SIRT6結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及其與疾病的關(guān)系,病理學(xué)論文

SIRT6結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及其與疾病的關(guān)系,病理學(xué)論文沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silentinformationregulator2,sir2)是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamideadeninedinucleotide,NAD+)依靠的去乙酰化酶,能夠延長(zhǎng)酵母和果蠅的壽命;人類(lèi)中與Sir2同源的蛋白有七個(gè):SIRT1-SIRT7。基于分子系統(tǒng)發(fā)育分析,可將其分為四類(lèi)。SIRT1、SIRT2和SIRT3屬于第一類(lèi),具有強(qiáng)大的NAD+依靠去乙?；富钚?屬于第二類(lèi)的SIRT4則具有ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性;屬于第三類(lèi)的SIRT5除了具有微弱的去乙?；富钚酝?還擁有NAD+依靠的去丙二?；负腿ザ《；富钚?最后發(fā)現(xiàn)的SIRT6和SIRT7則屬于第四類(lèi),華而不實(shí)SIRT6同時(shí)具有去乙?；负虯DP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性,SIRT7具有去乙?；富钚?。七個(gè)sirtuin蛋白具有不同的細(xì)胞定位,主要定位在細(xì)胞核的有SIRT1、SIRT6和SIRT7,華而不實(shí)SIRT7主要定位在核仁;SIRT3、SIRT4和SIRT5主要定位在線粒體;SIRT2則主要定位在細(xì)胞質(zhì)中。Sirtuins能夠通過(guò)調(diào)控能量代謝、基因組穩(wěn)定性等介入調(diào)控包括衰老在內(nèi)的諸多生命經(jīng)過(guò)。本文則主要對(duì)華而不實(shí)之一的SIRT6的功能與疾病的關(guān)系作一介紹。一、SIRT6構(gòu)造特點(diǎn)人SIRT6基因定位在染色體19p13.3。全長(zhǎng)含8個(gè)外顯子,華而不實(shí)4號(hào)外顯子最短,含40個(gè)堿基,8號(hào)外顯子最長(zhǎng),含838個(gè)堿基。蛋白質(zhì)分子全長(zhǎng)355個(gè)氨基酸,分子量約39.1kD,等電點(diǎn)9.12(Gertler等.2020)。SIRT6與其已經(jīng)知道靶分子都主要定位在細(xì)胞核。其在人和小鼠多種組織中都有表示出,在人的大腦、腎和心中表示出較高(Michishita等.2005)。SIRT6由N端、C端和保守的中心構(gòu)造域組成(圖1),C端和核定位有關(guān),與酶活性無(wú)關(guān);N端與染色體結(jié)合及催化活性有關(guān);中心構(gòu)造域至關(guān)重要,只要突變一個(gè)組氨酸就能使它催化活性消失,失去與染色體結(jié)合能力。研究還發(fā)現(xiàn),SIRT6與其它sir-tuin蛋白不同,在構(gòu)造上有展開(kāi)的鋅結(jié)合構(gòu)造域,無(wú)螺旋束;有穩(wěn)定的單螺旋,無(wú)保守的高度靈敏的NAD+結(jié)合環(huán)。與其它大部分sirtuin蛋白不同,起初未發(fā)現(xiàn)SIRT6具有NAD+依靠的去乙?；富钚?僅發(fā)現(xiàn)其N(xiāo)AD+依靠的核糖基轉(zhuǎn)移酶活性。直到2008年,才由Michishita等發(fā)現(xiàn)SIRT6的第一個(gè)特異的去乙?；孜颒3K9,隨后很快又發(fā)現(xiàn)另一同類(lèi)底物H3K56(Michishita等.2018)。隨著研究不斷深切進(jìn)入,已經(jīng)知道SIRT6的去乙酰化底物也包括非組蛋白C末端結(jié)合蛋白相關(guān)蛋白(C-terminalbindingproteinin-teractingprotein,CtIP)、乙酰化酶通用控制非抑制蛋白5(generalcontrolnonrepressedprotein5,GCN5)等。然而令人驚訝的是SIRT6在體外的去乙?；钚跃狗浅Ｈ?與其去乙?；闹匾δ懿黄ヅ?但隨后的研究在一定程度解釋了這個(gè)問(wèn)題。Gil等發(fā)現(xiàn)SIRT6的去乙?；钚允呛诵◇w依靠的,只要H3和H4以核小體的形式存在時(shí),才被SIRT6去乙?；?。Jiang等則發(fā)現(xiàn)SIRT6晶體構(gòu)造中一個(gè)大的疏水性口袋構(gòu)造(hydrophobicpocket)使它能在體內(nèi)體外高效的從賴氨酸殘基上去除長(zhǎng)鏈脂肪?；鶊F(tuán)。這種對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪?；挠H和性使SIRT6能去除腫瘤壞死因子-(tumornecrosisfactor-,TNF-)的第19位和20位的賴氨酸上的脂肪?；?進(jìn)而促其分泌(Jiang等.2020)?；诖?Feldman等隨后發(fā)現(xiàn)某些游離長(zhǎng)鏈脂肪酸可提升其去乙酰化活性(Feldman等.2020)。這講明SIRT6的去乙?；富钚孕柙谔囟l件下才起作用,另一方面還講明SIRT6的活性不僅局限在去乙酰化。二、SIRT6的功能SIRT6有缺陷的小鼠細(xì)胞與正常相比對(duì)DNA損傷刺激更敏感,基因組不穩(wěn)定性加劇;SIRT6敲除小鼠不僅瘦小且在出生2~3周時(shí)出現(xiàn)淋巴細(xì)胞減少、皮下脂肪缺失、脊椎彎曲、結(jié)腸炎、骨量減少和嚴(yán)重代謝缺陷等衰老相關(guān)退行性變化,在出生約四周時(shí)死亡。這足以講明SIRT6的重要性,而隨后系列研究更講明SIRT6在DNA損傷修復(fù)、基因組穩(wěn)定性、代謝、炎癥、癌癥和諸多疾病調(diào)控經(jīng)過(guò)中的重要性。(一)SIRT6和基因組穩(wěn)定性SIRT6缺陷小鼠細(xì)胞常表現(xiàn)出堿基切除修復(fù)缺陷和基因組不穩(wěn)定性等相關(guān)異常感覺(jué)和狀態(tài),可見(jiàn)SIRT6或有可能通過(guò)提高堿基切除修復(fù)能力,由此對(duì)抗DNA損傷,抑制基因組不穩(wěn)定性。而Michishita等研究發(fā)現(xiàn),這種早衰異常感覺(jué)和狀態(tài)和基因組不穩(wěn)定性的出現(xiàn),主要是由于細(xì)胞中端粒功能的紊亂,而非堿基切除修復(fù)能力的缺陷。WRN能夠與端粒特異結(jié)合蛋白TRF1、TRF2及POT1等互相作用,激活其本身的核酸外切酶及解旋酶活性,促進(jìn)端粒的復(fù)制和DNA損傷修復(fù),避免因端粒復(fù)制異常而造成的端粒缺失和失調(diào),而WRN的缺失則會(huì)引起早老異常感覺(jué)和狀態(tài)(沃納綜合征)的出現(xiàn)。敲低SIRT6后的異常感覺(jué)和狀態(tài)同沃納綜合征異常感覺(jué)和狀態(tài)類(lèi)似,SIRT6能在S期與端粒結(jié)合,催化端粒上H3K9的去乙酰化,提高WRN在端粒上的穩(wěn)定性,以免端粒異常。另外SIRT6能多途徑提高DNA雙鏈損傷(double-strandbreak,DSB)修復(fù)能力。它可與DNA雙鏈損傷修復(fù)因子DNA依靠的蛋白激酶(DNA-de-pendentproteinkinase,DNA-PK)構(gòu)成大分子復(fù)合物,促進(jìn)DNA-PK催化亞基(DNA-PKcatalyticsub-unit,DNA-PKcs)與DNA損傷位點(diǎn)結(jié)合,進(jìn)而促進(jìn)非同源末端接合(nonhomologousend-joining,NHEJ),修復(fù)雙鏈損傷。氧化應(yīng)激條件下,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位賴氨酸單ADP核糖基化,激活其多ADP核糖基化活性,進(jìn)而提高非同源末端接合和同源重組(homologousrecombination,HR)以促進(jìn)DNA雙鏈損傷修復(fù)。除此之外,SIRT6能夠通過(guò)去乙?；疍NA雙鏈損傷切除蛋白C末端結(jié)合蛋白相關(guān)蛋白(CtIP)而促進(jìn)基于同源重組的DNA雙鏈損傷修復(fù)。SIRT6還能夠招募染色體重組因子SNF2H到DNA雙鏈損傷位點(diǎn),將組蛋白H3K56去乙?；?促進(jìn)染色體重塑,進(jìn)而促進(jìn)DNA損傷修復(fù)?？拷肆Ｎ恢酶浇幕蛲幱诔聊瑺顟B(tài),這種現(xiàn)象被稱為端粒位置效應(yīng)(telomerepositioneffect,TPE),在酵母中被初次發(fā)現(xiàn)。這種沉默效應(yīng)與端粒的長(zhǎng)度呈正相關(guān),并隨著細(xì)胞的衰老而逐步變?nèi)酢６鳶IRT6在人類(lèi)細(xì)胞中對(duì)端粒位置效應(yīng)的維持起重要作用,它對(duì)于端粒附近基因的沉默以及端粒位置效應(yīng)相關(guān)的異染色體標(biāo)志物的維持都屬必需(Tennen等.2018)?？傊?SIRT6可通過(guò)其去乙?；富钚院秃颂腔D(zhuǎn)移酶活性介入多種DNA損傷修復(fù)及端粒穩(wěn)定等調(diào)控,進(jìn)而維持基因組穩(wěn)定性。(二)SIRT6與衰老SIRT6蛋白水平隨人包皮成纖維細(xì)胞(HCA2)復(fù)制性衰老而降低(Mao等.2020)。在另外一種人胚肺二倍體成纖維細(xì)胞WI-38中敲低SIRT6可使其復(fù)制代齡縮短10代,衰老相關(guān)的-半乳糖苷酶(SA--Gal)活性上升,敲低人臍帶血管內(nèi)皮和大動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的SIRT6能促細(xì)胞衰老(Cardus等.2020)。這些講明SIRT6在細(xì)胞復(fù)制性衰老經(jīng)過(guò)的重要性。核因子kB(nuclearfactorkB,NF-kB)信號(hào)通路在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞衰老、炎癥和免疫等經(jīng)過(guò)發(fā)揮至關(guān)重要的作用,而SIRT6則可通過(guò)NF-kB及其下游基因來(lái)調(diào)控細(xì)胞衰老。Kawahara等發(fā)現(xiàn)SIRT6可被NF-kB的亞基網(wǎng)狀內(nèi)皮增生病毒癌基因同源物A(reticuloendotheliosisviraloncogenehomologA,RE-LA)招募到NF-kB下游基因的啟動(dòng)子,降低啟動(dòng)子乙?；?抑制與凋亡和細(xì)胞衰老相關(guān)下游基因的表示出。另外,SIRT6還可在人皮膚成纖維細(xì)胞中抑制NF-kB信號(hào)通路調(diào)控膠原的合成和降解,在皮膚抗衰老經(jīng)過(guò)中發(fā)揮作用(Baohua等.2020)。SIRT6對(duì)多種因素誘導(dǎo)的衰老有重要作用。在豬胚成纖維細(xì)胞中過(guò)表示出SIRT6能抑制D-半乳糖等誘發(fā)的早衰(Xie等.2020)。在人支氣管上皮細(xì)胞中,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforminggrowthfactor-,TGF-)能在轉(zhuǎn)錄水平促進(jìn)p21表示出而促進(jìn)細(xì)胞衰老,而SIRT6則可促進(jìn)p21的蛋白酶體降解而抑制TGF-誘發(fā)的衰老(Minagawa等.2018)。香煙產(chǎn)生的煙霧可誘發(fā)細(xì)胞衰老,引起慢性阻塞性肺病,SIRT6則可通過(guò)抑制IGF-Akt信號(hào)通路促進(jìn)自噬,最終抑制煙霧的促細(xì)胞衰老作用(Takasaka等.2020)。SIRT6對(duì)整體動(dòng)物壽命的影響也很顯著。在雄性小鼠中過(guò)表示出SIRT6能顯著延長(zhǎng)壽命,但雌性小鼠變化不明顯。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),過(guò)表示出SIRT6時(shí),雄性小鼠血清中胰島素樣生長(zhǎng)因子1(insulin-likegrowthfactor1,IGF1)水平降低,胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白1升高,IGF1信號(hào)通路主要組分磷酸化水平改變,而雌性小鼠中這些信號(hào)通路卻沒(méi)有明顯變化,這可能就是雄性小鼠的壽命延長(zhǎng)而雌性小鼠無(wú)變化的原因。熱量限制能降低衰老速率、延遲多種衰老相關(guān)紊亂出現(xiàn),延長(zhǎng)線蟲(chóng)、果蠅、酵母以及嚙齒類(lèi)動(dòng)物的壽命。哺乳動(dòng)物中除SIRT1外,SIRT6也在熱量限制延長(zhǎng)壽命經(jīng)過(guò)中起著重要作用。小鼠饑餓會(huì)提高SIRT6蛋白穩(wěn)定性,提升其蛋白水平,進(jìn)而促進(jìn)代謝穩(wěn)態(tài)和基因組穩(wěn)定性,延長(zhǎng)小鼠壽命(Kanfi等.2008)?？傊?SIRT6在衰老相關(guān)基因調(diào)控經(jīng)過(guò)中發(fā)揮重要作用,介入復(fù)制性衰老及多種衰老經(jīng)過(guò),對(duì)小鼠壽命有顯著影響。(三)SIRT6與炎癥腫瘤壞死因子能促進(jìn)SIRT6和RELA結(jié)合,進(jìn)而促進(jìn)SIRT6調(diào)控NF-kB下游基因。反過(guò)來(lái)SIRT6可以在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控腫瘤壞死因子,進(jìn)而影響炎癥反響(VanCool等.2018)。在臍帶血管內(nèi)皮細(xì)胞中,脂多糖能降低SIRT6表示出,敲低SIRT6能促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子IL-6、IL8、IL-1以及NF-kB表示出,使SIRT6或可作為治療炎癥相關(guān)疾病的藥靶(Lappas等.2020)。Xiao等在SIRT6突變的小鼠中也發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象,SIRT6能通過(guò)抑制c-JUN依靠的促炎癥基因如IL-6、TNF的表示出而抑制肝炎(Xiao等.2020)。除此之外,過(guò)表示出SIRT6可抑制膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎(Lee等.2020)。然而B(niǎo)auer等發(fā)現(xiàn),SIRT6在胰腺癌細(xì)胞中加強(qiáng)Ca2+反響,促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子IL-8和TNF的表示出以及細(xì)胞的遷移(Bauer等.2020)。因而SIRT6與炎癥的關(guān)系有待進(jìn)一步探尋求索。(四)SIRT6和代謝缺失SIRT6,小鼠出現(xiàn)血糖過(guò)低癥。多方研究發(fā)現(xiàn),SIRT6既可調(diào)控組蛋白H3K9乙酰化調(diào)控糖分解相關(guān)基因,又可抑制缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxiainduciblefactor1,alphasub-unit,Hif1)而降低葡萄糖吸收、糖酵解以及線粒體呼吸以維持血糖穩(wěn)態(tài)。糖異生關(guān)鍵基因過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體輔激活子1(peroxisomeproliferator-activatedreceptor-coactivator1-,PGC-1)的活性受乙?；{(diào)控,GCN5是其乙酰化酶,去乙?；甘荢IRT1。然而,過(guò)表示出去乙?；窼IRT6反而促進(jìn)PGC-1乙酰化。進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),SIRT6能通過(guò)去乙?；疓CN5而激活GCN5,間接促進(jìn)PGC-1乙?；?調(diào)控糖異生和肝臟葡萄糖產(chǎn)生,介入血糖調(diào)控(Dominy等.2020)。特異敲除肝SIRT6的小鼠能引起脂肪肝。人脂肪肝中SIRT6含量低于正常。實(shí)驗(yàn)表示清楚,SIRT6通過(guò)去乙?；饔糜谔墙徒?、甘油三酯合成和脂肪代謝相關(guān)基因啟動(dòng)子,抑制表示出,調(diào)控脂代謝。在飲食引起的肥胖小鼠中,過(guò)表示出SIRT6可降低脂肪儲(chǔ)存相關(guān)基因活性,減少內(nèi)臟脂肪、甘油三酯聚積,提高葡萄糖耐量(Kanfi等.2018)。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisomeproliferator-activatedreceptor-,PPAR-)的激活劑羅格列酮能提高大鼠肝SIRT6表示出而緩解大鼠脂肪肝(Yang等.2018)。除此之外,SIRT6可被叉頭框蛋白O3(forkheadboxO3,FoxO3)招募到固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白-2(sterolregulatoryelement-bindingprotein2,Srebp2)和前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9(proproteinconvertasesubtilisin/kexintype9,Pcsk9)的啟動(dòng)子區(qū),降低H3K9和H3K56的乙?；?抑制Srebp2轉(zhuǎn)錄,調(diào)控膽固醇代謝(Tao等.2020)。(五)SIRT6與疾病和鄰近正常組織相比,肝癌、胰腺癌等腫瘤中SIRT6的表示出量都明顯下降。在肝癌細(xì)胞系HepG2中SIRT6的表示出量下降可促其生長(zhǎng),過(guò)表示出SIRT6則抑制其生長(zhǎng)(Zhang等.2020),小鼠中SIRT6的缺陷可使腫瘤數(shù)量增加、瘤體增大、侵襲能力提高(Sebastian等.2020)。在腫瘤構(gòu)成經(jīng)過(guò)中SIRT6表示出下降的機(jī)制可能是:作為腫瘤抑制因子的泛素特異肽酶10(ubiquitin-specificpeptidase10,USP10)能和SIRT6互相作用,并能抑制SIRT6泛素化降解,而腫瘤中USP10的水平下降,促進(jìn)了SIRT6的降解。SIRT6可從細(xì)胞凋亡、代謝等多方面起抑制腫瘤的作用。過(guò)表示出SIRT6能誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡,降低細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(reactiveoxygenspecies,ROS)和超氧陰離子(superoxideanion)水平。除此之外,過(guò)表示出SIRT6還能夠抑制細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracel-lularregulatedproteinkinases,ERK)1/2的磷酸化水平,而特異抑制劑U0126阻斷ERK1/2信號(hào)通路后,SIRT6對(duì)腫瘤的抑制作用就減弱了。綜上所述,SIRT6可通過(guò)抑制ERK1/2信號(hào)通路而抑制肝癌細(xì)胞的增長(zhǎng)。同樣Meter等也發(fā)現(xiàn),與正常的未轉(zhuǎn)化細(xì)胞如成纖維細(xì)胞不同,在腫瘤細(xì)胞中過(guò)表示出SIRT6可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,該經(jīng)過(guò)依靠于SIRT6對(duì)p53和p73凋亡信號(hào)通路的激活及其單ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶活性。由于該經(jīng)過(guò)只在腫瘤細(xì)胞中發(fā)生,使SIRT6有望成為治療腫瘤的良好靶標(biāo)(Vanmeter等.2018)。除此之外,Min等發(fā)現(xiàn)SIRT6能抑制H3K9的乙?；?激活NF-B而抑制生存素,進(jìn)而抑制肝癌發(fā)生(Min等.2020)。SIRT6還可調(diào)控癌細(xì)胞的需氧糖酵解以及抑制MYC轉(zhuǎn)錄活性,進(jìn)而抑制腫瘤(Sebastian等.2020)。例外的是:前列腺癌細(xì)胞中,SIRT6水平反而升高;敲低SIRT6能促進(jìn)細(xì)胞周期G1期阻滯、促其凋亡及DNA損傷水平升高;SIRT6的缺陷還能提高前列腺癌對(duì)化療的敏感性(Liu等.2020)。可見(jiàn)SIRT6在不同腫瘤中的表現(xiàn)不完全一樣,這可能是由SIRT6的組織特異性所決定,不過(guò)它對(duì)于腫瘤的調(diào)控作用都至關(guān)重要。除腫瘤外,SIRT6還介入其他疾病的調(diào)控。SIRT6缺陷小鼠常表現(xiàn)心肌肥大和心力衰竭異常感覺(jué)和狀態(tài),已經(jīng)知道IGF-Akt信號(hào)的異常激活與多種疾病包括心力衰竭的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。Cunn