沉默信息调节因子3 在消化系统恶性肿瘤中的研究进展△

安雅楠，王祝怡，周慧玲，于鸿#

1大连医科大学研究生院，辽宁大连 116000

2泰州市人民医院病理科，江苏泰州 225300

沉默信息调节因子（sirtuin，SIRT）家族属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，成员包括SIRT1～7，在人体内广泛表达，参与调控细胞应激反应、代谢、衰老和凋亡等过程[1]。SIRT 发挥去乙酰化作用需要依赖辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD），通过NAD+将其酶活性与氧化还原状态和细胞能量联系起来，当NAD+/还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）升高时，SIRT 酶活性升高，NAD+/NADH 降低时，SIRT 酶活性受到抑制[2-5]。但SIRT 家族成员在细胞内的位置、翻译后修饰类型和底物亲和力等方面均有所不同，其中SIRT3 因其去乙酰化酶活性最强而一直备受关注。近年来，由于SIRT3 在恶性肿瘤中具有双重作用，引起了研究者的广泛关注。本文对SIRT3 的基本特征及其在消化系统恶性肿瘤中的双重作用的研究进展进行综述。

1 SIRT3 的基本特征

SIRT3 是由位于11 号染色体p15.5（11p15.5）上的基因编码的一种蛋白质，是哺乳动物SIRT 家族成员，主要位于线粒体中，但也有报道其存在于细胞核和细胞质中[6-8]。SIRT3 在调节线粒体代谢和氧化应激中发挥重要作用，广泛分布于人体正常组织，尤其在骨骼肌、肝、肾和心肌等线粒体丰富的组织中高表达[9]。

SIRT3 首先在细胞质中表达，其非活性前体[399 个氨基酸（44 kD）]的N 端有线粒体定位信号肽（25 个氨基酸），细胞应激时，SIRT3 进入线粒体中被线粒体基质加工肽酶（mitochondrial matrix processing peptidase，MPP）捕获后，将其加工成一个由257 个氨基酸残基（28 kD）组成的SIRT3 短活性形式[8,10-11]。Rossmann 折叠结构域和锌结合结构域[Cys-X-X-Cys-（X）15, 20-Cys-X-X-Cys]是构成SIRT3 高度保守的酶核心，大约由275 个氨基酸组成；这两个结构域之间的裂隙可以作为去乙酰化底物的对接位置，在那里NAD+和含有乙酰赖氨酸的多肽底物可进入对接位置并与SIRT3 结合[12]。SIRT3 首先与乙酰化底物和NAD+共底物结合，然后将乙酰基从底物转移到NAD+的腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）核糖部分，产生双环中间体，最终生成去乙酰化蛋白，从而调节底物酶的活性，调节酶参与的反应过程[13]。

2 SIRT3 与活性氧（reactive oxygen species，ROS）的关系

氧化应激是机体在一些促癌因子的刺激下，生成ROS 并诱导细胞毒作用的过程，其中ROS 主要在机体进行氧化还原反应时产生，且是具有高反应活性的含氧物质。此外，ROS 升高引起的氧化应激是肿瘤细胞线粒体重编程重要的特征[14]。Qiu等[15]和Someya 等[16]认为，SIRT3 可以直接激活异柠檬酸脱氢酶2（isocitrate dehydrogenase 2，IDH2）和超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）等抗氧化酶，从而有效降低线粒体内ROS 水平。此外，Jacobs 等[17]发现，SIRT3 可以通过将叉头框蛋白O3A（forkhead box protein O3A，FOXO3A）去乙酰化，提高抗氧化酶的表达水平，从而发挥抑制氧化应激的作用。一项研究表明，SIRT3 可能通过调节溶质载体家族7 成员11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）的表达来平衡ROS 水平，从而在缺糖诱导的乳腺癌细胞死亡中发挥保护作用[18]。因此，SIRT3 的激活可能有助于ROS 的清除，避免氧化应激损伤，从而发挥抑癌因子的作用。但是，Wang 等[19]在结肠癌细胞中发现，线粒体神经元型一氧化氮合酶可以增强SIRT3 活性，进一步激活SOD2，适当调节ROS 的产生，从而抑制结肠癌细胞的凋亡。Qiao 等[20]认为SIRT3 可将ROS保持在适当的水平，以维持促进肿瘤细胞增殖和侵袭以及抑制细胞凋亡。综上所述，作为细胞代谢的调节器，SIRT3 通过调节多个线粒体蛋白的乙酰化水平，增强细胞抗氧化应激能力，在恶性肿瘤中发挥抑癌作用，但其也可以将ROS 维持在适当水平，从而表现出促癌作用。

3 SIRT3 与铁死亡的关系

近年来，科学家们发现铁死亡是一种受调控的铁依赖性非凋亡细胞死亡形式，其特征为ROS 的过量产生和脂质过氧化物的积累，其与各类肿瘤的发生发展有关[21]。p53 作为一种转录因子，通过介导细胞周期阻滞、衰老和凋亡发挥抗肿瘤作用；但有研究发现，p53 可以通过其代谢靶点在调节铁死亡中发挥重要作用[22-23]。Jin 等[24]研究发现，SIRT3 可以通过调节细胞ROS 水平在p53 介导的铁死亡中发挥重要作用，但并不影响p53 水平和p53介导的转录活性。因此，SIRT3在铁死亡相关表型中的相关机制尚有待进一步研究。

4 SIRT3 与消化系统肿瘤的关系

4.1 SIRT3 与食管癌

Yan 等[25]研究发现，SIRT3 在食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）组织中表达上调，单因素及多因素分析结果显示，SIRT3 高表达与ESCC 患者的预后不良有关，且增加了复发风险，SIRT3 可能是ESCC 患者无病生存期（disease free survival，DFS）和总生存期（overall survival，OS）的独立预后指标。Yuan 等[26]将SIRT3的小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）转染至ESCC 细胞Eca109，结果发现，转染后的Eca109细胞的活性、迁移和侵袭能力均明显低于对照组；同时，蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）、磷酸化AKT（phosphorylate-AKT，p-AKT）和己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）均表达下调。因此，SIRT3 可通过AKT 信号通路激活ESCC 细胞中HK2，促进ESCC 细胞的增殖和迁移。Yang 等[27]研究显示，SIRT3siRNA 可有效下调ESCC 细胞EC9706 中SIRT3 蛋白的表达，SIRT3表达缺失可显著抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡，且该机制可能与p21、B 细胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）、Bcl-2 相关X 蛋白（Bcl-2-associated X protein，BAX）蛋白的表达密切相关。研究表明，SIRT3 通过上调乙酰辅酶A 羧化酶1（acetyl-CoA carboxylas 1，ACC1）的表达，明显促进肿瘤中脂肪酸合成的重编程，并在肿瘤细胞的增殖和转移中发挥至关重要的作用。Sayd 等[28]研究显示，SIRT2敲除小鼠的病灶多于野生型小鼠。上述研究结果表明，SIRT3 在ESCC 发生中具有潜在的重要作用，但其具体机制尚不清楚，其促癌作用与鳞状上皮起源是否有关也值得进一步探讨。

4.2 SIRT3 与胃癌

研究表明，SIRT3 在胃癌中发挥抑癌作用。Huang 等[29]通过对221 例胃癌患者SIRT3 表达情况进行分析发现，SIRT3 阳性表达和阴性表达患者的5 年生存率分别为51.2%和39.1%；表达和不表达SIRT3 患者的5 年无瘤生存率分别为49.6%和38.0%；镜下观察显示，SIRT3 阴性表达与胃癌组织分化差、弥漫型Lauren 组织学分型和硬化型间质反应较多有关。与此相反，Cui 等[30]发现，与正常胃上皮细胞相比，SIRT3 在胃癌细胞中的表达上调且可促进胃癌细胞增殖，增强腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）生成、葡萄糖摄取、糖原形成、含锰超氧化物歧化酶（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 在胃癌细胞的代谢重编程中发挥作用。进一步研究发现，在胃癌细胞中，SIRT3 与乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）相互作用并使其去乙酰化，从而增强其活性，而LDHA 是调节厌氧糖酵解的关键蛋白，且糖酵解相关基因在SIRT3 过表达的胃癌细胞中表达上调；因此，SIRT3 除在正常细胞中介导线粒体动态平衡外，SIRT3 高表达还可以促进胃癌细胞的增殖和糖酵解。因此，即使在同一类型的肿瘤中，SIRT3 的作用也不尽相同，为了更好地了解SIRT3 作为胃癌治疗和预后生物标志物的价值，有必要扩大样本量并在不同种族群体中进一步研究。

4.3 SIRT3 与结直肠癌

结直肠癌是一个全球性的健康问题，随着新治疗方法的应用，结直肠癌患者的生存率有所改善，但晚期结直肠癌患者的预后仍存在较大问题，因此，研究新的生物标志物来预测结直肠癌患者的预后至关重要。Liu 等[31]选取127 例结肠癌患者肿瘤组织进行SIRT3 免疫组化染色，结果发现，SIRT3在结肠癌组织中高表达，且其高表达与结肠癌患者的肿瘤分期和淋巴结转移情况有关；进一步体外研究表明，沉默SIRT3基因可抑制结肠癌细胞系的增殖、侵袭和迁移，且可促进细胞凋亡。Wei 等[32]发现，在结直肠癌细胞中，丝氨酸羟甲基转移酶2（serine hydroxymethyl transferase 2，SHMT2）的K95位点被SIRT3 去乙酰化后，其功能性四聚体结构被破坏且其酶活性也被抑制，从而促进了结直肠肿瘤的发生。Torrens-Mas 等[33]在结肠癌细胞SW620中敲除SIRT3基因的表达发现，与对照细胞相比，SIRT3沉默细胞表现出线粒体聚集现象，其细胞运动和集落形成能力均降低。由此可见，沉默SIRT3的表达，可使结肠癌细胞SW620 中线粒体功能发生障碍，最终影响细胞活力，可能是一种使细胞对治疗更敏感的治疗策略。研究显示，抗肿瘤药物会使细胞产生过多的ROS，从而导致细胞死亡，但肿瘤细胞可以抵抗这种氧化应激，但其抵抗机制及其与化疗耐药的关系尚不清楚。Paku 等[34]发现，在抗肿瘤药物处理的结直肠癌细胞中，敲除SIRT3的表达会降低SOD2 和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）的表达和活性，促进肿瘤细胞凋亡，从而提高肿瘤细胞对抗肿瘤药物的敏感性。因此，SIRT3 通过调节SOD2 和PGC-1α的表达来影响结直肠癌细胞对化疗的耐药性，SIRT3可能是结直肠癌治疗的新靶点和化疗敏感性的预测标志物。Wang 等[35]研究表明，SIRT3缺失通过抑制AKT/磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）通路引发致命的线粒体裂变，而AKT/PTEN 通路的重新激活可以对抗线粒体裂变，促进结直肠癌细胞的存活、生长和迁移。因此，上述发现为SIRT3 在支持结直肠癌细胞生长和延长患者生存期方面提供了额外的理论依据。

4.4 SIRT3 与肝癌

肝细胞癌是临床常见的消化系统恶性肿瘤，由于诊断晚、对治疗的反应差，且易产生化疗耐药，患者的预后较差，因此，迫切需要发现针对致癌信号通路的新治疗策略，以开发新的肝细胞癌治疗药物。Zhang 和Zhou[36]研究发现，SIRT3 蛋白在肝细胞癌组织中表达下调，SIRT3 高表达可抑制肝细胞癌细胞增殖，并通过调节细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、p38、JNK 通路和改变NAD+水平来诱导细胞凋亡。此外，SIRT3 过表达通过下调鼠双微粒体2（murine double minute 2，MDM2）的表达来上调p53 蛋白的表达，从而减缓p53 的降解，表明SIRT3 在抑制肝细胞癌进展方面可能发挥着至关重要的作用。Che 等[37]和Tao 等[38]研究发现，在肝癌细胞中，SIRT3 可以通过调节环氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX2）/磷酸化动力相关蛋白1（phosphorylationdynamin-related protein 1，p-DRP1）信号通路和谷胱甘肽巯基转移酶P1（glutathione S-transferase pi 1，GSTP1）/JNK信号通路，使肝癌细胞对化疗药物更加敏感。因此，SIRT3可能在肝细胞癌的发展发生中发挥重要作用，有望成为肝细胞癌的新治疗靶点。

4.5 SIRT3 与胰腺癌

胰腺癌是常见的消化系统恶性肿瘤，早期易发生局部侵袭和远处转移，且早期诊断困难，有效治疗方法有限，缺乏生物标志物作为胰腺癌患者预后的评估指标，因此，迫切需要识别新的预后评估标志物来预测胰腺癌患者的预后生存情况。Huang 等[39]采用免疫组化法检测79 例胰腺癌患者胰腺癌组织及相应癌旁组织中SIRT3 的表达情况，结果显示，胰腺癌组织中SIRT3 阴性表达比癌旁组织更常见；采用Log-rank 检验和Cox 比例风险回归模型评估SIRT3 表达与患者预后的关系发现，SIRT3 的表达与胰腺癌患者的淋巴结转移和临床分期有关，SIRT3 阴性表达与胰腺癌患者的预后不良有关。因此，SIRT3 表达下调可能会促进胰腺癌的进展和预后不良，并可能作为一种新的预后标志物。此外，SIRT3 在胰腺癌中的作用机制尚不清楚，还需进一步的体内外研究进行验证。铁代谢是多种细胞的生物学过程所必需的，包括氧气运输、呼吸和DNA 合成。铁调节蛋白（iron regulatory protein，IRP）通过控制铁相关基因的表达来维持细胞铁稳态。当IRP1 过表达时，细胞铁稳态破坏，可促进肿瘤的发生发展。Jeong 等[40]研究发现，SIRT3 在胰腺癌中的表达与IRP1 的表达呈负相关。SIRT3 过表达可以抑制IRP1 的表达和胰腺癌细胞增殖，表明SIRT3 可能通过IRP1 来调节细胞铁代谢。Huang 等[41]通过CCK-8 实验、集落形成实验和Transwell 侵袭实验发现，miRNA-708-5p 过表达增强了胰腺导管腺癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力；通过定量逆转录聚合酶链反应（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRTPCR）、蛋白质印迹法（Western blot）和荧光素酶报告实验证实，SIRT3 是miRNA-708-5p 的直接靶点，通过抑制SIRT3 的表达可促进miRNA-708-5p 在胰腺导管腺癌中的致癌活性。因此，该miRNA-708-5p/SIRT3 通路在胰腺癌进展中发挥着重要作用，并为胰腺癌的治疗提供了新的思路。

5 小结与展望

SIRT3 的表达涉及复杂的分子信号通路，影响肿瘤细胞的代谢、转移和患者的预后。多项研究证实了SIRT3 在肿瘤发生发展中的双重作用，且在肿瘤发展的不同阶段，SIRT3 的作用也是不同的，SIRT3 在肝癌和胰腺癌中均表现出强烈的抗肿瘤作用，在胃癌中却表现出双重作用，在ESCC、结直肠癌中表现出强烈的促癌作用。此外，随着相关基础研究和临床试验的开展，通过对SIRT3 的靶向调控有望开辟新的肿瘤治疗方法，SIRT3 有望在消化系统恶性肿瘤的预测、诊断和靶向治疗中发挥重要作用。综上所述，SIRT3 是一种很有前途的生物标志物，可能作为癌因子或抑癌因子，通过一系列关键调节剂及相关通路影响肿瘤的发生发展，因此，深入研究SIRT3 的生物学作用有望为肿瘤治疗带来新希望。