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展△

安雅楠，王祝怡，周慧玲，于鴻#

1大連醫(yī)科大學研究生院，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類組蛋白去乙酰化酶，成員包括SIRT1～7，在人體內(nèi)廣泛表達，參與調(diào)控細胞應激反應、代謝、衰老和凋亡等過程[1]。SIRT 發(fā)揮去乙酰化作用需要依賴輔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)和細胞能量聯(lián)系起來，當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展進行綜述。

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胞核和細胞質(zhì)中[6-8]。SIRT3 在調(diào)節(jié)線粒體代謝和氧化應激中發(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[9]。

SIRT3 首先在細胞質(zhì)中表達，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），細胞應激時，SIRT3 進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入對接位置并與SIRT3 結(jié)合[12]。SIRT3 首先與乙酰化底物和NAD+共底物結(jié)合，然后將乙酰基從底物轉(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)酶參與的反應過程[13]。

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

氧化應激是機體在一些促癌因子的刺激下，生成ROS 并誘導細胞毒作用的過程，其中ROS 主要在機體進行氧化還原反應時產(chǎn)生，且是具有高反應活性的含氧物質(zhì)。此外，ROS 升高引起的氧化應激是腫瘤細胞線粒體重編程重要的特征[14]。Qiu等[15]和Someya 等[16]認為，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）去乙酰化，提高抗氧化酶的表達水平，從而發(fā)揮抑制氧化應激的作用。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）的表達來平衡ROS 水平，從而在缺糖誘導的乳腺癌細胞死亡中發(fā)揮保護作用[18]。因此，SIRT3 的激活可能有助于ROS 的清除，避免氧化應激損傷，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，進一步激活SOD2，適當調(diào)節(jié)ROS 的產(chǎn)生，從而抑制結(jié)腸癌細胞的凋亡。Qiao 等[20]認為SIRT3 可將ROS保持在適當?shù)乃剑跃S持促進腫瘤細胞增殖和侵襲以及抑制細胞凋亡。綜上所述，作為細胞代謝的調(diào)節(jié)器，SIRT3 通過調(diào)節(jié)多個線粒體蛋白的乙酰化水平，增強細胞抗氧化應激能力，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，通過介導細胞周期阻滯、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)細胞ROS 水平在p53 介導的鐵死亡中發(fā)揮重要作用，但并不影響p53 水平和p53介導的轉(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 在食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）組織中表達上調(diào)，單因素及多因素分析結(jié)果顯示，SIRT3 高表達與ESCC 患者的預后不良有關(guān)，且增加了復發(fā)風險，SIRT3 可能是ESCC 患者無病生存期（disease free survival，DFS）和總生存期（overall survival，OS）的獨立預后指標。Yuan 等[26]將SIRT3的小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）轉(zhuǎn)染至ESCC 細胞Eca109，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染后的Eca109細胞的活性、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）均表達下調(diào)。因此，SIRT3 可通過AKT 信號通路激活ESCC 細胞中HK2，促進ESCC 細胞的增殖和遷移。Yang 等[27]研究顯示，SIRT3siRNA 可有效下調(diào)ESCC 細胞EC9706 中SIRT3 蛋白的表達，SIRT3表達缺失可顯著抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡，且該機制可能與p21、B 細胞淋巴瘤/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，明顯促進腫瘤中脂肪酸合成的重編程，并在腫瘤細胞的增殖和轉(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 表達情況進行分析發(fā)現(xiàn)，SIRT3 陽性表達和陰性表達患者的5 年生存率分別為51.2%和39.1%；表達和不表達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 陰性表達與胃癌組織分化差、彌漫型Lauren 組織學分型和硬化型間質(zhì)反應較多有關(guān)。與此相反，Cui 等[30]發(fā)現(xiàn)，與正常胃上皮細胞相比，SIRT3 在胃癌細胞中的表達上調(diào)且可促進胃癌細胞增殖，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 在胃癌細胞的代謝重編程中發(fā)揮作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細胞中，SIRT3 與乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）相互作用并使其去乙酰化，從而增強其活性，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 過表達的胃癌細胞中表達上調(diào)；因此，SIRT3 除在正常細胞中介導線粒體動態(tài)平衡外，SIRT3 高表達還可以促進胃癌細胞的增殖和糖酵解。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 作為胃癌治療和預后生物標志物的價值，有必要擴大樣本量并在不同種族群體中進一步研究。

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)直腸癌患者的預后仍存在較大問題，因此，研究新的生物標志物來預測結(jié)直腸癌患者的預后至關(guān)重要。Liu 等[31]選取127 例結(jié)腸癌患者腫瘤組織進行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，且其高表達與結(jié)腸癌患者的腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況有關(guān)；進一步體外研究表明，沉默SIRT3基因可抑制結(jié)腸癌細胞系的增殖、侵襲和遷移，且可促進細胞凋亡。Wei 等[32]發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌細胞中，絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶2（serine hydroxymethyl transferase 2，SHMT2）的K95位點被SIRT3 去乙酰化后，其功能性四聚體結(jié)構(gòu)被破壞且其酶活性也被抑制，從而促進了結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生。Torrens-Mas 等[33]在結(jié)腸癌細胞SW620中敲除SIRT3基因的表達發(fā)現(xiàn)，與對照細胞相比，SIRT3沉默細胞表現(xiàn)出線粒體聚集現(xiàn)象，其細胞運動和集落形成能力均降低。由此可見，沉默SIRT3的表達，可使結(jié)腸癌細胞SW620 中線粒體功能發(fā)生障礙，最終影響細胞活力，可能是一種使細胞對治療更敏感的治療策略。研究顯示，抗腫瘤藥物會使細胞產(chǎn)生過多的ROS，從而導致細胞死亡，但腫瘤細胞可以抵抗這種氧化應激，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)直腸癌細胞中，敲除SIRT3的表達會降低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）的表達和活性，促進腫瘤細胞凋亡，從而提高腫瘤細胞對抗腫瘤藥物的敏感性。因此，SIRT3 通過調(diào)節(jié)SOD2 和PGC-1α的表達來影響結(jié)直腸癌細胞對化療的耐藥性，SIRT3可能是結(jié)直腸癌治療的新靶點和化療敏感性的預測標志物。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，促進結(jié)直腸癌細胞的存活、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、對治療的反應差，且易產(chǎn)生化療耐藥，患者的預后較差，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)新的肝細胞癌治療藥物。Zhang 和Zhou[36]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 蛋白在肝細胞癌組織中表達下調(diào)，SIRT3 高表達可抑制肝細胞癌細胞增殖，并通過調(diào)節(jié)細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、p38、JNK 通路和改變NAD+水平來誘導細胞凋亡。此外，SIRT3 過表達通過下調(diào)鼠雙微粒體2（murine double minute 2，MDM2）的表達來上調(diào)p53 蛋白的表達，從而減緩p53 的降解，表明SIRT3 在抑制肝細胞癌進展方面可能發(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，使肝癌細胞對化療藥物更加敏感。因此，SIRT3可能在肝細胞癌的發(fā)展發(fā)生中發(fā)揮重要作用，有望成為肝細胞癌的新治療靶點。

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)生局部侵襲和遠處轉(zhuǎn)移，且早期診斷困難，有效治療方法有限，缺乏生物標志物作為胰腺癌患者預后的評估指標，因此，迫切需要識別新的預后評估標志物來預測胰腺癌患者的預后生存情況。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癌旁組織中SIRT3 的表達情況，結(jié)果顯示，胰腺癌組織中SIRT3 陰性表達比癌旁組織更常見；采用Log-rank 檢驗和Cox 比例風險回歸模型評估SIRT3 表達與患者預后的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，SIRT3 的表達與胰腺癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期有關(guān)，SIRT3 陰性表達與胰腺癌患者的預后不良有關(guān)。因此，SIRT3 表達下調(diào)可能會促進胰腺癌的進展和預后不良，并可能作為一種新的預后標志物。此外，SIRT3 在胰腺癌中的作用機制尚不清楚，還需進一步的體內(nèi)外研究進行驗證。鐵代謝是多種細胞的生物學過程所必需的，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)基因的表達來維持細胞鐵穩(wěn)態(tài)。當IRP1 過表達時，細胞鐵穩(wěn)態(tài)破壞，可促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Jeong 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT3 在胰腺癌中的表達與IRP1 的表達呈負相關(guān)。SIRT3 過表達可以抑制IRP1 的表達和胰腺癌細胞增殖，表明SIRT3 可能通過IRP1 來調(diào)節(jié)細胞鐵代謝。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 過表達增強了胰腺導管腺癌細胞的增殖、侵襲和遷移能力；通過定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應（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 的表達可促進miRNA-708-5p 在胰腺導管腺癌中的致癌活性。因此，該miRNA-708-5p/SIRT3 通路在胰腺癌進展中發(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 的表達涉及復雜的分子信號通路，影響腫瘤細胞的代謝、轉(zhuǎn)移和患者的預后。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 的生物學作用有望為腫瘤治療帶來新希望。