SIRT6在非小细胞肺癌中的表达调控及对其抑制机理的研究进展

陈耀丰 黄志秋 魏晓群 温业良

近些年来，肺癌成为了发病率最高的肿瘤，同时也是癌症患者最常见的死亡原因之一，而非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC）是肺癌最常见的类型之一，约占所有肺癌的80%[1]。统计分析显示，约40%的NSCLC患者为疾病晚期，5年生存率仅为2%[2]。虽然近几十年来肺癌的研究取得了很大进展，但其发病的分子机制仍不清楚。手术和铂类为基础的方案一直是早期NSCLC患者的主要治疗手段。随着肿瘤分子生物学研究的不断深入，最新研究发现的新的治疗药物，如表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂，在表皮生长因子受体发生突变的肿瘤患者中疗效显著[3，4]，但仍未明显改善NSCLC患者预后，5年生存率仍不超过15%。因此，深入研究NSCLC 的发病机制，并寻找高疗效的靶标药物迫在眉睫。

Sirtuin 家族由7个成员组成，它们是依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）的蛋白去乙酰化酶和/或单核腺苷二磷酸（Adenosine di phosphate，ADP）转移酶[5～7]。研究显示，Sirtuins 在多种细胞的代谢过程中均发挥了重要作用，如细胞代谢、脂肪动员、炎症应激反应、细胞凋亡、肿瘤发生发展等。作为去乙酰化酶，Sirtuins 将蛋白赖氨酸侧链上的乙酰基转移到辅酶NAD+上，生成去乙酰化底物OAADPr（2'-O-acetyl-ADP-ribose）和烟酰胺（Nicotinamide，NAM）[8]。在Sirtuins 家族中，SIRT6是多种过程的关键调节因子，包括DNA 修复、基因表达、端粒维护、新陈代谢和衰老。SIRT6 通过乙酰基和长链脂肪酸酰基(如豆蔻酰基)的脱酰作用，并成为单ADP-核糖转移酶[9，10]。在小鼠中敲除SIRT6 基因后发现，基因缺陷小鼠体型变小，在婴幼儿时期（2～3 周龄）即出现皮下脂肪丢失、前凸畸形等衰老相关表型，寿命均不超过4 周龄[11]。相反，SIRT6 基因过表达的雄性小鼠寿命明显长于野生型小鼠[12]。IGF1 信号通路是调节寿命的关键因素[13]。因此，仅在男性SIRT6 过表达中观察到的寿命延长可能可以通过IGF1 信号的减少来解释。除了对寿命的影响外，SIRT6 基因过表达小鼠可以抵抗由肥胖所造成的一系列生理损伤，主要包括减少内脏脂肪的积累，提高脂质代谢水平、葡萄糖耐量和胰岛素分泌等[14]。因此，SIRT6是连接能量稳态和寿命的调节器。本研究着重介绍SIRT6在NSCLC 的化疗及免疫治疗中的作用，初步阐述SIRT6 诱导NSCLC化疗及靶向药物耐药机制，对SIRT6 作为NSCLC逆转耐药新靶点的可能性进行探讨。

1 SIRT6 信号通路

人类SIRT6 基因由8个外显子组成，定位于染色体19p13.3，分子大小为60～838bp[15]。在蛋白数据库（PDB）中有57种不同的Sirtuins 晶体结构，其中4个是SIRT6。SIRT6是一种多功能蛋白，参与调控多种细胞和系统过程。除了与多个蛋白发生相互作用以外，它也有能力催化蛋白翻译后修饰过程，从而影响蛋白表达和功能。因此，SIRT6 可以参与调控基因组的稳定性和DNA 修复，癌症的发生发展过程、新陈代谢和老化。如何调控SIRT6 转录、表达和活性的机制是目前研究热点之一。在营养胁迫下，SIRT1 可以正向调控SIRT6 表达水平，其主要机制是结合SIRT6 启动子上的核呼吸因子1（NRF1）并形成复合物，从而启动SITR6 蛋白翻译过程[16]。FOXO3a 已被证明与寿命和调节代谢有关[17～19]。NRF1是一种正向调节关键代谢基因表达的转录因子[20～22]，另一个监管水平是P53 依赖。在正常营养条件下，P53 可以正向调节SIRT6 蛋白水平；但在饥饿状态下，P53 可以与FOXO3a 结合，共同调控SIRT6 表达。SIRT6在饥饿状态下也被上调[23，24]。这些发现提示SIRT6 的调控机制是由SIRT1 和FOXO3a 介导的。SIRT6 的另一个阳性转录调节因子是原癌基因c-Fos。c-Fos 与激活蛋白-1（AP-1）结合位点(TAAGTCA)在碱基对位置SIRT6 启动子（promoter）上[25]。此外，SIRT6 蛋白水平被micro RNAmiR-33b 下调，而SIRT6 的3个非翻译区（UTR）miR-33b 靶点的突变可以增加SIRT6的表达；而过表达miR-33b 则可以显著抑制SIRT6表达，而通过anti-ir-33 抑制内源性miR-33b 则会增加SIRT6的表达[26，27]，说明miR-33b 在SIRT6 表达中发挥重要作用。

2 SIRT6在NSCLC 中表达

研究发现，SIRT6在非小细胞肺癌中的表达可能是一个有用的预后标记，而SIRT6 可能是预测肺腺癌化疗敏感性的一个新的靶基因[28，29]。戴彭辰[30]研究结果显示SIRT6在NSCLC组织及肺癌细胞中的表达显著下降，而过表达SIRT6 可以抑制NF-κB的活化。同样发现NSCLC患者癌组织中的SIRT6表达显著低于正常组织，其机制可能与SIRT6 抑制EMT 转录因子Twist的表达，从而抑制NSCLC 细胞增殖有关[31]。除此以外，NSCLC患者癌组织和A549 细胞株SIRT6 mRNA 和蛋白水平均显著低于癌旁组织和16HBE 细胞株，而过表达SIRT6 基因可以显著抑制A549 细胞增殖，并促进细胞凋亡，其具体机制可能是通过抑制IGF1R/AKT 信号通过的异常活化，从而影响细胞增殖和凋亡[32]。深入研究其可能的分子机制发现，SIRT6 能抑制A549 细胞株和H1299 细胞株的侵袭和迁移，并抑制上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）相关标志物N-cadherin、vimentin 的转录水平，同时促进E-cadherin 转录；敲除SIRT6 基因后，A549 细胞株形态也发生明显变化；除此以外，该研究发现SIRT6可以抑制NF-κB 信号通路，从而抑制A549 细胞炎症反应[33]。其他研究显示SIRT6在肺癌中的作用与其在细胞中的定位相关。NSCLC 临床样本中定位SIRT6 发现，肿瘤恶性程度更高的患者SIRT6 倾向于在胞质中高表达，而在细胞核内表达较低，说明SIRT6的表达位置可能与NSCLC 恶性程度有关[28]。研究发现，SIRT6 表达升高与临床病理参数如T 和N 分类在NSCLC患者肿瘤中相关[34]。NSCLC 细胞系中的过表达SIRT6 基因可以增加细胞外信号调节激酶(p-ERK)1/2 的磷酸化水平，并激活基质金属蛋白酶9(MMP9)，从而促进了肿瘤细胞的迁移和侵袭。研究报道SIRT6 基因缺失会抑制A549和H1299细胞中转化生长因子β1（Transforming growth factor-β1，TGF-β1）诱导的EMT；而SIRT6能使Snail 蛋白发生乙酰化，阻止其蛋白酶发生降解，从而抑制NSCLC 细胞迁移和侵袭；与此同时，SIRT6 缺失会上调克鲁普样因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4），并降低Snail 蛋白与KLF4 启动子的结合，而KLF4 下调可以拮抗SIRT6 诱导的NSCLC转移[35]。研究发现MiR-186 可以与NSCLC 细胞中SIRT6 mRNA 的3'-UTR 结合，靶向SIRT6，从而抑制NSCLC 的发展[36]。在人PC9 和H1975 NSCLC 细胞中，二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）诱导的细胞凋亡与SIRT6 激活Hedgehog 信号通路有关。该研究发现，DHA 可以显著上调SIRT6 表达，下调Hh 信号通路，从而调控NSCLC 细胞凋亡。研究发现，长链非编码RNAHMMR-AS1 可以抑制NSCLC组织中SIRT6 表达，导致NSCLC患者肿瘤生长并转移[37]。

3 SIRT6 对NSCLC 化疗或放疗敏感性影响

蔡勇等[38]对过表达NSCLC 细胞株A549 中的SIRT6 基因研究发现，PKM2、LDHA 各HK 的mRNA表达水平均下降，培养基葡萄糖消耗速度降低，说明SIRT6 可以调控A549 细胞能量代谢，从而影响癌细胞对放疗的敏感性。周子洋[39]研究发现，SIRT6 蛋白在NSCLC 中的表达显著高于癌旁组织，SIRT6 可以抑制A549 细胞增殖和迁移，并影响其细胞周期，S 期缩短而G1 期延长，并能促进放射治疗后A549细胞凋亡。而过表达腺病毒介导SIRT6 对NSCLC的A549 细胞有放射增敏作用，可抑制A549 细胞的增殖引起G0/G1 期延迟，诱导细胞凋亡[40]；而SIRT6基因下调会导致NSCLC患者对化疗和放疗敏感性增加，深入研究其可能的机制发现，通过抑制Raf-MEK-ERK 通路，cAMP 信号通路可以激活SIRT6的泛素-蛋白酶降解过程，抑制SIRT6 表达，提高细胞对放疗药物诱导的凋亡或自噬的敏感性[41]。近些年来关于SIRT6 与NSCLC 化疗耐药性之间的研究不多，但实验证实，乳腺癌治疗药物紫杉醇及表柔比星可以引起乳腺癌细胞发生DNA 损伤，而SIRT6 可以抑制该过程，从而使乳腺癌细胞获得耐药性[25]；除此以外，有研究却发现SIRT6 Ser338 位点发生磷酸化后会引起SIRT6 发生降解，抑制SITR6表达，从而抑制乳腺癌细胞对曲妥单抗的敏感性，而增加一个SIRT6 Ser338 位点非磷酸化的突变体则会增加乳腺癌耐药株对曲妥单抗的敏感性[42]。因此，SIRT6在癌症中可能扮演抑癌基因或促癌基因双重角色，该基因与NSCLC 耐药性的关系仍需要进一步实验验证。

综上所述，SIRT6 信号通路在NSCLC 的发生发展中发挥重要作用。在大多数情况下，SIRT6 可以作为抑癌基因，控制NSCLC 的发生发展过程；但SIRT6 功能具有多样性，大量体内外实验证明上调或者下调SIRT6的表达都可以降低NSCLC 细胞的耐药性，说明SIRT6 可以作为NSCLC 的潜在治疗靶点，但其在NSCLC 中的具体作用机制仍需要更深入的研究。