沉默信息調節因子 2\\(silent information regulator2,sir2\\) 是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸\\(nicotinamideadenine dinucleotide,NAD+\\) 依賴的去乙?；?能夠延長酵母和果蠅的壽命; 人類中與 Sir2 同源的蛋白有七個: SIRT1-SIRT7?；诜肿酉到y發育分析,可將其分為四類。SIRT1、SIRT2 和 SIRT3 屬于第一類,具有強大的 NAD+依賴去乙?；富钚? 屬于第二類的 SIRT4 則具有 ADP-核糖轉移酶活性; 屬于第三類的 SIRT5 除了具有微弱的去乙?；富钚酝?還擁有 NAD+依賴的去丙二?；负腿ザ《；富钚? 最后發現的 SIRT6 和 SIRT7 則屬于第四類,其中 SIRT6 同時具有去乙?；负?ADP-核糖轉移酶活性,SIRT7 具有去乙?；富钚?。七個 sirtuin 蛋白具有不同的細胞定位,主要定位在細胞核的有SIRT1、SIRT6 和 SIRT7,其中 SIRT7 主要定位在核仁; SIRT3、SIRT4 和 SIRT5 主要定位在線粒體;SIRT2 則主要定位在細胞質中。Sirtuins 能夠通過調控能量代謝、基因組穩定性等參與調控包括衰老在內的眾多生命過程。本文則主要對其中之一的SIRT6 的功能與疾病的關系作一介紹。
一、SIRT6 結構特點
人 SIRT6 基因定位在染色體 19p13. 3。全長含8 個外顯子,其中 4 號外顯子最短,含 40 個堿基,8號外顯子最長,含 838 個堿基。蛋白質分子全長355 個氨基酸,分子量約 39. 1kD,等電點 9. 12\\(Gertler 等. 2013\\) 。SIRT6 與其已知靶分子都主要定位在細胞核。其在人和小鼠多種組織中都有表達,在人的大腦、腎和心中表達較高\\(Michishita 等.2005\\) 。
SIRT6 由 N 端、C 端和保守的中心結構域組成\\(圖 1\\) ,C 端和核定位有關,與酶活性無關; N 端與染色體結合及催化活性有關; 中心結構域至關重要,只要突變一個組氨酸就能使它催化活性消失,失去與染色體結合能力。研究還發現,SIRT6 與其它 sir-tuin 蛋白不同,在結構上有展開的鋅結合結構域,無螺旋束; 有穩定的單螺旋,無保守的高度靈活的NAD+結合環。
與其它大部分 sirtuin 蛋白不同,起初未發現SIRT6 具有 NAD+依賴的去乙?；富钚?僅發現其 NAD+依賴的核糖基轉移酶活性。直到 2008 年,才由 Michishita 等發現 SIRT6 的第一個特異的去乙?；孜?H3K9,隨后很快又發現另一同類底物H3K56\\(Michishita 等. 2009\\) 。隨著研究不斷深入,已知 SIRT6 的去乙?；孜镆舶ǚ墙M蛋白 C 末端結合蛋白相關蛋白\\(C-terminal binding protein in-teracting protein,CtIP\\) 、乙?；竿ㄓ每刂品且种频鞍?5\\(general control nonrepressed protein 5,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問題。Gil 等發現 SIRT6 的去乙?；钚允呛诵◇w依賴的,只有H3 和 H4 以核小體的形式存在時,才被 SIRT6 去乙?；?。Jiang等則發現SIRT6晶體結構中一個大的疏水性口袋結構\\(hydrophobic pocket\\) 使它能在體內體外高效的從賴氨酸殘基上去除長鏈脂肪?；鶊F。這種對長鏈脂肪?；挠H和性使 SIRT6 能去除腫瘤壞死因子-α\\(tumor necrosis factor-α,TNF-α\\) 的第 19 位和 20 位的賴氨酸上的脂肪?；?進而促其分泌\\(Jiang 等. 2013\\) ?；诖?Feldman 等隨后發現某些游離長鏈脂肪酸可提升其去乙?；钚診\(Feldman 等. 2013\\) 。這說明 SIRT6 的去乙?；富钚孕柙谔囟l件下才起作用,另一方面還說明SIRT6 的活性不僅局限在去乙?；?。
二、SIRT6 的功能
SIRT6 有缺陷的小鼠細胞與正常相比對 DNA損傷刺激更敏感,基因組不穩定性加劇; SIRT6 敲除小鼠不僅瘦小且在出生 2 ~ 3 周時出現淋巴細胞減少、皮下脂肪缺失、脊椎彎曲、結腸炎、骨量減少和嚴重代謝缺陷等衰老相關退行性變化,在出生約四周時死亡。這足以說明 SIRT6 的重要性,而隨后系列研究更說明 SIRT6 在 DNA 損傷修復、基因組穩定性、代謝、炎癥、癌癥和眾多疾病調控過程中的重要性。
\\(一\\) SIRT6 和基因組穩定性 SIRT6 缺陷小鼠細胞常表現出堿基切除修復缺陷和基因組不穩定性等相關癥狀,可見 SIRT6 或有可能通過提高堿基切除修復能力,由此對抗 DNA 損傷,抑制基因組不穩定性。而 Michishita 等研究發現,這種早衰癥狀和基因組不穩定性的出現,主要是因為細胞中端粒功能的紊亂,而非堿基切除修復能力的缺陷。
WRN 能夠與端粒特異結合蛋白 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,促進端粒的復制和 DNA 損傷修復,避免因端粒復制異常而造成的端粒缺失和失調,而 WRN的缺失則會引起早老癥狀\\(沃納綜合征\\) 的出現。
敲低 SIRT6 后的癥狀同沃納綜合征癥狀類似,SIRT6能在 S 期與端粒結合,催化端粒上 H3K9 的去乙?；?提高 WRN 在端粒上的穩定性 ,以免端粒異常。
另外 SIRT6 能多途徑提高DNA雙鏈損傷\\(double-strand break,DSB\\) 修復能力。它可與 DNA雙鏈損傷修復因子 DNA 依賴的蛋白激酶\\(DNA-de-pendent protein kinase,DNA-PK\\) 形成大分子復合物,促進 DNA-PK 催化亞基\\(DNA-PK catalytic sub-unit,DNA-PKcs\\) 與 DNA 損傷位點結合,進而促進非同源末端接合 \\(nonhomologous end-joining,NHEJ\\) ,修復雙鏈損傷。氧化應激條件下,SIRT6 能催化多聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶 1\\(poly[adeno-sine diphosphate \\(ADP \\) - ribose] polymerase 1,PARP1\\) 521 位賴氨酸單 ADP 核糖基化,激活其多ADP 核糖基化活性,進而提高非同源末端接合和同源重組\\(homologous recombination,HR\\) 以促進 DNA雙鏈損傷修復。此外,SIRT6 能夠通過去乙?；疍NA 雙鏈損傷切除蛋白 C 末端結合蛋白相關蛋白\\(CtIP\\) 而促進基于同源重組的 DNA 雙鏈損傷修復。
SIRT6 還能夠招募染色體重組因子 SNF2H 到 DNA雙鏈損傷位點,將組蛋白 H3K56 去乙?；?促進染色體重塑,進而促進 DNA 損傷修復。
靠近端粒位置附近的基因往往處于沉默狀態,這種現象被稱為端粒位置效應\\(telomere positioneffect,TPE\\) ,在酵母中被首次發現。這種沉默效應與端粒的長度呈正相關,并隨著細胞的衰老而逐漸變弱。而 SIRT6 在人類細胞中對端粒位置效應的維持起重要作用,它對于端粒附近基因的沉默以及端粒位置效應相關的異染色體標志物的維持都屬必需\\(Tennen 等. 2011\\) 。
總之,SIRT6 可通過其去乙?；富钚院秃颂腔D移酶活性參與多種 DNA 損傷修復及端粒穩定等調控,進而維持基因組穩定性。
\\(二\\) SIRT6 與衰老 SIRT6 蛋白水平隨人包皮成纖維細胞\\(HCA2\\) 復制性衰老而降低\\(Mao 等.2012\\) 。在另外一種人胚肺二倍體成纖維細胞 WI-38 中敲低 SIRT6 可使其復制代齡縮短 10 代,衰老相關的 β-半乳糖苷酶\\(SA-β-Gal\\) 活性上升,敲低人臍帶血管內皮和大動脈內皮細胞的 SIRT6 能促細胞衰老\\(Cardus 等. 2013\\) 。這些說明 SIRT6 在細胞復制性衰老過程的重要性。
核因子 kB\\(nuclear factor kB,NF-kB\\) 信號通路在細胞凋亡、細胞衰老、炎癥和免疫等過程發揮至關重要的作用,而 SIRT6 則可通過 NF-kB 及其下游基因來調控細胞衰老。Kawahara 等發現 SIRT6 可被NF-kB 的亞基網狀內皮增生病毒癌基因同源物 A\\(reticuloendotheliosis viral oncogene homolog A,RE-LA\\) 招募到 NF-kB 下游基因的啟動子,降低啟動子乙?；?抑制與凋亡和細胞衰老相關下游基因的表達。另外,SIRT6 還可在人皮膚成纖維細胞中抑制 NF-kB 信號通路調控膠原的合成和降解,在皮膚抗衰老過程中發揮作用\\(Baohua 等. 2012\\) 。
SIRT6 對多種因素誘導的衰老有重要作用。在豬胚成纖維細胞中過表達 SIRT6 能抑制 D-半乳糖等誘發的早衰\\(Xie 等. 2012\\) 。在人支氣管上皮細胞中,轉化生長因子 β\\(transforming growth factor-β,TGF-β\\) 能在轉錄水平促進 p21 表達而促進細胞衰老,而 SIRT6 則可促進 p21 的蛋白酶體降解而抑制TGF-β 誘發的衰老\\(Minagawa 等. 2011\\) 。香煙產生的煙霧可誘發細胞衰老,引起慢性阻塞性肺病,SIRT6 則可通過抑制 IGF-Akt 信號通路促進自噬,最終抑制煙霧的促細胞衰老作用 \\(Takasaka 等.2014\\) 。
SIRT6 對整體動物壽命的影響也很顯著。在雄性小鼠中過表達 SIRT6 能顯著延長壽命,但雌性小鼠變化不明顯。實驗發現,過表達 SIRT6 時,雄性小鼠血清中胰島素樣生長因子 1\\(insulin-like growthfactor 1,IGF1\\) 水平降低,胰島素樣生長因子結合蛋白 1 升高,IGF1 信號通路主要組分磷酸化水平改變,而雌性小鼠中這些信號通路卻沒有明顯變化,這可能就是雄性小鼠的壽命延長而雌性小鼠無變化的原因。
熱量限制能降低衰老速率、延遲多種衰老相關紊亂出現,延長線蟲、果蠅、酵母以及嚙齒類動物的壽命。哺乳動物中除 SIRT1 外,SIRT6 也在熱量限制延長壽命過程中起著重要作用。小鼠饑餓會提高SIRT6 蛋白穩定性,提升其蛋白水平,進而促進代謝穩態和基因組穩定性,延長小鼠壽命\\(Kanfi 等.2008\\) 。
總之,SIRT6 在衰老相關基因調控過程中發揮重要作用,參與復制性衰老及多種衰老過程,對小鼠壽命有顯著影響。
\\(三\\) SIRT6 與炎癥 腫瘤壞死因子 α 能促進SIRT6 和 RELA 結合,進而促進 SIRT6 調控 NF-kB下游基因。反過來 SIRT6 也可在轉錄后水平調控腫瘤壞死因子,進而影響炎癥反應\\(Van Cool 等.2009\\) 。在臍帶血管內皮細胞中,脂多糖能降低SIRT6 表達,敲低 SIRT6 能促進炎癥細胞因子 IL-6、IL8、IL-1β 以及 NF-kB 表達,使 SIRT6 或可作為治療炎癥相關疾病的藥靶\\(Lappas 等. 2012\\) 。Xiao 等在 SIRT6 突變的小鼠中也發現同樣現象,SIRT6 能通過抑制 c-JUN 依賴的促炎癥基因如 IL-6、TNFα 的表達而抑制肝炎\\(Xiao 等. 2012\\) 。此外,過表達SIRT6 可抑制膠原誘導的關節炎 \\(Lee 等. 2013 \\) 。
然而 Bauer 等發現,SIRT6 在胰腺癌細胞中加強Ca2 +反應,促進炎癥細胞因子 IL-8 和 TNF 的表達以及細胞的遷移\\(Bauer 等. 2012\\) 。因此 SIRT6 與炎癥的關系有待進一步探索。
\\(四\\) SIRT6 和代謝 缺失 SIRT6,小鼠出現血糖過低癥。多方研究發現,SIRT6 既可調控組蛋白H3K9 乙?；{控糖分解相關基因,又可抑制缺氧誘導因子 1α\\(hypoxia inducible factor 1,alpha sub-unit,Hif1α\\) 而降低葡萄糖吸收、糖酵解以及線粒體呼吸以維持血糖穩態。糖異生關鍵基因過氧化物酶體增殖物激活受體 γ 輔激活子 1α\\(peroxisomeproliferator-activated receptor- γ coactivator 1-α,PGC-1α\\) 的活性受乙?；{控,GCN5 是其乙?；?去乙?；甘?SIRT1。然而,過表達去乙?；?SIRT6反而促進 PGC-1α 乙?；?。進一步試驗發現,SIRT6能通過去乙?；?GCN5 而激活 GCN5,間接促進PGC-1α 乙?；?調控糖異生和肝臟葡萄糖產生,參與血糖調控\\(Dominy 等. 2012\\) 。
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。實驗表明,SIRT6 通過去乙?；饔糜谔墙徒?、甘油三酯合成和脂肪代謝相關基因啟動子,抑制表達,調控脂代謝。在飲食引起的肥胖小鼠中,過表達 SIRT6 可降低脂肪儲存相關基因活性,減少內臟脂肪、甘油三酯聚積,提高葡萄糖耐量\\(Kanfi 等. 2010\\) 。過氧化物酶體增殖物激活受體 γ \\(peroxisome proliferator-activatedreceptor- γ,PPAR-γ\\) 的激活劑羅格列酮能提高大鼠肝 SIRT6 表達而緩解大鼠脂肪肝 \\(Yang 等.2011\\) 。此外,SIRT6 可被叉頭框蛋白 O3 \\(forkheadbox O 3,FoxO3 \\) 招募到固醇調控元件結合蛋白-2\\(sterol regulatory element-binding protein 2,Srebp2\\)和前蛋白轉化酶枯草溶菌素 9\\(proprotein convertasesubtilisin / kexin type 9,Pcsk9 \\) 的啟動子區,降低H3K9 和 H3K56 的乙?；?抑制 Srebp2 轉錄,調控膽固醇代謝\\(Tao 等. 2013\\) 。
\\(五\\) SIRT6 與疾病 和鄰近正常組織相比,肝癌、胰腺癌等腫瘤中 SIRT6 的表達量都明顯下降。在肝癌細胞系 HepG2 中 SIRT6 的表達量下降可促其生長,過表達 SIRT6 則抑制其生長\\(Zhang 等.2014\\) ,小鼠中 SIRT6 的缺陷可使腫瘤數量增多、瘤體增大、侵襲能力提高\\(Sebastian 等. 2012\\) 。在腫瘤形成過程中 SIRT6 表達下降的機制可能是: 作為腫瘤抑制因子的泛素特異肽酶 10\\(ubiquitin-specificpeptidase 10,USP10\\) 能和 SIRT6 相互作用,并能抑制 SIRT6 泛素化降解,而腫瘤中 USP10 的水平下降,促進了 SIRT6 的降解。
SIRT6 可從細胞凋亡、代謝等多方面起抑制腫瘤的作用。過表達 SIRT6 能誘導 HepG2 細胞凋亡,降低細胞內活性氧簇\\(reactive oxygen species,ROS\\)和超氧陰離子\\(superoxide anion\\) 水平。此外,過表達 SIRT6 還能夠抑制細胞外調節蛋白激酶\\(extracel-lular regulated protein kinases,ERK\\) 1 /2 的磷酸化水平,而特異抑制劑 U0126 阻斷 ERK1/2 信號通路后,SIRT6 對腫瘤的抑制作用就減弱了。 綜上所述,SIRT6 可通過抑制 ERK 1 /2 信號通路而抑制肝癌細胞的增長。同樣 Meter 等也發現,與正常的未轉化細胞如成纖維細胞不同,在腫瘤細胞中過表達SIRT6 可誘導腫瘤細胞凋亡,該過程依賴于 SIRT6對 p53 和 p73 凋亡信號通路的激活及其單 ADP 核糖基轉移酶活性。由于該過程只在腫瘤細胞中發生,使 SIRT6 有望成為治療腫瘤的良好靶標\\(Vanmeter 等. 2011 \\) 。此外,Min 等發現 SIRT6 能抑制H3K9 的乙?；?激活 NF-κB 而抑制生存素,進而抑制肝癌發生\\(Min 等. 2012\\) 。SIRT6 還可調控癌細胞的需氧糖酵解以及抑制 MYC 轉錄活性,進而抑制腫瘤\\(Sebastian 等. 2012\\) 。
例外的是: 前列腺癌細胞中,SIRT6 水平反而升高; 敲低 SIRT6 能促進細胞周期 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化療的敏感性\\(Liu 等. 2013\\) ?？梢?SIRT6在不同腫瘤中的表現不完全相同,這可能是由SIRT6 的組織特異性所決定,不過它對于腫瘤的調控作用都至關重要。
除腫瘤外,SIRT6 還參與其他疾病的調控。
SIRT6 缺陷小鼠常表現心肌肥大和心力衰竭癥狀,已知 IGF-Akt 信號的異常激活與多種疾病包括心力衰竭的發生發展有關。Cunningham 等發現,SIRT6通過與 c-Jun 相互作用,可與 IGF 相關基因的啟動子結合,促進 H3K9 去乙?；?抑制 IGF 信號通路相關基因的表達,最終抑制心肌肥大。在新生的大鼠心肌細胞中過表達煙酰胺單核苷酸腺苷轉移酶 2\\(nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase 2,Nmnat2\\) ,能通過維持細胞內 NAD 的水平而激活SIRT6\\(Cai 等. 2012\\) ,SIRT6 或可通過抑制 NF-kB,進而抑制血管緊張素 II \\(angiotensin II ,Ang II\\) 誘發的心肌肥大 \\(Yu 等. 2013\\) 。此外,SIRT6 還可通過調控糖代謝及脂肪代謝而抑制脂肪肝,敲除神經系統的 SIRT6 則能夠引起小鼠過度肥胖\\(Schwer等. 2010\\) 。
三、結語與展望
綜上所述,我們可以看到,SIRT6 通過其去?；富钚院秃颂腔D移酶活性參與多條信號通路的調控,進而抑制細胞衰老、腫瘤形成以及脂肪肝等代謝疾病,在一定程度上有可能起著延長健康壽命的作用\\(圖 2\\) 。
隨著研究不斷深入,SIRT6 的重要性越來越顯現,逐漸成為 sirtuin 家族中除 SIRT1 以外又一研究熱點\\(圖 3\\) 。
關于 SIRT6,有許多問題待解決。首先,SIRT6雖然參與細胞眾多生命過程調控,并與多種疾病有關,但具體機制不清; 其次,基于其功能的重要性,SIRT6 本身的調控尤顯重要。目前關于它本身的調控研究很少,將是未來研究的一大重點; 最后,SIRT6作為藥物靶點,用于治療相關疾病。目前已有實驗室著手相關研究,如 Moaddel 實驗室已發現槲皮黃酮和牡荊鹼都可作為 SIRT6 的抑制劑,并找到了槲皮黃酮在 SIRT6 上結合位點的藥效團模型,不過這些只是開始,后續研究尚待進行。
