SIRT6结构特点功能及其与疾病的关系病理学论文基础医学论文医学论文.docx

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　　沉默信息调节因子2（silentinformationregulator2,sir2）是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamideadeninedinucleotide,NAD+）依赖的去乙酰化酶,能够延长酵母和果蝇的寿命;人类中与Sir2同源的蛋白有七个:

SIRT1-SIRT7。

基于分子系统发育分析,可将其分为四类。

SIRT1、SIRT2和SIRT3属于第一类,具有强大的NAD+依赖去乙酰化酶活性;属于第二类的SIRT4则具有ADP-核糖转移酶活性;属于第三类的SIRT5除了具有微弱的去乙酰化酶活性外,还拥有NAD+依赖的去丙二酰化酶和去丁二酰化酶活性;最后发现的SIRT6和SIRT7则属于第四类,其中SIRT6同时具有去乙酰化酶和ADP-核糖转移酶活性,SIRT7具有去乙酰化酶活性。

七个sirtuin蛋白具有不同的细胞定位,主要定位在细胞核的有SIRT1、SIRT6和SIRT7,其中SIRT7主要定位在核仁;SIRT3、SIRT4和SIRT5主要定位在线粒体;SIRT2则主要定位在细胞质中。

Sirtuins能够通过调控能量代谢、基因组稳定性等参与调控包括衰老在内的众多生命过程。

本文则主要对其中之一的SIRT6的功能与疾病的关系作一介绍。

　　一、SIRT6结构特点

　　人SIRT6基因定位在染色体19p13.3。

全长含8个外显子,其中4号外显子最短,含40个碱基,8号外显子最长,含838个碱基。

蛋白质分子全长355个氨基酸,分子量约39.1kD,等电点9.12（Gertler等.2013）。

SIRT6与其已知靶分子都主要定位在细胞核。

其在人和小鼠多种组织中都有表达,在人的大脑、肾和心中表达较高（Michishita等.2005）。

　　SIRT6由N端、C端和保守的中心结构域组成（图1）,C端和核定位有关,与酶活性无关;N端与染色体结合及催化活性有关;中心结构域至关重要,只要突变一个组氨酸就能使它催化活性消失,失去与染色体结合能力。

研究还发现,SIRT6与其它sir-tuin蛋白不同,在结构上有展开的锌结合结构域,无螺旋束;有稳定的单螺旋,无保守的高度灵活的NAD+结合环。

　　与其它大部分sirtuin蛋白不同,起初未发现SIRT6具有NAD+依赖的去乙酰化酶活性,仅发现其NAD+依赖的核糖基转移酶活性。

直到2008年,才由Michishita等发现SIRT6的第一个特异的去乙酰化底物H3K9,随后很快又发现另一同类底物H3K56（Michishita等.2009）。

随着研究不断深入,已知SIRT6的去乙酰化底物也包括非组蛋白C末端结合蛋白相关蛋白（C-terminalbindingproteinin-teractingprotein,CtIP）、乙酰化酶通用控制非抑制蛋白5（generalcontrolnonrepressedprotein5,GCN5）等。

然而令人惊讶的是SIRT6在体外的去乙酰化活性竟非常弱,与其去乙酰化的重要功能不匹配,但随后的研究在一定程度解释了这个问题。

Gil等发现SIRT6的去乙酰化活性是核小体依赖的,只有H3和H4以核小体的形式存在时,才被SIRT6去乙酰化。

Jiang等则发现SIRT6晶体结构中一个大的疏水性口袋结构（hydrophobicpocket）使它能在体内体外高效的从赖氨酸残基上去除长链脂肪酰基基团。

这种对长链脂肪酰基的亲和性使SIRT6能去除肿瘤坏死因子-（tumornecrosisfactor-,TNF-）的第19位和20位的赖氨酸上的脂肪酰基,进而促其分泌（Jiang等.2013）。

基于此,Feldman等随后发现某些游离长链脂肪酸可提升其去乙酰化活性（Feldman等.2013）。

这说明SIRT6的去乙酰化酶活性需在特定条件下才起作用,另一方面还说明SIRT6的活性不仅局限在去乙酰化。

　　二、SIRT6的功能

　　SIRT6有缺陷的小鼠细胞与正常相比对DNA损伤刺激更敏感,基因组不稳定性加剧;SIRT6敲除小鼠不仅瘦小且在出生2~3周时出现淋巴细胞减少、皮下脂肪缺失、脊椎弯曲、结肠炎、骨量减少和严重代谢缺陷等衰老相关退行性变化,在出生约四周时。

这足以说明SIRT6的重要性,而随后系列研究更说明SIRT6在DNA损伤修复、基因组稳定性、代谢、炎症、癌症和众多疾病调控过程中的重要性。

（一）SIRT6和基因组稳定性SIRT6缺陷小鼠细胞常表现出碱基切除修复缺陷和基因组不稳定性等相关症状,可见SIRT6或有可能通过提高碱基切除修复能力,由此对抗DNA损伤,抑制基因组不稳定性。

而Michishita等研究发现,这种早衰症状和基因组不稳定性的出现,主要是因为细胞中端粒功能的紊乱,而非碱基切除修复能力的缺陷。

　　WRN能够与端粒特异结合蛋白TRF1、TRF2及POT1等相互作用,激活其自身的核酸外切酶及解旋酶活性,促进端粒的复制和DNA损伤修复,避免因端粒复制异常而造成的端粒缺失和失调,而WRN的缺失则会引起早老症状（沃纳综合征）的出现。

　　敲低SIRT6后的症状同沃纳综合征症状类似,SIRT6能在S期与端粒结合,催化端粒上H3K9的去乙酰化,提高WRN在端粒上的稳定性,以免端粒异常。

　　另外SIRT6能多途径提高DNA双链损伤（double-strandbreak,DSB）修复能力。

它可与DNA双链损伤修复因子DNA依赖的蛋白激酶（DNA-de-pendentproteinkinase,DNA-PK）形成大分子复合物,促进DNA-PK催化亚基（DNA-PKcatalyticsub-unit,DNA-PKcs）与DNA损伤位点结合,进而促进非同源末端接合（nonhomologousend-joining,NHEJ）,修复双链损伤。

氧化应激条件下,SIRT6能催化多聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶1（poly[adeno-sinediphosphate（ADP）-ribose]polymerase1,PARP1）521位赖氨酸单ADP核糖基化,激活其多ADP核糖基化活性,进而提高非同源末端接合和同源重组（homologousrecombination,HR）以促进DNA双链损伤修复。

此外,SIRT6能够通过去乙酰化DNA双链损伤切除蛋白C末端结合蛋白相关蛋白（CtIP）而促进基于同源重组的DNA双链损伤修复。

　　SIRT6还能够招募染色体重组因子SNF2H到DNA双链损伤位点,将组蛋白H3K56去乙酰化,促进染色体重塑,进而促进DNA损伤修复。

　　靠近端粒位置附近的基因往往处于沉默状态,这种现象被称为端粒位置效应（telomerepositioneffect,TPE）,在酵母中被首次发现。

这种沉默效应与端粒的长度呈正相关,并随着细胞的衰老而逐渐变弱。

而SIRT6在人类细胞中对端粒位置效应的维持起重要作用,它对于端粒附近基因的沉默以及端粒位置效应相关的异染色体标志物的维持都属必需（Tennen等.2011）。

　　总之,SIRT6可通过其去乙酰化酶活性和核糖基转移酶活性参与多种DNA损伤修复及端粒稳定等调控,进而维持基因组稳定性。

（二）SIRT6与衰老SIRT6蛋白水平随人包皮成纤维细胞（HCA2）复制性衰老而降低（Mao等.2012）。

在另外一种人胚肺二倍体成纤维细胞WI-38中敲低SIRT6可使其复制代龄缩短10代,衰老相关的-半乳糖苷酶（SA--Gal）活性上升,敲低人脐带血管内皮和大动脉内皮细胞的SIRT6能促细胞衰老（Cardus等.2013）。

这些说明SIRT6在细胞复制性衰老过程的重要性。

　　核因子kB（nuclearfactorkB,NF-kB）信号通路在细胞凋亡、细胞衰老、炎症和免疫等过程发挥至关重要的作用,而SIRT6则可通过NF-kB及其下游基因来调控细胞衰老。

Kawahara等发现SIRT6可被NF-kB的亚基网状内皮增生病毒癌基因同源物A（reticuloendotheliosisviraloncogenehomologA,RE-LA）招募到NF-kB下游基因的启动子,降低启动子乙酰化水平,抑制与凋亡和细胞衰老相关下游基因的表达。

另外,SIRT6还可在人皮肤成纤维细胞中抑制NF-kB信号通路调控胶原的合成和降解,在皮肤抗衰老过程中发挥作用（Baohua等.2012）。

　　SIRT6对多种因素导的衰老有重要作用。

在猪胚成纤维细胞中过表达SIRT6能抑制D-半乳糖等发的早衰（Xie等.2012）。

在人支气管上皮细胞中,转化生长因子（transforminggrowthfactor-,TGF-）能在转录水平促进p21表达而促进细胞衰老,而SIRT6则可促进p21的蛋白酶体降解而抑制TGF-发的衰老（Minagawa等.2011）。

香烟产生的烟雾可发细胞衰老,引起慢性阻塞性肺病,SIRT6则可通过抑制IGF-Akt信号通路促进自噬,最终抑制烟雾的促细胞衰老作用（Takasaka等.2014）。

　　SIRT6对整体动物寿命的影响也很显著。

在雄性小鼠中过表达SIRT6能显著延长寿命,但雌性小鼠变化不明显。

实验发现,过表达SIRT6时,雄性小鼠血清中胰岛素样生长因子1（insulin-likegrowthfactor1,IGF1）水平降低,胰岛素样生长因子结合蛋白1升高,IGF1信号通路主要组分磷酸化水平改变,而雌性小鼠中这些信号通路却没有明显变化,这可能就是雄性小鼠的寿命延长而雌性小鼠无变化的原因。

　　热量限制能降低衰老速率、延迟多种衰老相关紊乱出现,延长线虫、果蝇、酵母以及啮齿类动物的寿命。

哺乳动物中除SIRT1外,SIRT6也在热量限制延长寿命过程中起着重要作用。

小鼠饥饿会提高SIRT6蛋白稳定性,提升其蛋白水平,进而促进代谢稳态和基因组稳定性,延长小鼠寿命（Kanfi等.2008）。

　　总之,SIRT6在衰老相关基因调控过程中发挥重要作用,参与复制性衰老及多种衰老过程,对小鼠寿命有显著影响。

　　（三）SIRT6与炎症肿瘤坏死因子能促进SIRT6和RELA结合,进而促进SIRT6调控NF-kB下游基因。

反过来SIRT6也可在转录后水平调控肿瘤坏死因子,进而影响炎症反应（VanCool等.2009）。

在脐带血管内皮细胞中,脂多糖能降低SIRT6表达,敲低SIRT6能促进炎症细胞因子IL-6、IL8、IL-1以及NF-kB表达,使SIRT6或可作为治疗炎症相关疾病的药靶（Lappas等.2012）。

Xiao等在SIRT6突变的小鼠中也发现同样现象,SIRT6能通过抑制c-JUN依赖的促炎症基因如IL-6、TNF的表达而抑制肝炎（Xiao等.2012）。

此外,过表达SIRT6可抑制胶原导的关节炎（Lee等.2013）。

　　然而Bauer等发现,SIRT6在胰腺癌细胞中加强Ca2+反应,促进炎症细胞因子IL-8和TNF的表达以及细胞的迁移（Bauer等.2012）。

因此SIRT6与炎症的关系有待进一步探索。

　　（四）SIRT6和代谢缺失SIRT6,小鼠出现血糖过低症。

多方研究发现,SIRT6既可调控组蛋白H3K9乙酰化调控糖分解相关基因,又可抑制缺氧导因子1（hypoxiainduciblefactor1,alphasub-unit,Hif1）而降低葡萄糖吸收、糖酵解以及线粒体呼吸以维持血糖稳态。

糖异生关键基因过氧化物酶体增殖物激活受体辅激活子1（peroxisomeproliferator-activatedreceptor-coactivator1-,PGC-1）的活性受乙酰化调控,GCN5是其乙酰化酶,去乙酰化酶是SIRT1。

然而,过表达去乙酰化酶SIRT6反而促进PGC-1乙酰化。

进一步试验发现,SIRT6能通过去乙酰化GCN5而激活GCN5,间接促进PGC-1乙酰化,调控糖异生和肝脏葡萄糖产生,参与血糖调控（Dominy等.2012）。

　　特异敲除肝SIRT6的小鼠能引起脂肪肝。

人脂肪肝中SIRT6含量低于正常。

实验表明,SIRT6通过去乙酰化作用于糖酵解、甘油三酯合成和脂肪代谢相关基因启动子,抑制表达,调控脂代谢。

在饮食引起的肥胖小鼠中,过表达SIRT6可降低脂肪储存相关基因活性,减少内脏脂肪、甘油三酯聚积,提高葡萄糖耐量（Kanfi等.2010）。

过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisomeproliferator-activatedreceptor-,PPAR-）的激活剂罗格列酮能提高大鼠肝SIRT6表达而缓解大鼠脂肪肝（Yang等.2011）。

此外,SIRT6可被叉头框蛋白O3（forkheadboxO3,FoxO3）招募到固醇调控元件结合蛋白-2（sterolregulatoryelement-bindingprotein2,Srebp2）和前蛋白转化酶枯草溶菌素9（proproteinconvertasesubtilisin/kexintype9,Pcsk9）的启动子区,降低H3K9和H3K56的乙酰化水平,抑制Srebp2转录,调控胆固醇代谢（Tao等.2013）。

　　（五）SIRT6与疾病和邻近正常组织相比,肝癌、胰腺癌等肿瘤中SIRT6的表达量都明显下降。

在肝癌细胞系HepG2中SIRT6的表达量下降可促其生长,过表达SIRT6则抑制其生长（Zhang等.2014）,小鼠中SIRT6的缺陷可使肿瘤数量增多、瘤体增大、侵袭能力提高（Sebastian等.2012）。

在肿瘤形成过程中SIRT6表达下降的机制可能是:

作为肿瘤抑制因子的泛素特异肽酶10（ubiquitin-specificpeptidase10,USP10）能和SIRT6相互作用,并能抑制SIRT6泛素化降解,而肿瘤中USP10的水平下降,促进了SIRT6的降解。

　　SIRT6可从细胞凋亡、代谢等多方面起抑制肿瘤的作用。

过表达SIRT6能导HepG2细胞凋亡,降低细胞内活性氧簇（reactiveoxygenspecies,ROS）和超氧阴离子（superoxideanion）水平。

此外,过表达SIRT6还能够抑制细胞外调节蛋白激酶（extracel-lularregulatedproteinkinases,ERK）1/2的磷酸化水平,而特异抑制剂U0126阻断ERK1/2信号通路后,SIRT6对肿瘤的抑制作用就减弱了。

综上所述,SIRT6可通过抑制ERK1/2信号通路而抑制肝癌细胞的增长。

同样Meter等也发现,与正常的未转化细胞如成纤维细胞不同,在肿瘤细胞中过表达SIRT6可导肿瘤细胞凋亡,该过程依赖于SIRT6对p53和p73凋亡信号通路的激活及其单ADP核糖基转移酶活性。

由于该过程只在肿瘤细胞中发生,使SIRT6有望成为治疗肿瘤的良好靶标（Vanmeter等.2011）。

此外,Min等发现SIRT6能抑制H3K9的乙酰化,激活NF-B而抑制生存素,进而抑制肝癌发生（Min等.2012）。

SIRT6还可调控癌细胞的需氧糖酵解以及抑制MYC转录活性,进而抑制肿瘤（Sebastian等.2012）。

　　例外的是:

前列腺癌细胞中,SIRT6水平反而升高;敲低SIRT6能促进细胞周期G1期阻滞、促其凋亡及DNA损伤水平升高;SIRT6的缺陷还能提高前列腺癌对化疗的敏感性（Liu等.2013）。

可见SIRT6在不同肿瘤中的表现不完全相同,这可能是由SIRT6的组织特异性所决定,不过它对于肿瘤的调控作用都至关重要。

　　除肿瘤外,SIRT6还参与其他疾病的调控。

　　SIRT6缺陷小鼠常表现心肌肥大和心力衰竭症状,已知IGF-Akt信号的异常激活与多种疾病包括心力衰竭的发生发展有关。

Cunningham等发现,SIRT6通过与c-Jun相互作用,可与IGF相关基因的启动子结合,促进H3K9去乙酰化,抑制IGF信号通路相关基因的表达,最终抑制心肌肥大。

在新生的大鼠心肌细胞中过表达烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶2（nicotinamidemononucleotideadenylyltransferase2,Nmnat2）,能通过维持细胞内NAD的水平而激活SIRT6（Cai等.2012）,SIRT6或可通过抑制NF-kB,进而抑制血管紧张素II（angiotensinII,AngII）发的心肌肥大（Yu等.2013）。

此外,SIRT6还可通过调控糖代谢及脂肪代谢而抑制脂肪肝,敲除神经系统的SIRT6则能够引起小鼠过度肥胖（Schwer等.2010）。

　　三、结语与展望

　　综上所述,我们可以看到,SIRT6通过其去酰化酶活性和核糖基转移酶活性参与多条信号通路的调控,进而抑制细胞衰老、肿瘤形成以及脂肪肝等代谢疾病,在一定程度上有可能起着延长健康寿命的作用（图2）。

　　随着研究不断深入,SIRT6的重要性越来越显现,逐渐成为sirtuin家族中除SIRT1以外又一研究热点（图3）。

　　关于SIRT6,有许多问题待解决。

首先,SIRT6虽然参与细胞众多生命过程调控,并与多种疾病有关,但具体机制不清;其次,基于其功能的重要性,SIRT6本身的调控尤显重要。

目前关于它本身的调控研究很少,将是未来研究的一大重点;最后,SIRT6作为药物靶点,用于治疗相关疾病。

目前已有实验室着手相关研究,如Moaddel实验室已发现槲皮黄酮和牡荆硷都可作为SIRT6的抑制剂,并找到了槲皮黄酮在SIRT6上结合位点的药效团模型,不过这些只是开始,后续研究尚待进行。