沉默信息調節因子1在腫瘤中的作用

羅 雅，劉裔莎，李星斕

(四川省醫學科學院·四川省人民醫院病理科，四川 成都610041)

酵母沉默信息調節因子2(yeast silent information regulation 2, Sir2)是與染色體穩定有關的重要基因，可以延長酵母、果蠅及線蟲等生物的壽命[1]。Sirtuins家族最早發現于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+)的去乙酰化酶[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、基因表達調控、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，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掘，包括神經重塑、記憶以及疾病發生發展有關，如代謝綜合征、自身免疫性疾病、神經退行性疾病、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表達受到上游轉錄因子如P53、FOXO3、E2F1、c-myc以及非編碼RNA如miR-34、miR-22-3p等的調節[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損傷修復蛋白(如RAD51、NBS1、APE1等)以及組蛋白修飾酶(如組蛋白乙酰轉移酶P300、組蛋白甲基轉移酶SUV39H1)[6, 12]。一些上游調控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等腫瘤相關基因都受到Sirt1調控[1, 3]。這些分子與Sirt1形成負反饋調節環，這些復雜的調節機制也為Sirt1與腫瘤的相關研究帶來了困難及挑戰。

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酰化或去乙酰化調節。以P53為例，Sirt1 對P53及其蛋白產物的影響有以下幾個途徑：①Sirt1對P53賴氨酸殘基的去乙酰化后可抑制P53的轉錄，抑制P53發揮腫瘤抑制作用，Sirt1的去乙酰化的作用位點包括H1 lys26、H3 lys9及H4 lys16[11]；②Sirt1也可結合p300/CBP阻止其發揮乙酰化的作用；③Sirt1還通過蛋白-蛋白作用對P53蛋白去乙酰化，去乙酰化后的P53蛋白對下游基因的轉錄激活作用降低[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調節的甲基化酶， Pruitt等發現要通過抑制HDACⅠ/Ⅱ來實現抑癌基因的再表達需要預先降低抑癌基因啟動子的髙甲基化狀態,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[13]， Vaquero等后續研究則發現Sirt1可以通過招募和去乙酰化SUV39H1，其協同作用的結果是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在腫瘤發生發展中的作用及機制得到廣泛研究，但是它在腫瘤發生發展中的雙面調控作用，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，且高表達與腫瘤預后不良有關，其作用相當于癌基因。在胃癌[17]、結腸癌[18]中，Sirt1可以抑制腫瘤細胞的生長，發揮抑癌基因的作用。Sirt1除了能夠影響腫瘤的發生發展，還在腫瘤發展的生物學行為如腫瘤血管生成、自噬等方面發揮重要作用。

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物質，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的調節，如NICD，FOXO等。NICD參與的Notch通路是調節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乙酰化，處于穩定狀態，通過抑制血管內皮生長因子抑制血管的生成，當Sirt1對NICD的去乙酰化使NICD穩定性降低，而內皮細胞對不穩定的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去乙酰化后，抗血管生成的作用被抑制。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物的去乙酰化外，Sirt1還可能對一些重要的細胞因子發揮作用，例如p65/RelA。腫瘤壞死因子-α可乙酰化p65/RelA中lys310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，可以通過去乙酰化p65/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，如何應對低氧狀態，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是腫瘤在低氧環境中得以存活并生長的明星分子，低氧條件下，HIF-1α亞基穩定性增強，發揮轉錄激活的作用，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等研究發現，低氧時，HIF-1α結合Sirt1啟動子的HRE5并上調其表達，Sirt1又可反作用于HIF-1α。研究發現，Sirt1抑制HIF-1α對p300的招募和結合，從而阻止HIF-1α發揮功能[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。上研究結果說明HIF-1α和Sirt1之間相互影響，形成復雜的低氧調節網絡，但目前Sirt1與HIF-1α的關系也存在較多爭議，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構進行降解的生物學過程，在細胞生長、分化以及維持內環境穩定等過程中發揮重要作用[26]。研究表明，自噬與腫瘤關系密切，其調控機制復雜。在腫瘤發生早期，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境下，自噬可降解、循環再利用細胞內物質，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蛋白調控，Sirt1 的去乙酰化作用可活化一些自噬相關蛋白，啟動細胞自噬的發生。非小細胞肺癌細胞中Sirt1表達上調，促進 LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的轉化，LC3-Ⅱ作為自噬相關蛋白，其轉錄活性升高意味著自噬的發生[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在腫瘤中的雙重調控作用多種腫瘤相關的基因和轉錄蛋白都受到Sirt1的調節，但Sirt1對腫瘤相關基因調控作用的兩面性使其在腫瘤發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生，而β-catenin和c-Myc的去乙酰化則會使二者的促瘤作用降低[31]。Sirt1究竟發揮抑癌作用還是促癌作用，仍需要進一步研究和討論。

以Sirt1在前列腺癌的發生發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，與前列腺癌的發生、類型轉換及轉移都密切相關，AR的轉錄后修飾可能是其發揮以上作用的重要途徑，P300對AR的乙酰化增強了其作為轉錄因子的活性，上調下游基因的表達，在前列腺癌有激素敏感型向非敏感型的轉化中起到重要作用[32, 33]。Sirt1會抑制p300并與p300競爭AR的乙酰化位點從而阻遏AR介導的腫瘤生長等過程，因此上調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可以作用及調控的底物非常多，尤其在腫瘤的發生發展中發揮極其重要的作用，它不僅可以修飾如血管生成、細胞增殖凋亡、自噬等腫瘤發生途徑中的相關分子，也可以對DNA進行表觀遺傳學的修飾。隨著研究的深入，發現Sirt1可以作為腫瘤學領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。