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(yáng)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(lài)的去乙酰化酶，能夠系統(tǒng)地調(diào)控線粒體蛋白的乙酰化水平，在調(diào)控活性氧水平、調(diào)節(jié)線粒體代謝、維持線粒體動(dòng)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(lèi)型中，SIRT3扮演著促癌或抑癌的雙重角色，這與癌癥的個(gè)體差異及SIRT3所調(diào)控的靶點(diǎn)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(jī)制，為SIRT3作為腫瘤精準(zhǔn)化治療的潛在靶點(diǎn)提供理論參考。

組蛋白去乙酰化酶Sirtuins，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(lài)的具有去乙酰化作用的一類(lèi)蛋白家族。人類(lèi)Sirtuins家族共有7個(gè)成員，即SIRT 1～7，其中SIRT3、SIRT4和SIRT5位于線粒體，其他成員位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的多種生理過(guò)程，如能量代謝、應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞生長(zhǎng)、衰老、干細(xì)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(xì)胞定位等功能，是一種重要的蛋白翻譯后修飾類(lèi)型。近幾年研究表明，幾乎所有的代謝過(guò)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(shuō)明乙酰化修飾對(duì)細(xì)胞的代謝具有廣泛的調(diào)控作用。因此，改變乙酰化酶/去乙酰化酶的表達(dá)或調(diào)控底物的乙酰化水平進(jìn)而調(diào)控細(xì)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(gè)體差異，且不同類(lèi)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酰化酶，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(xì)胞抵御氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)細(xì)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(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、轉(zhuǎn)移、浸潤(rùn)、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(jìn)因子和抑制因子的雙重角色[3-5]。

1 SIRT3與腫瘤

隨著機(jī)體的衰老，腫瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸增加，原因可能是細(xì)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(xì)胞和老化細(xì)胞中普遍存在[6]。鑒于線粒體蛋白SIRT3可通過(guò)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(guò)調(diào)控活性氧簇水平在細(xì)胞衰老和細(xì)胞致瘤性轉(zhuǎn)化過(guò)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(xì)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(xì)胞致瘤性轉(zhuǎn)化。這說(shuō)明SIRT3可能為抑癌基因，其缺失后相關(guān)癌基因表達(dá)增加，使得細(xì)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(kāi)了新的篇章。經(jīng)過(guò)近十年的努力，學(xué)者們對(duì)SIRT3在腫瘤中的作用有了更清晰的認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化應(yīng)激、能量代謝、增殖和凋亡等過(guò)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(duì)腫瘤的抑制作用

2.1 SIRT3通過(guò)調(diào)控活性氧簇水平發(fā)揮抑癌作用 癌變與機(jī)體細(xì)胞的代謝重編程有關(guān)，多種機(jī)制參與該過(guò)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(xì)胞中，由于缺氧,線粒體對(duì)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(xì)胞核內(nèi)，誘導(dǎo)相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄,其中許多靶點(diǎn)是與腫瘤生長(zhǎng)、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(jìn)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(gè)體的B淋巴細(xì)胞相比，慢性淋巴細(xì)胞白血病患者的B淋巴細(xì)胞中SIRT3表達(dá)降低。Yu等[14]發(fā)現(xiàn)，在敲除原代培養(yǎng)的慢性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞的SIRT3基因后腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)變快，而過(guò)表達(dá)SIRT3基因后腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制；進(jìn)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(xì)胞中，SIRT3能夠使IDH2蛋白第413位的賴(lài)氨酸去乙酰化，促使IDH2形成二聚體，進(jìn)而提高IDH2的活性；而在乳腺癌細(xì)胞中敲除SIRT3基因后，IDH2乙酰化水平升高，不能形成二聚體，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(xì)胞致瘤性轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[8]。該研究還提示，SIRT3的表達(dá)與IDH2乙酰化水平及乳腺癌惡性風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)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(dá)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(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，SIRT3可以使ACO2蛋白第258位的賴(lài)氨酸發(fā)生去乙酰化修飾，進(jìn)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(qiáng)，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(xì)胞在骨微環(huán)境中的定植受到抑制，這說(shuō)明SIRT3可以通過(guò)抑制ACO2來(lái)阻礙前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移[16]。

2.3 SIRT3可抑制肝細(xì)胞癌的發(fā)展 在肝細(xì)胞癌中，SIRT3表達(dá)與腫瘤分級(jí)和大小密切相關(guān)，SIRT3過(guò)表達(dá)可以抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，并促進(jìn)肝癌細(xì)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(xì)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的去乙酰化靶點(diǎn)[17]。此外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)SIRT3，能夠增加肝癌細(xì)胞對(duì)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(diǎn)c-Jun相關(guān)[18-19]。

3 SIRT3對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用

3.1 SIRT3對(duì)頭頸部腫瘤的促進(jìn)作用 有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，SIRT3作為應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的去乙酰化酶，其高表達(dá)可防止腫瘤細(xì)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(xì)胞癌中SIRT3呈高表達(dá)，其可使活性氧簇維持在適當(dāng)水平進(jìn)而促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖，并保護(hù)細(xì)胞的侵襲性表型，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)癌變[20]；在人口腔癌細(xì)胞和組織中SIRT3呈高表達(dá)，其可通過(guò)死亡受體Fas/CD95介導(dǎo)的信號(hào)通路來(lái)抵抗腫瘤細(xì)胞的失巢凋亡，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，在口腔鱗癌發(fā)生和發(fā)展過(guò)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(dá)可以抑制口腔鱗癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，并可提高放療和化療藥物的作用[22]。

3.2 SIRT3對(duì)呼吸系統(tǒng)腫瘤的促進(jìn)作用 SIRT3可通過(guò)直接作用于其去乙酰化靶點(diǎn)發(fā)揮促癌作用。如在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，SIRT3的低表達(dá)可抑制煙酰胺單核苷腺苷酰基轉(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(xì)胞進(jìn)入有絲分裂；SIRT3的低表達(dá)還可以抑制細(xì)胞增殖并加速細(xì)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(duì)消化系統(tǒng)腫瘤的促進(jìn)作用 有學(xué)者對(duì)食管癌組織樣本進(jìn)行免疫染色，并采用HScore法對(duì)SIRT3的表達(dá)水平進(jìn)行半定量分析，發(fā)現(xiàn)SIRT3是食管癌發(fā)生的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)[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(lài)氨酸去乙酰化，以提高SHMT2的活性并抑制其泛素化降解，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖；在結(jié)直腸癌組織樣本中SHMT2第95位的賴(lài)氨酸乙酰化水平顯著降低，并與SIRT3的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，同時(shí)SIRT3的高表達(dá)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(xì)胞中沉默SIRT3基因會(huì)引起線粒體生成減少和功能衰退，導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生線粒體聚集，使腫瘤細(xì)胞的遷移能力和克隆形成能力下降[26]。

3.4 SIRT3對(duì)泌尿和生殖系統(tǒng)腫瘤的促進(jìn)作用 有研究顯示，在含外源野生型p53基因的膀胱癌EJ細(xì)胞中，線粒體內(nèi)的p53是SIRT3去乙酰作用的靶點(diǎn)，SIRT3通過(guò)阻斷p53的部分活性，抑制p53誘導(dǎo)的細(xì)胞生長(zhǎng)阻滯和衰老[27]。同時(shí)，有學(xué)者在磷酸酶-張力蛋白同源性基因缺陷型非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)象與p53脫乙酰基后的泛素化降解有關(guān)[28]。此外，SIRT3能夠促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。Kim等[29]發(fā)現(xiàn)，在游離卵巢癌細(xì)胞和高級(jí)漿液性卵巢癌患者的惡性腹水腫瘤細(xì)胞中，SIRT3的活性增強(qiáng)且表達(dá)升高；其還通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SIRT3在非貼壁依賴(lài)性卵巢癌細(xì)胞的生存和種植性轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用， SIRT3的表達(dá)上調(diào)及SIRT3調(diào)控的SOD2抗氧化作用有助于抵抗細(xì)胞失巢凋亡，即SIRT3作為線粒體應(yīng)激反應(yīng)基因，在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過(guò)程中具有維持細(xì)胞生存的作用。

3.5 SIRT3對(duì)其他腫瘤的促進(jìn)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(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移[30-31]。SIRT3在彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤中呈高表達(dá)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(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、生存、自我更新都依賴(lài)于SIRT3，這是因?yàn)镾IRT3缺失會(huì)抑制發(fā)生中心B淋巴細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，而其機(jī)制可能與SIRT3的缺失導(dǎo)致其靶點(diǎn)谷氨酸脫氫酶的失活，抑制三羧酸循環(huán)，從而引起細(xì)胞自噬和細(xì)胞死亡有關(guān)[32]。

4 小 結(jié)

SIRT3通過(guò)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(xì)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(guò)SOD2和IDH2等抗氧化酶來(lái)降低活性氧簇的水平，從而發(fā)揮抑制腫瘤的作用。同時(shí)，SIRT3水平的升高又能夠幫助腫瘤細(xì)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(guò)調(diào)控其他靶點(diǎn)來(lái)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(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用。如SIRT3可以通過(guò)去乙酰化ACO2、GSK-3β/Bax等靶點(diǎn)，抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，增加腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性;而另一方面，SIRT3可以通過(guò)NMNAT2、p53、SHMT2、吡咯-5-羧酸還原酶1等靶點(diǎn)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、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(shí)，應(yīng)視情況具體分析，不能一概而論，而SIRT3在個(gè)性化精準(zhǔn)醫(yī)療中是否可作為腫瘤的治療靶點(diǎn)，仍需要更深入的研究以證實(shí)。