Sirtuins在乳腺癌中作用机制的研究进展

李钰莹 综述 张悦 审校

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，根据雌激素受体(Estrogen receptor，ER)、孕激素受体(Progesterone receptor，PR)和人表皮生长因子受体-2(Human epithelial growth factor receptor 2，HER2)的表达情况分为不同亚型[1]。随着诊疗技术的不断提升，针对不同亚型的治疗方案使乳腺癌预后得到极大改善，但肿瘤复发和耐药仍是威胁乳腺癌患者生命的两大因素，目前晚期乳腺癌患者主要治疗方式为化疗，其疗效有限且严重降低患者生存质量，因此寻找新的治疗靶点及药物至关重要。

1 Sirtuins概述

Sirtuins(SIRTs)蛋白属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖性去乙酰化酶活性，与肿瘤发生、转移和多药耐药(Multidrug resistance，MDR)有关[2-4]。SIRTs共有7种亚型，它们在细胞各部位表达存在差异，其中SIRT1、SIRT6和SIRT7主要位于细胞核内，SIRT3、SIRT4和SIRT5主要存在于线粒体内，SIRT2则主要分布于细胞质中[2]。据报道Sirtuins在肿瘤发展过程中具有促进或抑制肿瘤的双重作用，且现有研究表明在肺癌、头颈肿瘤、结肠癌和卵巢癌等中可将其作为治疗靶点[5]。

2 SIRTs在乳腺癌中的作用

2.1 SIRT1

SIRT1在乳腺癌中具有不同的生物学功能。有研究表明SIRT1在乳腺癌细胞和组织中显著上调，并与乳腺癌组织学分级、肿瘤大小以及淋巴结转移呈正相关，SIRT1过表达显著促进乳腺癌细胞的生长，而敲除SIRT1则抑制这些表型。此外还发现SIRT1在体外促进了乳腺癌细胞中Akt活性，并与体内乳腺癌组织中Akt和P-Akt的表达呈正相关，进而促进肿瘤细胞增殖[6]。同样另一组研究人员发现SIRT1可通过抑制p53和激活POLD1促进乳腺癌的进展[7]。此外SIRT1可调节上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)、肿瘤细胞活性和侵袭能力来促进肿瘤转移[8]。例如，在三阴性乳腺癌(Triple-negative breast cancer，TNBC)细胞和组织中发现SIRT1通过调控EMT过程促进肿瘤的侵袭和转移[9-10]。SIRT1和EMT相关蛋白在TNBC中的联合表达可以作为肿瘤高侵袭性、高淋巴结转移率和短无病生存期(Disease-free survival，DFS)的预测因子。相反，Shi等[11]认为SIRT1的去乙酰化作用抑制了EMT诱导剂PRRX1的降解，进而下调干细胞因子KLF4的转录活性，抑制乳腺癌的肿瘤干细胞特性与转移。不参与EMT过程的蛋白也可以被SIRT1调控，异粘蛋白(Metadherin，MTDH)是一种与乳腺癌转移和化疗抵抗有关的致癌蛋白，在TNBC中，腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activated protein kinase，AMPK)通过增强SIRT1活性和糖原合成酶激酶-3(GSK-30)表达使MTDH下调，进而抑制转移及耐药性[12]。这些研究表明SIRT1介导的BCSCs调控及其在远处转移中的作用机制是独立的。

2.2 SIRT2

SIRT2也可在肿瘤发展过程中发挥双重作用。在激素受体阴性Ⅲ期乳腺癌中，SIRT2的高表达与短期复发和肿瘤相关死亡有关。在雌激素受体阳性的Ⅲ期乳腺癌中，SIRT2高表达的乳腺癌患者DFS和复发时间缩短，但在Ⅱ期乳腺癌中，SIRT2高表达的乳腺癌患者复发时间延长[13]。最近一项临床回顾性分析显示，肿瘤组织中SIRT2过表达的乳腺癌患者具有更低的TNM分期且总生存期(Overall survival，OS)延长[14]。一些关于基底细胞样乳腺癌(Basal-like breast carcinoma，BLBC)的研究发现SIRT2高表达伴随Slug蛋白高表达，Slug蛋白是EMT过程的关键蛋白之一，在BLBC中SIRT2通过去乙酰化作用维持Slug稳定性，说明SIRT2高表达的BLBC具有更高的侵袭性及转移能力，在BLBC细胞中抑制SIRT2可以降低Slug蛋白稳定性进而降低BLBC的转移能力[15-16]。

2.3 SIRT3

SIRT3在乳腺癌进展中也有相互矛盾的作用。He等[17]发现SIRT3的表达与肿瘤侵袭、淋巴结转移、病理分级、肿瘤体积等呈正相关，在TNBC细胞中SIRT3可以增强肿瘤细胞的侵袭能力。线粒体未折叠蛋白反应(Mitochondria unfolded protein response，UPRmt)是线粒体功能发生损伤时激活的早期保护性反应，肿瘤细胞可以通过启动UPRmt逃避线粒体突变介导的活性氧(Reactive oxygen species，ROS)应激，SIRT3是肿瘤细胞中UPRmt的调控因子，SIRT3/FOXO/SOD2轴通过激活UPRmt维持线粒体完整性进而促进肿瘤细胞转移[18]。最新研究表明一种MTDH剪接变异体MTDHΔ7在TNBC中表达水平明显增高，可通过NFκB-SIRT3轴调节线粒体功能，激活SIRT3并促进EMT过程，进而增加TNBC的侵袭性[19]。然而另一组研究发现SIRT3在转移性乳腺癌细胞中的表达低于正常乳腺上皮细胞，SIRT3可通过下调ROS抑制SRC氧化并减弱黏着斑激酶(Focal adhesion kinase，FAK)的激活，从而发挥肿瘤抑制作用[20]。

2.4 SIRT4、SIRT5、SIRT6和SIRT7

虽然SIRT4、SIRT5和SIRT6在维持细胞完整性方面发挥了重要作用，但其在肿瘤中的具体作用尚未完全清楚。研究表明浸润性乳腺癌患者中SIRT4低表达与不良预后直接相关[21]。SIRT5可通过稳定线粒体谷氨酰胺酶促进乳腺癌的发生[22]。SIRT6在激素受体阳性HER2阴性乳腺癌中低表达与不良预后有关[23]。SIRT7在不同分期的乳腺癌中表达情况不同，在早期乳腺癌中高表达，在转移性乳腺癌中低表达，即其表达水平与乳腺癌转移能力呈负相关，抑制SIRT7可促进TGF-β信号使转移能力增强，而增强SIRT7去乙酰化活性则抑制乳腺癌转移[24]。但另一项研究发现，SIRT7的表达与乳腺癌侵袭能力以及淋巴结转移呈正相关，在SIRT7高表达Luminal型乳腺癌中发现M1型巨噬细胞浸润并伴随T细胞耗竭[25-26]。总的来说，SIRTs在乳腺癌转移过程中发挥着重要的作用，掌握调控它们的方法可能是一种治疗新策略。

3 SIRTs在乳腺癌的MDR中的作用

对乳腺癌的治疗药物从广谱细胞毒药物到特定的分子靶向药物已极大改善了患者的预后及生存质量[27]。然而MDR仍然是乳腺癌治疗中一个令人生畏的挑战。MDR由多种因素共同调控，如药物转运蛋白变性或丢失导致药物摄入减少；ATP结合盒转运蛋白，如多药耐药基因1(Multidrug resistance gene 1，MDR1)和MDR相关蛋白，扩增导致药物渗出增加[28]；凋亡和细胞周期检查点过程的突变；改变DNA修复机制，减轻药物诱导的DNA损伤[29]。在乳腺癌中大量研究表明肿瘤转移能力和耐药与其生物学特性有关，包括耐药基因突变和诸如Sirtuins等的表达。Sirtuins在不同分子亚型乳腺癌中表达存在差异，且各种SIRTs产生的耐药机制不尽相同，它们可以通过减少药物渗透、诱导基因突变和改变肿瘤微环境促进细胞在治疗性应激下生存[30-31]。

3.1 SIRT1

SIRT1可在多方面调节肿瘤对化疗药物的耐药。乳腺癌中过表达的SIRT1使MDR1基因扩增，MDR1可减少肿瘤细胞内的化疗药物，产生耐药性。FOXO1在抗他莫西芬乳腺癌细胞中表达持续增加。研究发现SIRT1可使FOXO1蛋白去乙酰化，促进多药耐药相关蛋白2(Multidrug resistance protein 2，MRP2)的表达，导致ER阳性乳腺癌对他莫昔芬产生耐药性，抑制SIRT1降低了FOXO1和MRP2的表达，从而使对他莫昔芬耐药的乳腺癌细胞对紫杉醇和多柔比星的敏感度大大提升。目前发现的一种SIRT1有效抑制剂amurensin G可降低FOXO1表达水平，未来可开发为一种逆转乳腺癌MDR的潜在治疗药物[32-33]。另一项研究结果显示抑制SIRT1可下调热休克因子1(Heat shock factor 1，HSF1)的表达，进而下调MDR相关蛋白，降低乳腺癌耐药性[34]。SRC和SIRT1在对他莫昔芬耐药的乳腺癌中表达均上调，且SRC可通过上调SIRT1来增强肿瘤细胞对他莫昔芬的耐药性，但二者之间的相互作用机制尚不清楚[35]。最近研究发现SIRT1在多柔比星耐药乳腺癌细胞中的表达高于多柔比星敏感的乳腺癌细胞，敲低SIRT1可提高乳腺癌细胞对多柔比星的敏感性，此外该团队还发现抑制Akt活性可部分降低SIRT1介导的多柔比星耐药，一种SIRT1抑制剂烟酰胺(Nicotinamide，NAM)可作用于上述通路逆转MDR[36-37]。与上述研究相反，在Luminal A型乳腺癌中SIRT1的激活会减弱MDR。例如，一项研究表明透明质酸(Hyaluronic acid，HA)结合CD44(一种HA受体)上调p300及其乙酰转移酶活性，促进β-连环蛋白和NF-κB的转录，并进一步增强MCF-7细胞系中MDR1基因和抗凋亡Bcl-xL基因的表达导致MDR，化学诱导活化SIRT1使p300失活，可阻断上述过程并改善MDR[38]。

3.2 SIRT3

关于SIRT3在乳腺癌耐药中的研究较少，有研究发现SIRT3在抗他莫昔芬人乳腺癌mic-3细胞株中高表达，尽管mic-3来源于MCF-7，但SIRT3在MCF-7中低表达。诱导MCF-7细胞过表达SIRT3会导致其对他莫西芬抵抗，而沉默mic-3细胞的SIRT3表达会提高耐药细胞对他莫西芬的敏感性[39]。与前文所述相反，另一项研究表明SIRT3可抑制乳腺癌中ROS的产生并增强细胞抗氧化活性，在激素受体阳性乳腺癌MCF-7和T47D细胞系中通过siRNA沉默SIRT3可破坏抗氧化反应，增强肿瘤细胞对顺铂和他莫西芬的敏感性，例如山奈酚(KMP)可抑制SIRT3介导的乳腺癌细胞群形成[40-41]。

3.3 SIRT2、IRT4、SIRT5、SIRT6和SIRT7

关于SIRT2在乳腺癌MDR发展中的作用尚未探究。SIRT4通过抑制IL-6/STAT3信号通路增强ER阳性乳腺癌对他莫昔芬的敏感性[42]。在乳腺癌中SIRT5的表达情况与乳腺癌预后呈负相关，但在TNBC pCR患者中SIRT5表达水平较高，进一步分析显示SIRT5可能通过调控Rho通路增强细胞对蒽环类及紫杉类化疗药物的敏感性，因此SIRT5可作为揭示TNBC患者对蒽环类及紫杉类药物敏感程度的生物标志物[43]。在乳腺癌中，SIRT6高表达的患者OS较低，SIRT6可抑制FOXO蛋白乙酰化过程并诱导DNA修复，从而降低乳腺癌细胞对紫杉醇和表柔比星的敏感性[44]。相反，Thirumurthi和他的团队发现，AKT1磷酸化SIRT6的Ser 38位点，诱导MDM2，使SIRT6发生蛋白酶依赖性降解，进而促进肿瘤发生并对曲妥珠单抗耐药[45]。SIRT6可通过抑制乳腺癌中FOXO3的活性降低肿瘤细胞对拉帕替尼的敏感性[46]。最近发现了一种具有喹唑啉二酮基结构和水杨酸基结构的新型SIRT6抑制剂，抑制组蛋白3赖氨酸9去乙酰化，促进肿瘤细胞摄取葡萄糖，同时阻断TNF-α的产生，最终增强化疗疗效[47-48]。此外，SIRT7低表达可增强乳腺癌细胞对化疗药物敏感性[26]。造成上述复杂现象的机制尚未完全掌握，但可以确定在乳腺癌中Sirtuins针对不同靶点对乳腺癌的转移和MDR发挥重要作用，值得进一步探究。

4 小结与展望

目前乳腺癌患者死亡原因主要来自于疾病复发转移及MDR，解决上述问题的关键是增强肿瘤细胞对现有药物的敏感性或寻找新的治疗药物及靶点。上述对Sirtuins的研究发现其在肿瘤的发生发展中起重要作用，且其相关药物与现有化疗药物联合为肿瘤细胞克服MDR提供了基础。传统的化学疗法是使用细胞毒药物如顺铂、多柔比星、紫杉醇、吉西他滨等抑制肿瘤细胞DNA复制及合成，而肿瘤的EMT过程及干性最终会使其对化疗药物产生耐药性。如前所述Sirtuins是参与CSCs和EMT介导耐药产生的主要蛋白之一，在常规化疗的同时靶向Sirtuin介导的EMT机制和CSCs更新可能有助于彻底根除肿瘤细胞。因此化疗联合Sirtuin抑制剂或可使肿瘤复发和转移的机会更小。未来针对Sirtuins的治疗靶点或药物或可为乳腺癌患者治疗带来新的方向。