Sirt1对恶性肿瘤干细胞生物学行为影响的研究进展

王娇，程庸，叶小群

(南昌大学第二附属医院,南昌330006)

沉默信息调节因子(Sirtuins)家族是一种NAD+依赖的Ⅲ型组蛋白去乙酰化酶(HDAC)，共有7个成员，即Sirt1～7。Sirt1是目前研究最多且最深入的一个Sirtuins家族成员，其以许多非组蛋白和组蛋白为底物，影响多种疾病的发生、发展过程。在不同类型的肿瘤中，Sirt1表现出“两面性”：一方面,Sirt1作为肿瘤促进因子抑制细胞凋亡，提高癌基因活性及促进肿瘤发生、发展及转移；另一方面,Sirt1作为肿瘤抑制因子，通过调控肿瘤形成过程中异常的炎症信号而增加细胞基因组的稳定性、抑制癌基因活性,从而抑制肿瘤生成。本文就Sirt1对多种恶性肿瘤干细胞生物学行为的影响作一综述。

1 Sirt1的结构及生理功能

1.1 Sirt1的结构 人类Sirt1基因定位于染色体10q21.3，由9个外显子和8个内含子构成，基因长约33 kb，在5′及3′端各有一个分别为53 bp及1 793 bp的非翻译区，共编码747个氨基酸，翻译后的蛋白质具有NAD+依赖的脱乙酰基酶活性。Sirt1主要由保守性较高的1个大结构域(由Ross mann折叠构成)和保守性较低的1个小结构域(1个锌指结构和1个螺旋构件)组成，这两个结构域之间形成一个裂隙结构，底物与之结合并发生催化反应。尼克酰胺、Sirtinol等是Sirt1的功能抑制剂，红葡萄酒中的抗氧化剂白藜芦醇、槲皮素等是Sirt1的功能激活剂。

1.2 Sirt1的生理功能 Sirt1异常表达在衰老、自噬、新陈代谢和肿瘤发生等过程中发挥重要作用。一方面，Sirt1可通过乙酰化作用调节多种组蛋白生成，如组蛋白H1第26位赖氨酸(H1K26)、H3第56位赖氨酸(H3K56)和H4第16位点(H4K16)；此外，Sirt1作为组蛋白修饰酶的调节因子，还能与组蛋白乙酰转移酶P300结合，发挥抑制其活性的作用，进而促进组蛋白的低乙酰化。另一方面，Sirt1可通过去乙酰化作用调节非组蛋白生成，如转录因子(p53、FOXO)、DNA修复蛋白(Ku70、MRE11-RAD50-NBS1)和信号因子(内皮一氧化氮合成酶)等。

2 Sirt1对肿瘤干细胞生物学行为的影响

Sirt1既可以引起肿瘤促进因子脱乙酰化,而发挥抑制肿瘤作用，又可以引起肿瘤抑制因子脱乙酰化,而促进肿瘤发生。研究表明，敲除Sirt1可促进造血干细胞分化，导致其丧失自我更新能力[1]。在间充质干细胞中，过表达的Sirt1可在肿瘤炎性微环境中招募NK细胞，从而抑制乳腺肿瘤生长[2]。Sirt1可通过调节自噬通量和促进DNA修复来控制胚胎干细胞存活，在氧化应激过程中保护胚胎干细胞，参与胚胎干细胞、造血干细胞及间充质干细胞等多种正常干细胞生物学行为的调节，同时也对多种肿瘤干细胞的存活、自我更新、耐药及转移等生物学行为发挥重要作用[3]。

2.1 Sirt1对乳腺癌干细胞生物学行为的影响 乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，乳腺癌干细胞介导的肿瘤异质性是其耐药和远处转移的主要原因。Lei等[4]研究发现，乳腺癌干细胞的Sirt1/PRRX1/KLF4/ALDH1信号通路参与调控肿瘤进展、紫杉醇耐药、肺转移等过程。有研究报道，Sirt1在激活状态下可以显著提高乳腺癌中耐药性及转移性极强的三阴性乳腺癌干细胞的化疗敏感性[5,6]。另外，miR-34a靶向Sirt1在乳腺癌干细胞的增殖及自我更新过程中发挥重要作用，而下调Sirt1不仅能抑制乳腺癌干细胞的增殖潜能，还能显著降低干细胞标记物ALDH1、BMI1、Nanog蛋白表达[7]。因此，Sirt1参与了乳腺癌干细胞的自我更新、耐药及转移等过程，有望成为乳腺癌的潜在治疗靶点。

2.2 Sirt1对肝癌干细胞生物学行为的影响 肝癌干细胞是一群具有较高致瘤性、转移能力和耐药性的细胞，在肝癌的发生、发展中扮演重要角色。Sirt1是肝脏干细胞自我更新、增殖和致瘤的关键调控因子，参与影响肝癌进展和患者预后[8,9]。Wei等[10]研究发现，肝脏干细胞依赖于线粒体功能以维持其干性，而线粒体核糖体蛋白S5(MRPS5)的乙酰化直接受NAD+依赖的Sirt1调控，去乙酰化的MRPS5定位于线粒体中，可促进功能复合体Ⅰ和NAD+生成，从而增强线粒体呼吸。相反，核内聚集的乙酰化MRPS5可以导致糖酵解蛋白表达升高，从而促进Warburg效应[11,12]。因此，Sirt1可通过参与肝癌干细胞的代谢而维持其干性。

在包括肝细胞癌在内的多种肿瘤患者中均存在miRNA表达失调，这是导致癌细胞耐药的重要原因。研究报道，在胃癌[13]、卵巢癌[14]、肺癌[15]和肾癌[16]细胞中，miR-124作为一种肿瘤抑制因子，可抑制上述肿瘤细胞的生长、侵袭及相关肿瘤发生。在CD133+的肝细胞癌细胞中，miR-124可靶向Sirt1增加肝癌干细胞对顺铂的敏感性[17]。另外，肝癌组织中miR-486表达显著下调，在体外miR-486可显著抑制肝癌干细胞的自我更新和侵袭性，在体内可显著抑制肿瘤生长。在肿瘤干细胞样细胞中，miR-486-5p通过靶向Sirt1发挥抑制肿瘤细胞增殖的作用[18]。

细胞质聚腺苷酸化元件结合蛋白1(CPEB1)作为一种序列特异性RNA结合蛋白，可调控mRNA聚腺苷酸化和翻译，与癌症的进展和转移密切相关。Xu等[19]研究证实，CPEB1可以直接靶向Sirt1的3′-UTR，控制poly(a)尾巴长度，抑制其翻译，在体内外介导肝癌干细胞的肿瘤干性及侵袭等重要生物学过程。此外，在肝癌组织中CPEB1表达下调，而上调CPEB1表达可显著降低肝癌干细胞的干性标记物表达，如OCT4、NANOG、SOX2、LIN28 mRNA和蛋白，同时抑制细胞迁移和肿瘤球体形成。总之，Sirt1在肝癌干细胞自我更新、耐药、增殖等多方面发挥重要作用，并影响肝癌患者的预后；同时Sirt1相关信号通路因子还可以作为一种新的诊断潜在靶点，有望提高肝癌的治疗效果。

2.3 Sirt1对卵巢癌干细胞生物学行为的影响 铂类和紫杉醇类化疗药物是治疗晚期卵巢癌的一线标准药物，但上皮性卵巢癌患者多对紫杉醇、顺铂等常见化疗药物产生耐药性。有研究在上皮性卵巢癌患者腹水中发现了一种肿瘤干细胞表型(EpCAM+CD45+)，主要由卵巢癌干细胞亚群(CD133+、CD117+、CD44+)组成，经证实该卵巢癌干细胞比普通的卵巢癌细胞具有更强的耐药性和侵袭性，并与Sirt1过表达紧密相关[20]。目前关于Sirt1的作用机制尚不十分清楚，缺氧是许多恶性肿瘤的共同特征，Sirt1表达变化可能受到缺氧条件的影响。Qin等[21]发现，在缺氧条件下，低氧诱导因子1可上调Sirt1表达，从而促进人类卵巢癌SKOV3细胞的干细胞样特性；下调或抑制卵巢癌细胞中Sirt1表达可以显著降低肿瘤干细胞表面标志物CD133、CD44、Nanog等表达。因此，Sirt1可能增加卵巢癌干细胞对紫杉醇等化疗药物的敏感性,并有助于维持其干性。

2.4 Sirt1对白血病干细胞生物学行为的影响 白血病干细胞在白血病发生和发展中发挥决定性的作用，标记并靶向清除白血病干细胞是根治白血病的关键，也是治疗白血病的新途径。衰老可限制细胞的寿命和增殖能力，诱导衰老被认为是预防癌症及新型抗癌药物抑制肿瘤细胞增殖的关键机制，人参皂苷Rg1具有延缓衰老、抗氧化、抗肿瘤、促进血液细胞功能等药理学作用，能显著延长小鼠及细胞寿命[22]。研究发现，人参皂苷Rg1可通过调控Sirt1/TSC2信号通路发挥诱导CD34+CD38-白血病干细胞衰老的作用，敲除Sirt1可显著减少CD150-白血病干细胞数量，并影响慢性白血病干细胞的干性[23]。Sirt1在慢性白血病干细胞中呈过表达，使用shRNA或小分子Sirt1抑制剂抑制Sirt1表达可以延缓慢性白血病干细胞的生长并抑制其存活，同时可以增加其对酪氨酸激酶的敏感性。此外，下调Sirt1表达可以提高白血病祖细胞中p53的乙酰化和Bax等靶基因的转录活性，并与伊马替尼联合促进白血病干细胞的清除。Kim等[24]首次证明，热休克蛋白90(Hsp90)抑制剂联合Sirt1抑制剂可能是一种更有效的治疗慢性白血病干细胞的方法，Sirt1抑制剂tenovin-6可通过抑制β-catenin/Wnt信号通路而发挥诱导急性淋巴细胞白血病干细胞凋亡及清除急性淋巴细胞白血病干细胞的作用。因此，Sirt1既能调控白血病干细胞的生长和存活，又可能作为白血病治疗的潜在靶点之一。

2.5 Sirt1对胃癌干细胞生物学行为的影响 胃癌干细胞是导致胃癌细胞耐药的主要原因，miRNA介导的基因转录参与了胃癌细胞的耐药。Zhang等[25]研究发现，胃癌组织中miR-132表达与Sirt1表达呈负相关，miR-132可通过调控Sirt1/CREB/ABCG2信号通路,促进Lgr5+胃癌干细胞对顺铂的耐药性，并且miR-132低表达的胃癌患者生存时间明显延长。在Lgr5+胃癌干细胞中Sirt1表达下调，Sirt1蛋白直接与环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)相互作用，并在翻译后使CREB去乙酰化[26]。目前国内外有关Sirt1在胃癌干细胞中的研究极少，其对胃癌干细胞其他生物学行为的影响及其作用机制仍有待进一步探索。

2.6 Sirt1对结直肠癌干细胞生物学行为的影响 结直肠癌是临床上最常见且病死率较高的恶性肿瘤之一，尽管结直肠癌的治疗取得了许多进展，但是传统的治疗方法只对癌细胞增殖和成熟的癌细胞发挥作用，而相对静止的肿瘤干细胞却仍能存活下来，对化疗药物产生耐药性，最终导致肿瘤的复发和转移。Sirt1在结直肠癌的类干细胞中呈过表达，通过调节干细胞的自我更新能力，在结直肠癌的发生、发展中发挥重要作用，且Sirt1高表达与结直肠癌患者预后不良有关[27]。研究发现，下调Sirt1表达不仅可以减少CD133阳性肿瘤细胞比例,并降低其致瘤性和形成菌落、球体的能力，还可以明显降低Oct4、Nanog和Tert等干细胞相关基因表达[28]。但是目前关于Sirt1调控结直肠癌干细胞相关基因的具体机制仍有待深入研究。Rotili等[28]证实，Sirt1抑制剂苯丙噻嗪类药物可明显抑制结直肠癌干细胞增殖。Amurensin G是一种新型的Sirt1抑制剂，可有效清除结肠间充质干细胞，并可增强结肠间充质干细胞对肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体介导的细胞毒性的敏感性[29]。以上研究表明，Sirt1参与调控结肠癌干细胞增殖且有助于维持其干性，有望成为抗结直肠癌干细胞治疗的一个新靶点。

综上所述，Sirt1作为一种去乙酰化酶，通过上、下游信号通路介导肿瘤的发生、发展过程，不同肿瘤中的Sirt1既有促癌因子作用，又有抑癌因子作用。Sirt1参与调节多种肿瘤干细胞(乳腺癌、肝癌、卵巢癌、白血病、胃癌、结直肠癌等干细胞)的存活、增殖、耐药及转移等重要生物学过程。