SIRT1与肿瘤发生

赵志强，毛文琼

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

SIRT1与肿瘤发生

赵志强，毛文琼

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

SIRT1(sirtuin1)通过对肿瘤抑制蛋白和DNA损伤修复蛋白去乙酰化而使之失活。因此，SIRT1早期被认为是肿瘤促进因子。近来研究又表明SIRT1在某些肿瘤中表达降低且SIRT1缺乏导致遗传不稳定和肿瘤发生。超表达SIRT1可降低癌变风险。SIRT1的这种双重作用可能与其组织中SIRT1上游和下游因子的时空分布不同有关。

SIRT1，肿瘤发生，肿瘤促进因子，肿瘤抑制因子

SIRT1属于烟酰胺（NAD+）依赖的III类组蛋白去乙酰化酶sirtuin家族。哺乳动物sirtuin家族包括7个成员（SIRT1-7），各成员的细胞内定位和功能在表1。sirtuin家族成员分布广泛，功能涉及细胞增殖、炎症反应以及物质代谢等。在sirtuin家族成员中，SIRT1的氨基酸序列最长，人们对其了解最为深入。SIRT1是调控物质代谢、寿命长短以及细胞衰老的重要因子。近来的研究提示SIRT1既可以促进肿瘤发生也可以抑制肿瘤发生。

表1 哺乳动物sirtuin家族各成员的细胞内定位及主要功能

1 SIRT1的酶学功能

1.1 SIRT1与组蛋白去乙酰化

SIRT1通过与转录因子和转录调节因子结合而被招募到染色质上。在核内，SIRT1可去除组蛋白H1第26位赖氨酸（H1K26）、H3第9、56位赖氨酸（H3K9、H3K56）以及H4第16位赖氨酸（H4K16）的乙酰化。同时，SIRT1通过与组蛋白乙酰转移酶P300结合而抑制其活性。在正常细胞中，SIRT1通过上述两种机制维持组蛋白的低乙酰化状态。

1.2 SIRT1与非组蛋白去乙酰化

SIRT1也可以通过修饰非组蛋白从而调控基因的表达。这些蛋白可归为三类：（1）转录因子，包括P53、P73、雄激素受体（AR）、FOXO（forkhead box subgroup O）家族成员、E2F1、HIC1（hypermethylated in cancer 1）、DBC1 （deleted in breast cancer1）、BCL6（Bcell lymphoma 6）以及 NF-κB（nuclear factor kappa B）；（2）信号因子，包括 SMAD7 和 eNOS（endothelial nitric oxide synthase）；（3）DNA修复蛋白，包括Ku-70和 MRE11-RAD50-NBS1（MRN）。

1.3 SIRT1与组蛋白甲基化

SIRT1在调控组蛋白去乙酰化的同时促进组蛋白的甲基化。SIRT1将组蛋白甲基转移酶SUV39H1的催化结构域去乙酰化后可增强其酶活性，导致H3K9三甲基化水平升高。另外，SIRT1与PRC4复合体中的组蛋白甲基转移酶Ezh2（enhancer of zeste homolog2）结合，间接调控H3K27和H1K26的甲基化。

1.4 SIRT1与DNA甲基化

癌细胞中的SIRT1定位于异常超甲基化的抑癌基因的启动子区域，从而导致抑癌基因沉默。抑制SIRT1可导致启动子甲基化降低进而激活抑癌基因。例如抑癌基因CDH1被SIRT1抑制后可导致表皮细胞癌的发生、发展和转移。另外，转录因子P27、GATA4、GATA5、分泌型卷曲相关蛋白（secreted frizzled-related proteins）以及错配修复基因MLH1都可被SIRT1抑制。

2 SIRT1与肿瘤发生

2.1 SIRT1在肿瘤细胞中的表达

SIRT1在肿瘤细胞中表达量的上调或下调与肿瘤类型密切相关。研究发现SIRT1在小鼠和人前列腺癌、人原发性结肠癌以及急性髓细胞白血病等癌细胞中超表达［1-3］。Hida等利用免疫组化方法发现SIRT1在几种不同皮肤癌细胞中均有表达［4］。各种非黑色素皮肤癌包括鳞状细胞癌、基底细胞癌、鲍文病以及光化性角化病等癌细胞中SIRT1均过表达。相反，Wang［5］等发现与正常组织比，SIRT1在胶质母细胞瘤、膀胱癌、前列腺癌以及卵巢癌等癌细胞中表达量降低。后续研究进一步发现在44例乳腺癌患者和263例肝癌患者的癌组织中SIRT1均低表达［5］。

2.2 SIRT1是肿瘤促进因子

文献报道，SIRT1将肿瘤抑制蛋白P53第382位的赖氨酸去乙酰化，从而降低了P53的活性［6，7］。进一步研究表明，在DNA损伤和氧化应激状态下，超表达SIRT1可抑制P53介导的细胞周期停滞和细胞凋亡。然而，超表达去乙酰化酶活性丧失的SIRT1突变体增强了细胞应激反应的敏感性［6，7］。近来，有报道称利用特定抑制剂抑制SIRT1的活性后，过乙酰化的P53增强了依赖P53的其它基因的转录活性，从而抑制肿瘤发生［8］。另外，超表达SIRT1抑制许多抑癌基因的表达以及某些参与DNA损伤修复蛋白的活性，包括 FOXO 家族成员（FOXO1，FOXO3a，FOXO4）、p73、RB、SFRP1、SFRP2、GATA4、GATA5、CDH1、MLH1、Ku70、NBS1以及WRN［9-15］。与上述结果一致，利用siRNA技术将SIRT1沉默后，体外培养的肿瘤细胞对药物的耐受性降低并被诱导为生长停滞状态［9，16］。此外，SIRT1的表达和活性反过来也受多种肿瘤抑制因子的调控。例如HIC1编码的转录抑制因子与P53协作抑制小鼠与衰老相关的癌症发生［17］。其机制在于HIC1与SIRT1形成转录抑制复合体，该复合体与SIRT1的启动子结合从而抑制SIRT1的转录。在癌细胞中，HIC1失活导致SIRT1表达上调，结果P53去乙酰化而失活，最终使DNA损伤细胞绕过凋亡通道并存活下来。另外，P53也可反式激活HIC1，据此推测在在HIC1、SIRT1以及P53之间存在一个环形调控回路，即HIC1抑制SIRT1的转录，SIRT1进而对P53去乙酰化，P53最终又通过激活HIC1而调整自身活性来调控DNA损伤修复、细胞周期进程和细胞凋亡。在正常细胞中，HIC1通过抑制SIRT1的转录来维持P53的活性状态，结果促使DNA损伤细胞生长停滞或进入凋亡通道。DNA损伤修复完成以后，P53水平的下降导致HIC1活性降低和SIRT1表达水平升高，结果使P53处于失活状态。在衰老细胞中，HIC1启动子过甲基化而失活，结果上调的SIRT1可能是一把双刃剑，因为在促进衰老细胞存活的同时增加了癌变风险［18］。另据报道，转录因子DBC1也可通过与SIRT1形成稳定复合物而抑制SIRT1的活性，结果导致P53乙酰化水平升高，活性增强。DBC1敲除后的细胞置于遗传毒性应激状态下，活化的SIRT1介导P53去乙酰化，从而抑制P53介导的细胞凋亡。如果将DBC1和SIRT1同时敲除，上述效应可以逆转［19，20］，表明SIRT1超表达或活性增加可能通过抑制P53或其它潜在的抑癌基因而提高细胞癌变的风险。有关SIRT1、P53以及肿瘤抑制因子之间的相互作用见图1。

图1 SIRT1在肿瘤发生中的作用

图1表明SIRT1抑制P53的活性，导致肿瘤发生。同时SIRT1也受多个肿瘤抑制因子的负调控，包括HIC1、DBC1等。此外P53也通过HIC1对SIRT1活性进行负调控。超表达SIRT1能降低肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性并抑制其凋亡。反之，SIRT1失活能增强肿瘤细胞对抗癌药物的化学敏感性并促进其进入凋亡通道。显然，SIRT1是一种肿瘤促进因子。

2.3 SIRT1是肿瘤抑制因子

虽然大量证据支持SIRT1促进肿瘤发生，但也有结果表明SIRT1具有抑制肿瘤发生的功能。有报道称在转基因小鼠中超表达SIRT1并没有导致肿瘤发生［21］。SIRT1敲除或抑制后并不影响肿瘤细胞的生存或生长，也不足以诱导内源性P53的活性增强［22］。Firestien等发现在结肠腺瘤突变的转基因小鼠中由于SIRT1超表达，β连环蛋白（β-catenin）被去乙酰化而失活，结果降低了结肠癌的生长速度。进一步研究表明在结肠癌细胞系中超表达SIRT1，细胞的增殖受到抑制［23］。

Wang等发现SIRT1在BRCA1（breast cancer 1）相关的乳腺癌中的表达量比非BRCA1相关的乳腺癌中要低［24］。后续研究表明白藜芦醇（一种SIRT1激活剂）促使上述细胞系的凋亡。Howitz等报道在BRCA1突变细胞系中恢复SIRT1的水平，细胞增殖被抑制［25］。在BRCA1相关的乳腺癌中，SIRT1抑制survivin的活性，而survivin是重要的抗细胞凋亡的蛋白且在多种癌组织中表达上调［26］。

另外，对p53杂合子小鼠的研究也表明SIRT1能够抑制肿瘤发生。辐照后P53+/-小鼠的患癌风险增加［27］。培养细胞中，由于SIRT1降低P53的活性，理论上Sirt1+/-p53+/-小鼠应当癌变风险降低。但出乎意料的是，在出生5个月以后的Sirt1+/-p53+/-小鼠体内发生了多器官的肿瘤。20个月后，肿瘤发生率达到76%。而对照组中，21只Sirt1+/-小鼠只有两只患癌，22只p53+/-小鼠只有3只患癌。有趣的是，给这些小鼠喂白藜芦醇后肿瘤的发生率显著降低［5］。

SIRT1还可以通过其它途径抑制肿瘤发生。在正常情况下，NF-κB负责上调与细胞生存有关基因的表达。Yeung等报道SIRT1通过对RelA/p65亚基去乙酰化而抑制NF-κB的功能，结果促使细胞进入肿瘤坏死因子α（TNF-α）介导的凋亡通道［28］。c-Myc在细胞增殖、细胞凋亡和干细胞自我更新方面起重要作用。研究报道SIRT1还通过对c-Myc去乙酰化来降低其稳定性，进而抑制其肿瘤转化活性［29］。上述研究结果充分说明SIRT1是一种潜在的肿瘤抑制因子。

3 总结与展望

已有的报道说明SIRT1既是肿瘤促进因子又是肿瘤抑制因子，它在肿瘤的发生中扮演着重要角色，SIRT1的这种双重作用可能依赖于不同的组织背景，因为各种组织中SIRT1下游负反馈调控SIRT1的各种因子的时空分布及含量不同。然而，目前尚无因SIRT1的活化而增加癌变风险的体内证据。实际上，肿瘤促进因子和肿瘤抑制因子之间的平衡在肿瘤发生过程中起关键作用。目前，SIRT1的蛋白水平、NAD+的浓度以及SIRT1底物的乙酰化状态被用来作为监测肿瘤发生的替代标志物。但这些标志物提供的结果并不可靠，因为SIRT1的水平和活性受多种蛋白调控。因此，设计和发展可上调或下调SIRT1活性的药物是当务之急。下一步的研究应定位在SIRT1在特定肿瘤中的具体作用上，探索可靠的方法对SIRT1的特定活性进行定量。

［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，Finkel 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

浙江省教育厅科研计划资助项目（Y200907062）.

赵志强（1974-），男，湖南桃源人，博士，讲师，主要从事蛋白结构与功能研究。