林治華,王俊偉,鄧雅庭,李 靜,王 娟
(1.重慶理工大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院, 重慶 400054; 2.靶向藥物篩選與活性評(píng)價(jià)重慶市高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400054; 3.重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 重慶 400044)
肝細(xì)胞癌(HCC)為全球第五大常見(jiàn)惡性腫瘤,2016年,全球1 090萬(wàn)例癌癥新增病例中,肝癌就有78.2萬(wàn)例[1]。中國(guó)肝癌的患病、死亡率占亞洲近70%。在過(guò)去幾十年中,HCC的診斷和治療已經(jīng)取得了較大發(fā)展。然而,HCC仍然與高死亡率相關(guān),即使治療被認(rèn)為具有潛在治愈性,該腫瘤的預(yù)后還是很差[2]。此外,調(diào)控HCC發(fā)展和進(jìn)展的分子變化和機(jī)制尚不清楚。肝病尤其是肝癌由于早期癥狀不明顯所以不易被人發(fā)現(xiàn),在診斷出時(shí)癌細(xì)胞已大多發(fā)展到中晚期,錯(cuò)過(guò)了良好的治療時(shí)機(jī)。因此,HCC在目前的治療手段主要是以手術(shù)結(jié)合放化療為主,預(yù)后效果很差,死亡率也極高。人們通常認(rèn)為CD8+T細(xì)胞在抗腫瘤免疫應(yīng)答中起重要作用,并且耗盡的CD8+T細(xì)胞有助于肝細(xì)胞癌(HCC)進(jìn)展。NK細(xì)胞是肝臟中主要的淋巴細(xì)胞亞群和防御感染腫瘤的第1道防線,對(duì)其在HCC患者腫瘤進(jìn)展中的特殊作用已有深入研究。NKG2A在NK細(xì)胞和NKG2A配體HLA-E在瘤內(nèi)肝癌組織中的表達(dá)增加。這些NK細(xì)胞,尤其是CD56dimNK細(xì)胞,NKG2A表達(dá)較高,表現(xiàn)為功能衰竭,預(yù)后較差[3]。因此,探求出新的HCC診斷標(biāo)識(shí)物和治療靶點(diǎn)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
沉默信息調(diào)節(jié)因子2同系物1(SIRT1)是一種依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的去乙?;?,它在正常的胚胎發(fā)育、分化及維持自身平衡中是不可或缺的。SIRT1在從酵母到人類的進(jìn)化過(guò)程中,是細(xì)胞代謝、長(zhǎng)壽、衰老、凋亡、分化、應(yīng)激反應(yīng)、能量代謝之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。SIRT1在細(xì)胞存活中的作用是通過(guò)關(guān)鍵細(xì)胞周期分子和凋亡調(diào)節(jié)蛋白[4](包括Foxo家族蛋白、Ku70、NF-Κb和p53)的脫乙酰化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
近年來(lái),大量文獻(xiàn)表明,SIRT1在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用[5-10],因此SIRT1與腫瘤之間的關(guān)系也成為了腫瘤研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。
大量研究表明,在許多腫瘤組織中SIRT1的表達(dá)水平顯著增加,如白血病[5]、皮膚癌[6]、前列腺癌[7]、大腸癌[8],并且其在控制細(xì)胞衰老和衰老中的功能可能與腫瘤發(fā)展和腫瘤細(xì)胞對(duì)SIRT1過(guò)表達(dá)的依賴性有關(guān)。SIRT1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中有著兩種截然不同的作用:一方面,作為促進(jìn)細(xì)胞存活的基因,SIRT1可能具有致癌功能。例如,SIRT1脫乙酰化和下調(diào)p53,這可以延長(zhǎng)細(xì)胞類型如神經(jīng)元和肌肉細(xì)胞的壽命,但是在具有分裂細(xì)胞的組織中會(huì)引起癌癥[9]。另一方面,作為促進(jìn)生物存活的基因,SIRT1可能有腫瘤抑制功能[10],這些在研究中一直存在爭(zhēng)議。如今,一些SIRT1抑制劑也被學(xué)者用于腫瘤相關(guān)研究,如表1所示。值得一提的是,僅僅只有3-TYP這種SIRT1抑制劑針對(duì)的腫瘤是肝細(xì)胞癌,并且該抑制劑還是SIRT3抑制劑,特異性不夠強(qiáng)。研究者發(fā)現(xiàn) SIRT1 在HCC組織及HCC系中的表達(dá)異常,增高數(shù)倍,SIRT1 的基因沉默可以顯著抑制HCC的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)其老化,這與SIRT1 在維持HCC的增殖及端粒末端的穩(wěn)定性上具有重要作用有關(guān)[3],此外,SIRT1已被報(bào)道在HCC中起腫瘤啟動(dòng)子的作用[11],提示了SIRT1可能作為肝癌的一個(gè)新的標(biāo)識(shí)物以及治療靶點(diǎn)。
表1 SIRT1抑制劑
拮抗劑名稱結(jié)構(gòu)式針對(duì)腫瘤類型CAS號(hào)IC50值Sirtinol乳腺癌(MCF-7)、肺癌(H1299)410536-97-948 μm(In Vitro)EX 527肺癌(NCI-H460)、骨髓瘤(U-2 OS)、乳腺癌(MCF-7)49843-98-338 nM(In Vitro)Salermide白血病(MOLT4)、乳腺癌(MDA-MB-231)、結(jié)腸癌(SW480)1105698-15-4100 μm(In Vitro)Tenovin-6乳腺癌(MCF-7)1011557-82-621 μm(In Vitro)3-TYP肝癌(HepG2)120241-79-488 nM(In Vitro)
Jiang等[11]的研究表明,SIRT1是HCC的致癌蛋白,并且是肝癌手術(shù)切除后惡化結(jié)果的預(yù)測(cè)因子。他們的研究結(jié)果表明:SIRT1在HCC中過(guò)表達(dá),發(fā)現(xiàn)SIRT1表達(dá)升高與肝癌患者預(yù)后不良相關(guān)。SIRT1的去乙?;富钚允歉渭?xì)胞癌中SIRT1致癌作用的關(guān)鍵。當(dāng)SIRT1的去乙?;瘏^(qū)域發(fā)生突變時(shí),HCC細(xì)胞增殖和集落形成受到抑制[12]。例如,SIRT1可以使LC3去乙酰化,在HepG2細(xì)胞中誘導(dǎo)自噬[13]。此外,p53是SIRT1研究最廣泛的靶點(diǎn),SIRT1可以抑制細(xì)胞衰老和凋亡,從而刺激HCC中的腫瘤發(fā)生[14]。失活的SIRT1 (Ser 47上無(wú)磷酸化)可與突變的p53結(jié)合,從而激活A(yù)MPK/mTOR通路,在HCC中發(fā)揮致癌作用。Jiang等[11]的臨床病理分析顯示,SIRT1的表達(dá)增加與高表達(dá)的p53在HCC中相關(guān)(OR(odds ratio)=2.71,95%CI(confidence interval):1.39-5.29,P=0.003)。乙型肝炎病毒(HBV)是引起HCC的主要原因之一,SIRT1在hbv感染細(xì)胞中上調(diào),其轉(zhuǎn)錄和復(fù)制可以在HCC中上調(diào)[15]。在他們的臨床病理分析中可以發(fā)現(xiàn):SIRT1表達(dá)增加在hbv感染的HCC中更為常見(jiàn)(OR=1.63,95%CI:1.04-2.57,P=0.03)。到目前為止,沒(méi)有有效的治療可用于HCC?;赟IRT1在癌細(xì)胞生長(zhǎng)和存活中的功能作用,阻斷SIRT1活性可能有益于HCC患者,所以應(yīng)進(jìn)一步研究以檢測(cè)這些抑制劑對(duì)HCC的影響。
c-Myc基因是Myc基因家族的重要成員之一,具有可易位、調(diào)節(jié)多種物質(zhì)、無(wú)限增殖、促進(jìn)細(xì)胞分裂等作用,c-Myc基因參于細(xì)胞凋亡并且與多種腫瘤發(fā)生發(fā)展有關(guān)。
SIRT1在腫瘤發(fā)生中的作用在SIRT1和致癌c-Myc之間的關(guān)聯(lián)是有爭(zhēng)議的。最近,有報(bào)道稱c-Myc與SIRT1在腫瘤發(fā)生中呈正相關(guān)[16]。在結(jié)直腸癌中,c-Myc增加了SIRT1蛋白水平和SIRT1的脫乙酰酶活性[16]。此外,SIRT1還增加了c-Myc的轉(zhuǎn)錄活性并在成纖維細(xì)胞中穩(wěn)定[16]。SIRT1介導(dǎo)的c-Myc脫乙酰基增加了c-Myc的半衰期,并促進(jìn)了c-Myc/Max關(guān)聯(lián),從而抑制細(xì)胞衰老和抑制凋亡[16]。相反,早期的一份研究報(bào)告顯示,盡管c-Myc轉(zhuǎn)錄增加,SIRT1通過(guò)脫乙酰作用使c-Myc去穩(wěn)定化,因此表明SIRT1是Myc靶向性腫瘤發(fā)生的負(fù)調(diào)控因子[17]。在Yuan等[16]的研究中,證明SIRT1和c-Myc的表達(dá)呈正相關(guān),并且均促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。在Tet-O-MYC細(xì)胞中誘導(dǎo)的c-Myc表達(dá)導(dǎo)致SIRT1相應(yīng)增加了表達(dá),并且SIRT1的過(guò)表達(dá)也導(dǎo)致增加c-Myc表達(dá)。相反,致癌性c-Myc沉默導(dǎo)致SIRT1表達(dá)顯著且緊密。有趣的是,致癌c-Myc再激活導(dǎo)致SIRT1表達(dá)的迅速逆轉(zhuǎn)。人類HCC細(xì)胞系中SIRT1調(diào)節(jié)的生物學(xué)效應(yīng)與在小鼠Tet-O-MYC細(xì)胞中觀察到的相同。此外,人類HCC中的SIRT1表達(dá)與c-Myc和Ki67的表達(dá)顯著相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)一起支持SIRT1和MYC在小鼠和人類肝細(xì)胞增殖和存活中的表達(dá)一致的作用。當(dāng)考慮c-Myc作為有效的致癌基因的作用時(shí),這些結(jié)果表明SIRT1可以被認(rèn)為是c-Myc在肝臟腫瘤發(fā)生中的重要靶標(biāo)。
根據(jù)c-Myc和SIRT1在Tet-O-MYC肝癌細(xì)胞中表達(dá)的正相關(guān)性[18],Kim等[19]檢測(cè)到人類HCC中SIRT1和c-Myc之間存在顯著的免疫組化關(guān)系。此外,Sirt 1和c-Myc的表達(dá)預(yù)示HCC患者的OS(overall survival,總生存)和DFS(disease-free survival,無(wú)病生存期)更短。這些發(fā)現(xiàn)一起表明SIRT1似乎在肝臟腫瘤發(fā)生中具有重要作用。此外,c-Myc的表達(dá)與HCC患者已確定的不良臨床病理特征(包括低血清白蛋白和晚期臨床分期)顯著相關(guān)。此外,當(dāng)Yuan等[16]分析c-Myc和SIRT1對(duì)HCC患者的預(yù)后影響時(shí),表達(dá)c-Myc和SIRT1的患者與不表達(dá)c-Myc和SIRT1的患者(平均總生存時(shí)間分別為48.456 7、115.086 7個(gè)月)相比顯示出更短的OS和DFS。因此,這些數(shù)據(jù)表明 c-Myc和SIRT1在肝腫瘤發(fā)生中以及c-Myc和SIRT1在肝臟腫瘤發(fā)生中的獨(dú)立作用之間存在相關(guān)性。類似于上述結(jié)果,先前已報(bào)道c-Myc表達(dá)與HCC的進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān)[20]。然而,目前還不清楚SIRT1是否是HCC的真正預(yù)后指標(biāo)。最近的一篇報(bào)道提出SIRT1可能是HCC的預(yù)后指標(biāo)[16],但其他報(bào)道無(wú)法發(fā)現(xiàn)SIRT1的預(yù)后意義。
值得注意的是,SIRT1表達(dá)也與HBV感染顯著相關(guān)。SIRT1通過(guò)其在HBV感染中誘導(dǎo)的組蛋白脫乙酰酶的活性也有助于肝臟腫瘤發(fā)生發(fā)展。為了進(jìn)一步確定SIRT1準(zhǔn)確的腫瘤促進(jìn)機(jī)制,有必要進(jìn)一步研究。
總之,這些研究結(jié)果表明:SIRT1與c-Myc在肝癌發(fā)生中協(xié)同作用,可能是調(diào)節(jié)肝癌的重要分子靶點(diǎn)。正如其他研究[21]發(fā)現(xiàn)抑制SIRT1可能是預(yù)防高?;颊吣[瘤發(fā)展的有效策略,或作為已建立腫瘤的治療策略??傊?,研究結(jié)果表明SIRT1和c-Myc可能參與HCC的進(jìn)展,并且這兩種分子都可以用作總體HCC預(yù)后的臨床指標(biāo)。
人體抑癌基因p53的失活對(duì)腫瘤形成起重要作用,其野生型使癌細(xì)胞凋亡,從而防止癌變,而突變型則會(huì)促進(jìn)癌變。p53腫瘤抑制基因是人類腫瘤中突變最頻繁的基因。
SIRT1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用存在爭(zhēng)議,以前的研究表明:SIRT1的功能取決于腫瘤發(fā)生的階段并且可能是腫瘤類型特異性的。在Zhang等[12]的研究中,他們通過(guò)體外、體內(nèi)和19項(xiàng)臨床研究證明了SIRT1、AMPK和p53在HCC中的重要作用。其數(shù)據(jù)表明SIRT1的作用取決于HCC細(xì)胞和腫瘤的p53突變狀態(tài),這支持對(duì)HCC患者的預(yù)后和治療評(píng)估中的生物標(biāo)志物評(píng)估的需求。通常認(rèn)為SIRT1會(huì)破壞細(xì)胞周期控制,并通過(guò)p53脫乙酰化和失活促進(jìn)腫瘤發(fā)展,表明p53是SIRT1和SIRT1致癌活性之間的重要中間體[22]。 最近,有報(bào)道表明AMPK和SIRT1之間通過(guò)細(xì)胞NAD +動(dòng)態(tài)水平相互作用[23]。
Ganesan等[24]推測(cè)SIRT1是誘導(dǎo)AMPK磷酸化和抑制mTOR通路所必需的,事實(shí)上,shRNA對(duì)SIRT1的抑制通過(guò)突變型p53細(xì)胞PLC5-sh SIRT1中的磷酸化AMPK降低激活了mTOR(Ser2448)的磷酸化[12]。
個(gè)別SIRT1靶標(biāo)的重要性可能取決于所研究的細(xì)胞過(guò)程和細(xì)胞類型[25]。然而已經(jīng)表明磷酸化SIRT1可以通過(guò)直接與必需因子(即mTOR)相互作用來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞存活[26]。在這種情況下,Zhang等[12]的研究結(jié)果表明:磷酸化SIRT1(Ser47)仍然對(duì)突變p53 HCC中的應(yīng)激誘導(dǎo)的激活有響應(yīng)。此外,磷酸化SIRT1可通過(guò)某種腫瘤抑制途徑抑制HCC生長(zhǎng)。
自噬是將自身的細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器吞噬并包裹成囊泡的過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞自身的代謝需要。在腫瘤研究中其作用尚未研究透徹。
保護(hù)性自噬已被證明是癌細(xì)胞化療耐藥的潛在機(jī)制[27]。Xiong等[28]研究表明:HULC(highly upregulated in liver cancer)引發(fā)的保護(hù)性自噬減弱了HCC細(xì)胞對(duì)化學(xué)治療劑的敏感性。另外,他們發(fā)現(xiàn)HULC通過(guò)上調(diào)SIRT1蛋白引起自噬。眾所周知,SIRT1通過(guò)調(diào)控Atg5、Atg7、Atg8、Beclin I、FoxO1、p53等許多重要的自噬組分誘導(dǎo)自噬[29]。他們的結(jié)果顯示HULC通過(guò)增強(qiáng)SIRT1介導(dǎo)的Atg5和Atg7的脫乙酰化來(lái)促進(jìn)HCC細(xì)胞的自噬。此外,以前的報(bào)道將SIRT1在HCC中的高表達(dá)歸因于其翻譯后調(diào)節(jié),因?yàn)镾IRT1 mRNA在HCC和相鄰非癌組織之間沒(méi)有顯著差異[5]。Xiong等[28]首次證實(shí)HULC的上調(diào)至少部分是由于HCC中SIRT1蛋白的升高。隨后,USP22被鑒定為參與HULC介導(dǎo)的SIRT1誘導(dǎo)。同時(shí),需要注意的是,在HULC過(guò)表達(dá)之后,MDM2(mdm2癌基因在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)其發(fā)生突變與擴(kuò)增轉(zhuǎn)移,而且mdm2突變與p53突變不共存)似乎略微減少。最近,據(jù)報(bào)道,MDM2增強(qiáng)了SIRT1的泛素化并促進(jìn)其在DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡過(guò)程中的降解[30],這可能提供了HULC調(diào)控SIRT1除USP22以外的另一種手段。當(dāng)然,它需要進(jìn)一步的研究來(lái)闡明MDM2是否參與HULC介導(dǎo)的SIRT1誘導(dǎo)。
USP22是去泛素化酶(DUBs)的成員,可以催化去除靶蛋白中的泛素。USP22參與NAD+依賴性蛋白脫乙酰酶SIRT1[31],以及組蛋白H2A和H2B的去泛素化[32]。最近,有證據(jù)表明,USP22參與了包括HCC在內(nèi)的多種癌癥預(yù)后不良相關(guān)的癌發(fā)生[33]。在Xiong等[28]的研究中,證明了lncRNA HULC可以顯著上調(diào)USP22的蛋白質(zhì)水平,并且USP22在介導(dǎo)HULC誘導(dǎo)的去泛素化和穩(wěn)定SIRT1在HCC細(xì)胞中具有關(guān)鍵作用。然而,在之前的報(bào)道顯示,USP22在調(diào)節(jié)SIRT1蛋白中發(fā)揮不同的作用。這些研究之間的差異可能歸因于各種細(xì)胞的背景或?qū)?xì)胞的不同刺激因素。此外,他們篩選出3種新型miRNA(miR-6825-5p、miR-6845-5p和miR-6886-3p),并證明它們可以直接靶向USP22 3’-UTR。有趣的是,他們發(fā)現(xiàn)miR-6886-3p抑制USP22表達(dá),盡管該miRNA未預(yù)測(cè)靶向USP22 3’-UTR。據(jù)報(bào)道,在miRNA的5’末端稱為“種子區(qū)域”的6到8nt(核苷酸酶)長(zhǎng)的片段,并引發(fā)靶向mRNA反應(yīng)(促進(jìn)mRNA降解或抑制mRNA翻譯)[34]。然而,越來(lái)越多的證據(jù)表明,存在與miRNA種子序列不完全互補(bǔ)但仍能有效抑制基因表達(dá)的“非規(guī)范”位點(diǎn),并且約占種子序列相互作用的60%[35]。因此,miR-6886-3p抑制USP22表達(dá)應(yīng)該在HCC細(xì)胞中以非規(guī)范的方式進(jìn)行。
HULC降低了3種miRNA(miR-6825-5p、miR-6845-5p和miR-6886-3p)的表達(dá)和活性[28],提高了USP22蛋白質(zhì)水平,增強(qiáng)了去泛素化SIRT1并穩(wěn)定它,最終引發(fā)HCC細(xì)胞的自噬。此外,HULC/SIRT1/自噬途徑在化療藥物存在下被激活,通路的干擾增強(qiáng)了HCC細(xì)胞的化療敏感性??傊?,這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了HULC的一個(gè)新功能,“HULC/USP22/SIRT1 /保護(hù)性自噬”途徑可能成為開(kāi)發(fā)HCC化療敏感策略的新靶點(diǎn)。
隨著研究的深入,雖然有少數(shù)研究證明SIRT1在HCC的演變發(fā)展中起著抑制的作用,但是更多的研究表示,SIRT1促進(jìn)了HCC的演變,這些觀察結(jié)果促使研究人員假設(shè)健康肝臟組織中的SIRT1活性可以抑制腫瘤的發(fā)生,然而在轉(zhuǎn)化后,SIRT1表達(dá)或其過(guò)表達(dá)可能為腫瘤細(xì)胞提供保護(hù)或存活優(yōu)勢(shì)。抑制SIRT1會(huì)損害動(dòng)物模型中的腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),并且可能使用小分子抑制劑在體外和體內(nèi)實(shí)現(xiàn)抗腫瘤作用,并共同表明SIRT1可能是一種新型治療癌癥的靶標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)室丁雪壘等[36]的研究中,采用sybyl2.0藥物虛擬篩選軟件,選取 33個(gè)噻吩并[3,2-d]嘧啶-6-甲酰胺類SIRT1-3抑制劑,進(jìn)行三維定量構(gòu)效關(guān)系(3D-QSAR)研究,為篩選高活性 SIRT1-3抑制劑的研究奠定基礎(chǔ)。抑制SIRT1的表達(dá)可能會(huì)有效地抑制肝癌的發(fā)生發(fā)展。SIRT1是否作為致癌基因或腫瘤抑制因子尚不清楚,但這些發(fā)現(xiàn)提供了有力的論據(jù):SIRT1可能是腫瘤發(fā)展的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。SIRT1 的生物學(xué)功能多樣,且極為關(guān)鍵和重要,與人類的多種腫瘤也密切相關(guān)。然而,SIRT1 在HCC中自噬的作用還需要更深入的研究,SIRT1表達(dá)與性別、HBV感染、TNM分期、AFP水平、p53表達(dá)和腫瘤大小有關(guān),但研究都不夠深入,在本實(shí)驗(yàn)室丁雪壘[37]的研究中,選取SIRT1蛋白與尼克酰胺、EX527,在基于SIRT1受體下,通過(guò)高通量虛擬篩選以及分子模擬篩選并且合成出化合物T,通過(guò)CCK-8增殖抑制試驗(yàn)、Annexin V-FITC/PI雙染,流式細(xì)胞儀檢測(cè)、Western blot法、裸鼠模型等方法,得出該化合物對(duì)肝細(xì)胞癌HepG2有特異性的抑制作用。本實(shí)驗(yàn)室的劉蒙蒙[38]在此基礎(chǔ)上,將HepG2細(xì)胞中的SIRT1進(jìn)行敲除,采用CCK-8 增殖抑制法檢測(cè)化合物T對(duì)HepG2及其敲除細(xì)胞的增殖抑制率,得出化合物T對(duì)SIRT1敲除細(xì)胞均有一定的增殖抑制作用,所以小分子化合物T有望作為抗腫瘤藥物,特別是抗HCC的靶向藥物。盡管如此,關(guān)于SIRT1靶點(diǎn)針對(duì)肝細(xì)胞癌的抑制劑研究也不夠深入,如果以此作為切入點(diǎn),對(duì)肝細(xì)胞癌的臨床研究與治療將會(huì)有一個(gè)很大的進(jìn)展??傊琒IRT1表達(dá)可能作為HCC潛在的治療靶點(diǎn)和預(yù)后指標(biāo),為以后的研究提供了方向和路線。