沉默交配型信息调节因子2同源蛋白3在肿瘤中的双重作用▲

崔 杨 曲 璇

(陕西中医药大学1 医学技术学院，2 基础医学院,陕西省咸阳市 712046)

【提要】 沉默交配型信息调节因子2同源蛋白3(SIRT3)是定位于线粒体的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖的去乙酰化酶，能够系统地调控线粒体蛋白的乙酰化水平，在调控活性氧水平、调节线粒体代谢、维持线粒体动态平衡等方面起着至关重要的作用。因此，SIRT3在癌症发生和发展中的作用也受到了学者们的广泛关注。研究发现，在不同的癌症类型中，SIRT3扮演着促癌或抑癌的双重角色，这与癌症的个体差异及SIRT3所调控的靶点不同有关。本文主要探讨SIRT3的生物学功能及其在不同癌症中的作用机制，为SIRT3作为肿瘤精准化治疗的潜在靶点提供理论参考。

组蛋白去乙酰化酶Sirtuins，即沉默交配型信息调节因子2同源蛋白(silent mating-type information regulation 2 homolog,SIRT)，是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖的具有去乙酰化作用的一类蛋白家族。人类Sirtuins家族共有7个成员，即SIRT 1～7，其中SIRT3、SIRT4和SIRT5位于线粒体，其他成员位于细胞质或细胞核内，调节细胞内的多种生理过程，如能量代谢、应激反应、细胞生长、衰老、干细胞特性、癌症等[1]。

乙酰化修饰具有调节酶的活力、保持酶蛋白的稳定性和酶的亚细胞定位等功能，是一种重要的蛋白翻译后修饰类型。近几年研究表明，几乎所有的代谢过程(糖酵解、三羧酸循环、糖异生、尿素循环、糖原代谢、脂肪酸代谢)中都存在代谢酶的乙酰化修饰现象[2]。这说明乙酰化修饰对细胞的代谢具有广泛的调控作用。因此，改变乙酰化酶/去乙酰化酶的表达或调控底物的乙酰化水平进而调控细胞代谢，已成为研发代谢相关疾病药物的一种新思路。然而，癌症作为一种代谢性疾病具有很大的个体差异，且不同类型与分期的癌症，其代谢调控路径也不尽相同。

SIRT3是Sirtuins蛋白家族的重要成员之一，也是最活跃的线粒体去乙酰化酶，是维持线粒体正常功能和代谢的关键蛋白，其可以调节代谢酶活性，在帮助细胞抵御氧化应激、调节细胞能量代谢平衡、维持线粒体功能等方面发挥着重要的作用。最近研究发现，SIRT3在癌症中发挥着重要的作用，在肿瘤细胞的生长、增殖、转移、浸润、凋亡，肿瘤代谢重编程，以及基因组稳定性中，扮演着肿瘤促进因子和抑制因子的双重角色[3-5]。

1 SIRT3与肿瘤

随着机体的衰老，肿瘤发生的风险也逐渐增加，原因可能是细胞内线粒体代谢出现异常，氧化还原反应失调，这种现象在肿瘤细胞和老化细胞中普遍存在[6]。鉴于线粒体蛋白SIRT3可通过上调超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2,SOD2)[7]和异柠檬酸脱氢酶2(isocitrate dehydrogenase 2,IDH2)[8]等抗氧化酶的活性，降低活性氧簇的水平，有学者提出SIRT3可能通过调控活性氧簇水平在细胞衰老和细胞致瘤性转化过程中发挥作用[9]。Kim等[10]在SIRT3基因敲除小鼠胚胎成纤维细胞中发现，SIRT3缺失可引起氧化应激发生和基因稳定性下降，促使细胞致瘤性转化。这说明SIRT3可能为抑癌基因，其缺失后相关癌基因表达增加，使得细胞出现恶性表型。这一发现为学者们研究SIRT3与肿瘤之间的关系翻开了新的篇章。经过近十年的努力，学者们对SIRT3在肿瘤中的作用有了更清晰的认识。研究发现，SIRT3能够调节细胞的氧化应激、能量代谢、增殖和凋亡等过程，在肿瘤的发生和发展中发挥重要作用，但SIRT3并不是单纯的促癌或者抑癌因子，在不同分型和分期的肿瘤中，SIRT3 所发挥的作用往往呈两面性[3]，而这与活性氧簇在肿瘤中的双重作用密切相关[11]。

2 SIRT3对肿瘤的抑制作用

2.1 SIRT3通过调控活性氧簇水平发挥抑癌作用 癌变与机体细胞的代谢重编程有关，多种机制参与该过程，其中就包括转录因子缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)诱导的转录调控。在肿瘤细胞中，由于缺氧,线粒体对低氧张力做出反应并产生活性氧簇，从而提高HIF-1α的稳定性，HIF-1α累积并转移到细胞核内，诱导相关靶基因的转录,其中许多靶点是与肿瘤生长、增殖、转移和血管生成相关的转录因子[12]。而SIRT3可以下调活性氧簇的水平，导致HIF-1α的稳定性降低并促进其降解，使HIF-1α下游分子的转录活性降低，从而抑制肿瘤的发生[13]。与健康个体的B淋巴细胞相比，慢性淋巴细胞白血病患者的B淋巴细胞中SIRT3表达降低。Yu等[14]发现，在敲除原代培养的慢性淋巴细胞白血病细胞的SIRT3基因后肿瘤细胞生长变快，而过表达SIRT3基因后肿瘤细胞生长受到抑制；进一步研究发现这与SIRT3去乙酰化激活IDH2和SOD2、降低活性氧簇水平有关。还有研究显示，在乳腺癌细胞中，SIRT3能够使IDH2蛋白第413位的赖氨酸去乙酰化，促使IDH2形成二聚体，进而提高IDH2的活性；而在乳腺癌细胞中敲除SIRT3基因后，IDH2乙酰化水平升高，不能形成二聚体，其活性降低，导致线粒体代谢水平下降，有氧呼吸增加，活性氧簇水平升高，氧化应激水平增加，最终导致细胞致瘤性转化和肿瘤发生[8]。该研究还提示，SIRT3的表达与IDH2乙酰化水平及乳腺癌恶性风险呈负相关[8]。

2.2 SIRT3 可抑制前列腺癌的转移 有研究显示，在前列腺癌中，顺乌头酸酶(aconitase 2，ACO2)是一种促癌因子，ACO2的表达水平与前列腺癌的恶性程度呈正相关[15]。有学者在前列腺癌细胞中发现，SIRT3可以使ACO2蛋白第258位的赖氨酸发生去乙酰化修饰，进而抑制ACO2的活性；在前列腺癌自发骨转移小鼠模型中，抑制SIRT3的转录后，线粒体中ACO2的活性增强，侵袭性前列腺癌发生骨转移，重新激活SIRT3的转录后，前列腺癌细胞在骨微环境中的定植受到抑制，这说明SIRT3可以通过抑制ACO2来阻碍前列腺癌发生骨转移[16]。

2.3 SIRT3可抑制肝细胞癌的发展 在肝细胞癌中，SIRT3表达与肿瘤分级和大小密切相关，SIRT3过表达可以抑制肝癌细胞的生长，并促进肝癌细胞凋亡[17]。这与SIRT3激活糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)/B细胞淋巴瘤-2相关X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein，Bax)凋亡通路有关，其中GSK-3β可能是SIRT3的去乙酰化靶点[17]。此外，有学者研究发现在肝癌细胞中过表达SIRT3，能够增加肝癌细胞对一系列化疗药物的敏感性，这种化疗增敏作用与SIRT3下调谷胱甘肽S转移酶P1的转录水平，从而激活c-Jun氨基末端激酶和下游靶点c-Jun相关[18-19]。

3 SIRT3对肿瘤的促进作用

3.1 SIRT3对头颈部肿瘤的促进作用 有学者发现，SIRT3作为应激反应相关的去乙酰化酶，其高表达可防止肿瘤细胞发生遗传毒性及氧化应激介导的凋亡。例如，在头颈部鳞状细胞癌中SIRT3呈高表达，其可使活性氧簇维持在适当水平进而促进癌细胞的增殖，并保护细胞的侵袭性表型，抑制细胞凋亡，促进癌变[20]；在人口腔癌细胞和组织中SIRT3呈高表达，其可通过死亡受体Fas/CD95介导的信号通路来抵抗肿瘤细胞的失巢凋亡，促进肿瘤生长，在口腔鳞癌发生和发展过程中，SIRT3可能参与了Fas/受体相互作用蛋白/整合素1/黏着斑激酶死亡-生存通路的调控[21]。还有学者发现，SIRT3的低表达可以抑制口腔鳞癌细胞的生长和增殖，并可提高放疗和化疗药物的作用[22]。

3.2 SIRT3对呼吸系统肿瘤的促进作用 SIRT3可通过直接作用于其去乙酰化靶点发挥促癌作用。如在非小细胞肺癌细胞中，SIRT3的低表达可抑制烟酰胺单核苷腺苷酰基转移酶2(nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase 2，NMNAT2)的去乙酰化和该酶的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸合成活性，从而阻碍细胞进入有丝分裂；SIRT3的低表达还可以抑制细胞增殖并加速细胞凋亡，这与SIRT3和NMNAT2相互作用所致的能量代谢变化有关[23]。

3.3 SIRT3对消化系统肿瘤的促进作用 有学者对食管癌组织样本进行免疫染色，并采用HScore法对SIRT3的表达水平进行半定量分析，发现SIRT3是食管癌发生的独立预测指标[24]。在结肠癌中，SIRT3可使致癌因子丝氨酸羟甲基转移酶2(serine hydroxymethyltransferase 2,SHMT2)第95位的赖氨酸去乙酰化，以提高SHMT2的活性并抑制其泛素化降解，进而促进结直肠癌细胞的生长和增殖；在结直肠癌组织样本中SHMT2第95位的赖氨酸乙酰化水平显著降低，并与SIRT3的表达呈负相关，同时SIRT3的高表达水平与较短的生存期相关[25]。还有研究发现，在结肠癌细胞中沉默SIRT3基因会引起线粒体生成减少和功能衰退，导致结肠癌细胞发生线粒体聚集，使肿瘤细胞的迁移能力和克隆形成能力下降[26]。

3.4 SIRT3对泌尿和生殖系统肿瘤的促进作用 有研究显示，在含外源野生型p53基因的膀胱癌EJ细胞中，线粒体内的p53是SIRT3去乙酰作用的靶点，SIRT3通过阻断p53的部分活性，抑制p53诱导的细胞生长阻滞和衰老[27]。同时，有学者在磷酸酶-张力蛋白同源性基因缺陷型非小细胞肺癌细胞中进一步发现，上述现象与p53脱乙酰基后的泛素化降解有关[28]。此外，SIRT3能够促进卵巢癌细胞的转移。Kim等[29]发现，在游离卵巢癌细胞和高级浆液性卵巢癌患者的恶性腹水肿瘤细胞中，SIRT3的活性增强且表达升高；其还通过细胞实验发现，SIRT3在非贴壁依赖性卵巢癌细胞的生存和种植性转移过程中发挥重要作用， SIRT3的表达上调及SIRT3调控的SOD2抗氧化作用有助于抵抗细胞失巢凋亡，即SIRT3作为线粒体应激反应基因，在肿瘤细胞转移过程中具有维持细胞生存的作用。

3.5 SIRT3对其他肿瘤的促进作用 在乳腺癌中，SIRT3作为参与线粒体未折叠蛋白反应的重要因子，能够减少蛋白毒性应激的发生，保持活性氧簇水平，促进乳腺癌的转移[30-31]。SIRT3在弥漫大B细胞淋巴瘤中呈高表达并与患者预后不良相关，不管是哪一种亚型和基因型，弥漫大B细胞淋巴瘤细胞的生长、增殖、生存、自我更新都依赖于SIRT3，这是因为SIRT3缺失会抑制发生中心B淋巴细胞恶性转化，而其机制可能与SIRT3的缺失导致其靶点谷氨酸脱氢酶的失活，抑制三羧酸循环，从而引起细胞自噬和细胞死亡有关[32]。

4 小 结

SIRT3通过维持线粒体的完整性和功能性，调节能量代谢、参与氧化应激、降低活性氧簇水平、调控细胞凋亡，在肿瘤发生与发展中发挥着双向调控作用。其中，SIRT3通过SOD2和IDH2等抗氧化酶来降低活性氧簇的水平，从而发挥抑制肿瘤的作用。同时，SIRT3水平的升高又能够帮助肿瘤细胞抵抗氧化应激、维持线粒体功能、调控能量代谢，从而发挥促癌作用。除了调控活性氧簇水平，SIRT3还能通过调控其他靶点来改变自身的活性或者稳定性，在代谢重编程、调节线粒体稳态平衡、细胞凋亡中发挥作用。如SIRT3可以通过去乙酰化ACO2、GSK-3β/Bax等靶点，抑制肿瘤的生长和转移，增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性;而另一方面，SIRT3可以通过NMNAT2、p53、SHMT2、吡咯-5-羧酸还原酶1等靶点，促进肿瘤细胞的生长、增殖和转移。总之，SIRT3在肿瘤中的双重作用与活性氧簇在肿瘤中的双重作用密切相关[11,33-34]。因此，研究SIRT3在肿瘤发生和发展中的作用时，应视情况具体分析，不能一概而论，而SIRT3在个性化精准医疗中是否可作为肿瘤的治疗靶点，仍需要更深入的研究以证实。