和成熟的癌細胞發揮作用，而相對靜止的腫瘤干細胞卻仍能存活下來，對化療藥物產生耐藥性，最終導致腫瘤的復發和轉移。Sirt1在結直腸癌的類干細胞中呈過表達，通過調節干細胞的自我更新能力，在結直腸癌的發生、發展中發揮重要作用，且Sirt1高表達與結直腸癌患者預后不良有關[27]。研究發現，下調Sirt1表達不僅可以減少CD133陽性腫瘤細胞比例,并降低其致瘤性和形成菌落、球體的能力，還可以明顯降低Oct4、Nanog和Tert等干細胞相關基因表達[28]。但是目前關于Sirt1調控結直腸癌干細胞相關基因的具體機制仍有待深入研究。Rotili等[28]證實，Sirt1抑制劑苯丙噻嗪類藥物可明顯抑制結直腸癌干細胞增殖。Amurensin G是一種新型的Sirt1抑制劑，可有效清除結腸間充質干細胞，并可增強結腸間充質干細胞對腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體介導的細胞毒性的敏感性[29]。以上研究表明，Sirt1參與調控結腸癌干細胞增殖且有助于維持其干性，有望成為抗結直腸癌干細胞治療的一個新靶點。

綜上所述，Sirt1作為一種去乙酰化酶，通過上、下游信號通路介導腫瘤的發生、發展過程，不同腫瘤中的Sirt1既有促癌因子作用，又有抑癌因子作用。Sirt1參與調節多種腫瘤干細胞(乳腺癌、肝癌、卵巢癌、白血病、胃癌、結直腸癌等干細胞)的存活、增殖、耐藥及轉移等重要生物學過程。