趙志強(qiáng)，毛文瓊

（臺(tái)州學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

SIRT1與腫瘤發(fā)生

趙志強(qiáng)，毛文瓊

（臺(tái)州學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

SIRT1(sirtuin1)通過(guò)對(duì)腫瘤抑制蛋白和DNA損傷修復(fù)蛋白去乙?；怪Щ?。因此，SIRT1早期被認(rèn)為是腫瘤促進(jìn)因子。近來(lái)研究又表明SIRT1在某些腫瘤中表達(dá)降低且SIRT1缺乏導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定和腫瘤發(fā)生。超表達(dá)SIRT1可降低癌變風(fēng)險(xiǎn)。SIRT1的這種雙重作用可能與其組織中SIRT1上游和下游因子的時(shí)空分布不同有關(guān)。

SIRT1，腫瘤發(fā)生，腫瘤促進(jìn)因子，腫瘤抑制因子

SIRT1屬于煙酰胺（NAD+）依賴的III類組蛋白去乙?；竤irtuin家族。哺乳動(dòng)物sirtuin家族包括7個(gè)成員（SIRT1-7），各成員的細(xì)胞內(nèi)定位和功能在表1。sirtuin家族成員分布廣泛，功能涉及細(xì)胞增殖、炎癥反應(yīng)以及物質(zhì)代謝等。在sirtuin家族成員中，SIRT1的氨基酸序列最長(zhǎng)，人們對(duì)其了解最為深入。SIRT1是調(diào)控物質(zhì)代謝、壽命長(zhǎng)短以及細(xì)胞衰老的重要因子。近來(lái)的研究提示SIRT1既可以促進(jìn)腫瘤發(fā)生也可以抑制腫瘤發(fā)生。

表1 哺乳動(dòng)物sirtuin家族各成員的細(xì)胞內(nèi)定位及主要功能

1 SIRT1的酶學(xué)功能

1.1 SIRT1與組蛋白去乙酰化

SIRT1通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合而被招募到染色質(zhì)上。在核內(nèi)，SIRT1可去除組蛋白H1第26位賴氨酸（H1K26）、H3第9、56位賴氨酸（H3K9、H3K56）以及H4第16位賴氨酸（H4K16）的乙酰化。同時(shí)，SIRT1通過(guò)與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶P300結(jié)合而抑制其活性。在正常細(xì)胞中，SIRT1通過(guò)上述兩種機(jī)制維持組蛋白的低乙?；癄顟B(tài)。

1.2 SIRT1與非組蛋白去乙?；?/h3>

SIRT1也可以通過(guò)修飾非組蛋白從而調(diào)控基因的表達(dá)。這些蛋白可歸為三類：（1）轉(zhuǎn)錄因子，包括P53、P73、雄激素受體（AR）、FOXO（forkhead box subgroup O）家族成員、E2F1、HIC1（hypermethylated in cancer 1）、DBC1 （deleted in breast cancer1）、BCL6（Bcell lymphoma 6）以及 NF-κB（nuclear factor kappa B）；（2）信號(hào)因子，包括 SMAD7 和 eNOS（endothelial nitric oxide synthase）；（3）DNA修復(fù)蛋白，包括Ku-70和 MRE11-RAD50-NBS1（MRN）。

1.3 SIRT1與組蛋白甲基化

SIRT1在調(diào)控組蛋白去乙?；耐瑫r(shí)促進(jìn)組蛋白的甲基化。SIRT1將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1的催化結(jié)構(gòu)域去乙酰化后可增強(qiáng)其酶活性，導(dǎo)致H3K9三甲基化水平升高。另外，SIRT1與PRC4復(fù)合體中的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Ezh2（enhancer of zeste homolog2）結(jié)合，間接調(diào)控H3K27和H1K26的甲基化。

1.4 SIRT1與DNA甲基化

癌細(xì)胞中的SIRT1定位于異常超甲基化的抑癌基因的啟動(dòng)子區(qū)域，從而導(dǎo)致抑癌基因沉默。抑制SIRT1可導(dǎo)致啟動(dòng)子甲基化降低進(jìn)而激活抑癌基因。例如抑癌基因CDH1被SIRT1抑制后可導(dǎo)致表皮細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。另外，轉(zhuǎn)錄因子P27、GATA4、GATA5、分泌型卷曲相關(guān)蛋白（secreted frizzled-related proteins）以及錯(cuò)配修復(fù)基因MLH1都可被SIRT1抑制。

2 SIRT1與腫瘤發(fā)生

2.1 SIRT1在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)

SIRT1在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)量的上調(diào)或下調(diào)與腫瘤類型密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)SIRT1在小鼠和人前列腺癌、人原發(fā)性結(jié)腸癌以及急性髓細(xì)胞白血病等癌細(xì)胞中超表達(dá)［1-3］。Hida等利用免疫組化方法發(fā)現(xiàn)SIRT1在幾種不同皮膚癌細(xì)胞中均有表達(dá)［4］。各種非黑色素皮膚癌包括鱗狀細(xì)胞癌、基底細(xì)胞癌、鮑文病以及光化性角化病等癌細(xì)胞中SIRT1均過(guò)表達(dá)。相反，Wang［5］等發(fā)現(xiàn)與正常組織比，SIRT1在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、膀胱癌、前列腺癌以及卵巢癌等癌細(xì)胞中表達(dá)量降低。后續(xù)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在44例乳腺癌患者和263例肝癌患者的癌組織中SIRT1均低表達(dá)［5］。

2.2 SIRT1是腫瘤促進(jìn)因子

文獻(xiàn)報(bào)道，SIRT1將腫瘤抑制蛋白P53第382位的賴氨酸去乙?；瑥亩档土薖53的活性［6，7］。進(jìn)一步研究表明，在DNA損傷和氧化應(yīng)激狀態(tài)下，超表達(dá)SIRT1可抑制P53介導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡。然而，超表達(dá)去乙酰化酶活性喪失的SIRT1突變體增強(qiáng)了細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的敏感性［6，7］。近來(lái)，有報(bào)道稱利用特定抑制劑抑制SIRT1的活性后，過(guò)乙?；腜53增強(qiáng)了依賴P53的其它基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制腫瘤發(fā)生［8］。另外，超表達(dá)SIRT1抑制許多抑癌基因的表達(dá)以及某些參與DNA損傷修復(fù)蛋白的活性，包括 FOXO 家族成員（FOXO1，F(xiàn)OXO3a，F(xiàn)OXO4）、p73、RB、SFRP1、SFRP2、GATA4、GATA5、CDH1、MLH1、Ku70、NBS1以及WRN［9-15］。與上述結(jié)果一致，利用siRNA技術(shù)將SIRT1沉默后，體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的耐受性降低并被誘導(dǎo)為生長(zhǎng)停滯狀態(tài)［9，16］。此外，SIRT1的表達(dá)和活性反過(guò)來(lái)也受多種腫瘤抑制因子的調(diào)控。例如HIC1編碼的轉(zhuǎn)錄抑制因子與P53協(xié)作抑制小鼠與衰老相關(guān)的癌癥發(fā)生［17］。其機(jī)制在于HIC1與SIRT1形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體，該復(fù)合體與SIRT1的啟動(dòng)子結(jié)合從而抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄。在癌細(xì)胞中，HIC1失活導(dǎo)致SIRT1表達(dá)上調(diào)，結(jié)果P53去乙?；Щ?，最終使DNA損傷細(xì)胞繞過(guò)凋亡通道并存活下來(lái)。另外，P53也可反式激活HIC1，據(jù)此推測(cè)在在HIC1、SIRT1以及P53之間存在一個(gè)環(huán)形調(diào)控回路，即HIC1抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄，SIRT1進(jìn)而對(duì)P53去乙?；?，P53最終又通過(guò)激活HIC1而調(diào)整自身活性來(lái)調(diào)控DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞凋亡。在正常細(xì)胞中，HIC1通過(guò)抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄來(lái)維持P53的活性狀態(tài)，結(jié)果促使DNA損傷細(xì)胞生長(zhǎng)停滯或進(jìn)入凋亡通道。DNA損傷修復(fù)完成以后，P53水平的下降導(dǎo)致HIC1活性降低和SIRT1表達(dá)水平升高，結(jié)果使P53處于失活狀態(tài)。在衰老細(xì)胞中，HIC1啟動(dòng)子過(guò)甲基化而失活，結(jié)果上調(diào)的SIRT1可能是一把雙刃劍，因?yàn)樵诖龠M(jìn)衰老細(xì)胞存活的同時(shí)增加了癌變風(fēng)險(xiǎn)［18］。另?yè)?jù)報(bào)道，轉(zhuǎn)錄因子DBC1也可通過(guò)與SIRT1形成穩(wěn)定復(fù)合物而抑制SIRT1的活性，結(jié)果導(dǎo)致P53乙?；缴?，活性增強(qiáng)。DBC1敲除后的細(xì)胞置于遺傳毒性應(yīng)激狀態(tài)下，活化的SIRT1介導(dǎo)P53去乙?；?，從而抑制P53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。如果將DBC1和SIRT1同時(shí)敲除，上述效應(yīng)可以逆轉(zhuǎn)［19，20］，表明SIRT1超表達(dá)或活性增加可能通過(guò)抑制P53或其它潛在的抑癌基因而提高細(xì)胞癌變的風(fēng)險(xiǎn)。有關(guān)SIRT1、P53以及腫瘤抑制因子之間的相互作用見(jiàn)圖1。

圖1 SIRT1在腫瘤發(fā)生中的作用

圖1表明SIRT1抑制P53的活性，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。同時(shí)SIRT1也受多個(gè)腫瘤抑制因子的負(fù)調(diào)控，包括HIC1、DBC1等。此外P53也通過(guò)HIC1對(duì)SIRT1活性進(jìn)行負(fù)調(diào)控。超表達(dá)SIRT1能降低腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的敏感性并抑制其凋亡。反之，SIRT1失活能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的化學(xué)敏感性并促進(jìn)其進(jìn)入凋亡通道。顯然，SIRT1是一種腫瘤促進(jìn)因子。

2.3 SIRT1是腫瘤抑制因子

雖然大量證據(jù)支持SIRT1促進(jìn)腫瘤發(fā)生，但也有結(jié)果表明SIRT1具有抑制腫瘤發(fā)生的功能。有報(bào)道稱在轉(zhuǎn)基因小鼠中超表達(dá)SIRT1并沒(méi)有導(dǎo)致腫瘤發(fā)生［21］。SIRT1敲除或抑制后并不影響腫瘤細(xì)胞的生存或生長(zhǎng)，也不足以誘導(dǎo)內(nèi)源性P53的活性增強(qiáng)［22］。Firestien等發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸腺瘤突變的轉(zhuǎn)基因小鼠中由于SIRT1超表達(dá)，β連環(huán)蛋白（β-catenin）被去乙酰化而失活，結(jié)果降低了結(jié)腸癌的生長(zhǎng)速度。進(jìn)一步研究表明在結(jié)腸癌細(xì)胞系中超表達(dá)SIRT1，細(xì)胞的增殖受到抑制［23］。

Wang等發(fā)現(xiàn)SIRT1在BRCA1（breast cancer 1）相關(guān)的乳腺癌中的表達(dá)量比非BRCA1相關(guān)的乳腺癌中要低［24］。后續(xù)研究表明白藜蘆醇（一種SIRT1激活劑）促使上述細(xì)胞系的凋亡。Howitz等報(bào)道在BRCA1突變細(xì)胞系中恢復(fù)SIRT1的水平，細(xì)胞增殖被抑制［25］。在BRCA1相關(guān)的乳腺癌中，SIRT1抑制survivin的活性，而survivin是重要的抗細(xì)胞凋亡的蛋白且在多種癌組織中表達(dá)上調(diào)［26］。

另外，對(duì)p53雜合子小鼠的研究也表明SIRT1能夠抑制腫瘤發(fā)生。輻照后P53+/-小鼠的患癌風(fēng)險(xiǎn)增加［27］。培養(yǎng)細(xì)胞中，由于SIRT1降低P53的活性，理論上Sirt1+/-p53+/-小鼠應(yīng)當(dāng)癌變風(fēng)險(xiǎn)降低。但出乎意料的是，在出生5個(gè)月以后的Sirt1+/-p53+/-小鼠體內(nèi)發(fā)生了多器官的腫瘤。20個(gè)月后，腫瘤發(fā)生率達(dá)到76%。而對(duì)照組中，21只Sirt1+/-小鼠只有兩只患癌，22只p53+/-小鼠只有3只患癌。有趣的是，給這些小鼠喂白藜蘆醇后腫瘤的發(fā)生率顯著降低［5］。

SIRT1還可以通過(guò)其它途徑抑制腫瘤發(fā)生。在正常情況下，NF-κB負(fù)責(zé)上調(diào)與細(xì)胞生存有關(guān)基因的表達(dá)。Yeung等報(bào)道SIRT1通過(guò)對(duì)RelA/p65亞基去乙?；种芅F-κB的功能，結(jié)果促使細(xì)胞進(jìn)入腫瘤壞死因子α（TNF-α）介導(dǎo)的凋亡通道［28］。c-Myc在細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡和干細(xì)胞自我更新方面起重要作用。研究報(bào)道SIRT1還通過(guò)對(duì)c-Myc去乙酰化來(lái)降低其穩(wěn)定性，進(jìn)而抑制其腫瘤轉(zhuǎn)化活性［29］。上述研究結(jié)果充分說(shuō)明SIRT1是一種潛在的腫瘤抑制因子。

3 總結(jié)與展望

已有的報(bào)道說(shuō)明SIRT1既是腫瘤促進(jìn)因子又是腫瘤抑制因子，它在腫瘤的發(fā)生中扮演著重要角色，SIRT1的這種雙重作用可能依賴于不同的組織背景，因?yàn)楦鞣N組織中SIRT1下游負(fù)反饋調(diào)控SIRT1的各種因子的時(shí)空分布及含量不同。然而，目前尚無(wú)因SIRT1的活化而增加癌變風(fēng)險(xiǎn)的體內(nèi)證據(jù)。實(shí)際上，腫瘤促進(jìn)因子和腫瘤抑制因子之間的平衡在腫瘤發(fā)生過(guò)程中起關(guān)鍵作用。目前，SIRT1的蛋白水平、NAD+的濃度以及SIRT1底物的乙?；癄顟B(tài)被用來(lái)作為監(jiān)測(cè)腫瘤發(fā)生的替代標(biāo)志物。但這些標(biāo)志物提供的結(jié)果并不可靠，因?yàn)镾IRT1的水平和活性受多種蛋白調(diào)控。因此，設(shè)計(jì)和發(fā)展可上調(diào)或下調(diào)SIRT1活性的藥物是當(dāng)務(wù)之急。下一步的研究應(yīng)定位在SIRT1在特定腫瘤中的具體作用上，探索可靠的方法對(duì)SIRT1的特定活性進(jìn)行定量。

［1］Huffman D M，Grizzle W E，Bamman M M，et al.SIRT1 is significantly elevated in mouse and human prostate cancer［J］.Cancer Res，2007，67（14）：6612-6618.

［2］Bradbury C A，Khanim F L，Hayden R，et al. Histone deacetylases in acute myeloid leukaemia show a distinctive pattern of expression that changes selectively in response to deacetylase inhibitors［J］.Leukemia，2005，19（10）：1751-1759.

［3］Stünkel W，Peh B K，Tan YC，et al.Function of the SIRT1 protein deacetylase in cancer ［J］.Biotechnol J，2007，2（11）：1360-1368.

［4］Hida Y，Kubo Y，Murao K，et al.Strong expression of a longevity-related protein，SIRT1，in Bowen's disease［J］.Arch Dermatol Res，2007，299（2）：103-106.

［5］Wang R H，Sengupta K，L C，et al. Impaired DNA damage response，genome instability，and tumorigenesis in SIRT1 mutant mice［J］.Cancer Cell，2008，14（4）：312-323.

［6］Luo J，Nikolaev A Y，Imai S，et al. Negative control of p53 by Sir2α promotes cell survival under stress ［J］.Cell，2001，107（2）：137-148.

［7］Vaziri H，Dessain S K，Ng Eaton E，et al.hSIR2（SIRT1）functions as an NAD-dependent p53 deacetylase［J］.Cell，2001，107（2）：149-159.

［8］Lain S，Hollick J J，Campbell J，et al.Discovery，in vivo activity，and mechanism of action of a small-molecule p53 activator［J］.Cancer Cell，2008，13（5）：454-463.

［9］Pruitt K，Zinn R L，Ohm J E，et al.Inhibition of SIRT1 reactivates silenced cancer genes without loss of promoter DNA hypermethylation［J］.PLoS Genet，2006，2（3）：e40.

［10］Motta M C，Divecha N，Lemieux M，et al.Mammalian SIRT1 represses forkhead transcription factors［J］.Cell，2004，116（4）：551-563.

［11］Dai J M，Wang Z Y，Sun D C，et al.SIRT1 interacts with p73 and suppresses p73-dependent transcriptional activity［J］.J Cell Physiol，2007，210（1）：161-166.

［12］Wong S，Weber J D.Deacetylation of the retinoblastoma tumour suppressor protein by SIRT1［J］.Biochem J，2007，407（3）：451-460.

［13］Cohen H Y，Miller C，Bitterman K J，et al.Calorie restriction promotes mammalian cell survival by inducing the SIRT1 deacetylase［J］.Science，2004，305（5682）：390-392.

［14］Yuan Z，Zhang X，Sengupta N，et al.SIRT1 regulates the function of the Nijmegen breakage syndrome protein［J］.Mol Cell，2007，27（1）：149-162.

［15］Li K，Casta A，Wang R，et al. Regulation of WRN protein cellular localization and enzymatic activities by SIRT1-mediated deacetylation［J］.J Biol Chem，2008，283（12）：7590-7598.

［16］Liang X J，F(xiàn)inkel T，Shen D W，et al.SIRT1 contributes in part to cisplatin resistance in cancer cells by altering mitochondrial metabolism［J］.Mol Cancer Res，2008，6（9）：1499-1506.

［17］Chen W Y，Zeng X，Carter M G，et al.Heterozygous disruption of Hic1 predisposes mice to a gender-dependent spectrum of malignant tumors［J］.Nat Genet，2003，33（2）：197-202.

［18］Chen W Y，Wang D H，Yen R C，et al. Tumor suppressor HIC1 directly regulates SIRT1 to modulate p53-dependent DNA-damage responses［J］.Cell，2005，123（3）：437-448.

［19］Zhao W，Kruse J P，Tang Y，et al.Negative regulation of the deacetylase SIRT1 by DBC1［J］.Nature，2008，451（7178）：587-590.

［20］Kim J E，Chen J，Lou Z.DBC1 is a negative regulator of SIRT1［J］.Nature，2008，451（7178）：583-586.

［21］Pfluger P T，Herranz D，Velasco-Miguel S，et al.Sirt1 protects against high-fat diet-induced metabolic damage［J］.Proc.Natl.Acad.Sci.U S A，2008，105（28）：9793-9798.

［22］Solomon J M，Pasupuleti R，Xu L，et al. Inhibition of SIRT1 catalytic activity increases p53 acetylation but does not alter cell survival following DNA damage［J］.Mol Cell Biol，2006，26（1）：28-38.

［23］Firestein R，Blander G，Michan S，et al.The SIRT1 deacetylase suppresses intestinal tumorigenesis and colon cancer growth［J］.PLoS One，2008，3（4）：e2020.

［24］Wang R H，Zheng Y，Kim H S，et al.Interplay among BRCA1，SIRT1，and Survivin during BRCA1-associated tumorigenesis［J］.Mol Cell，2008，32（1）：11-20.

［25］Howitz K T，Bitterman K J，Cohen HY，et al. Small molecule activators of sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae lifespan［J］.Nature，2003，425（6954）：191-196.

［26］Altieri D C.Survivin，cancer networks and pathway-directed drug discovery［J］.Nat Rev Cancer，2008，8（1）：61-70.

［27］Kemp C J，Wheldon T，Balmain A.p53-deficient mice are extremely susceptible to radiation-induced tumorigenesis［J］.Nat Genet，1994，8（1）：66-69.

［28］Yeung F，Hoberg J E，Ramsey C S，et al.Modulation of NF-kappaB-dependent transcription and cell survival by the SIRT1 deacetylase［J］.EMBO J，2004，23（12）：2369-2380.

［29］Yuan J，Minter-Dykhouse K，Lou Z.A c-Myc-SIRT1 feedback loop regulates cell growth and transformation［J］.J Cell Biol，2009，185（2）：203-211.

SIRT1 and Tumorigenesis

ZHAO Zhi-Qiang，MAO Wen-Qiong
(School of Medicine，Taizhou University，Taizhou 318000，China)

Sirtuin 1(SIRT1)inactivates proteins involved in tumor suppression and DNA damage repair by deacetylation and it has long been considered as a tumor promoter.However,recent studies demonstrated that SIRT1 expression levels are reduced in some other types of cancers,and that SIRT1 deficiency results in genetic instability and tumorigenesis，while overexpression of SIRT1 attenuates cancer formation.The dual role that SIRT1 plays may depend on the temporal and special distribution of different SIRT1 up-and downstream factors in different tissue contexts.

SIRT1;tumorigenesis;tumor promoter;tumor suppressor

周小莉）

R730.2

A

1672-3708（2011）06-0048-05

2011-09-03；

2011-10-12

浙江省教育廳科研計(jì)劃資助項(xiàng)目（Y200907062）.

趙志強(qiáng)（1974-），男，湖南桃源人，博士，講師，主要從事蛋白結(jié)構(gòu)與功能研究。