2023年3月31日，清華大學(xué)藥學(xué)院王釗教授課題組以“Overexpressed SIRT6 ameliorates doxorubicin-induced cardiotoxicity and potentiates the therapeutic efficacy through metabolic remodeling”為題在藥學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Acta Pharmaceutica Sinica B發(fā)表研究論文。該論文報(bào)道了去乙酰化酶SIRT6可作為一種有效的治療靶點(diǎn)，在減輕蒽環(huán)類(lèi)藥物心臟毒性的同時(shí)增強(qiáng)其抗腫瘤活性；機(jī)制上，該研究發(fā)現(xiàn)SIRT6通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞代謝模式轉(zhuǎn)變，即增強(qiáng)線粒體呼吸、降低糖酵解活性，從而在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞“生存還是滅亡”的命運(yùn)決定中具有截然不同的作用；進(jìn)一步，該研究發(fā)現(xiàn)SIRT6通過(guò)去乙酰化抑制下游基因Sgk1從而改善線粒體功能的分子機(jī)制。該研究為緩解蒽環(huán)類(lèi)抗腫瘤藥物的心臟毒性提供了一種可行的臨床干預(yù)策略，并為腫瘤的臨床治療提供一種更為安全的新思路。

研究背景

隨著藥學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，腫瘤患者的生存期逐漸延長(zhǎng)，但藥物副作用引起的并發(fā)癥導(dǎo)致患者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降。其中，心血管疾病是腫瘤治療過(guò)程中最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，多由蒽環(huán)類(lèi)藥物（anthracyclines）等常規(guī)治療手段引起。目前臨床治療中常見(jiàn)的蒽環(huán)類(lèi)藥物包括多柔比星（doxorubicin）、伊達(dá)比星（idarubicin）、表柔比星（epirubicin）等，其對(duì)多種實(shí)體瘤和血液腫瘤均有較好的療效。然而，蒽環(huán)類(lèi)藥物也具有較為嚴(yán)重的心臟毒性，這給臨床治療工作帶來(lái)很大的困難，有時(shí)甚至因?yàn)樾难芨弊饔玫某霈F(xiàn)而不得不停藥，因而延誤腫瘤患者的治療。因此，如何在有效降低蒽環(huán)類(lèi)藥物毒副作用的同時(shí)不影響其抗癌活性，是目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

SIRT6（Sirtuin 6）是一種NAD+依賴(lài)的去乙酰化酶，其被證實(shí)可對(duì)組蛋白H3K9、H3K18和H3K56進(jìn)行去乙酰化修飾，進(jìn)而在細(xì)胞代謝、DNA損傷修復(fù)、炎癥反應(yīng)以及腫瘤發(fā)生發(fā)展等多個(gè)生理進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。本研究以多柔比星作為蒽環(huán)類(lèi)藥物的代表，探究SIRT6對(duì)多柔比星心臟毒性和抗腫瘤活性的影響，并嘗試闡明SIRT6發(fā)揮作用的分子機(jī)制，為SIRT6作為臨床治療中的新型藥物靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

主要研究結(jié)果

1. 基于蒽環(huán)類(lèi)藥物的化療方案降低患者血漿中SIRT6表達(dá)量

蒽環(huán)類(lèi)藥物是多種實(shí)體瘤和血液腫瘤的常規(guī)治療藥物之一。本研究中，選取了入院前未經(jīng)任何放化療的10位乳腺癌患者，在入院時(shí)采集第一次血樣，并在經(jīng)過(guò)4個(gè)周期基于蒽環(huán)類(lèi)藥物的化療方案治療后再次采集血樣。結(jié)果顯示，這些患者經(jīng)過(guò)治療后血漿中SIRT6的表達(dá)量顯著低于未治療時(shí)血漿中SIRT6的表達(dá)量。該結(jié)果證實(shí)了蒽環(huán)類(lèi)藥物應(yīng)用與SIRT6表達(dá)水平之間具有相關(guān)性，提示我們?cè)摪悬c(diǎn)在臨床治療中的潛在價(jià)值。

圖1   基于蒽環(huán)類(lèi)藥物的化療方案降低患者血漿中SIRT6表達(dá)量

2. SIRT6過(guò)表達(dá)的心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞呈現(xiàn)多柔比星敏感性差異

為了明確SIRT6這一靶點(diǎn)在蒽環(huán)類(lèi)藥物多柔比星所介導(dǎo)的心臟毒性和抗腫瘤活性中的作用，通過(guò)慢病毒載體構(gòu)建多種SIRT6過(guò)表達(dá)細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著降低多柔比星對(duì)心肌細(xì)胞的毒性，并增強(qiáng)多柔比星對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性。同時(shí)，通過(guò)提取SIRT6過(guò)表達(dá)小鼠及其同窩野生型小鼠的原代心肌細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞，進(jìn)一步證實(shí)了SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著降低多柔比星對(duì)心肌細(xì)胞的毒性。

圖2   SIRT6過(guò)表達(dá)降低多柔比星的心肌細(xì)胞毒性并加劇其腫瘤細(xì)胞毒性

3. SIRT6過(guò)表達(dá)緩解多柔比星所致心臟毒性

為了明確SIRT6在多柔比星心臟毒性中的作用，以SIRT6過(guò)表達(dá)小鼠模型為研究對(duì)象，首先使用小劑量、連續(xù)5周給藥的方法，模擬臨床治療中多柔比星引起的常規(guī)心臟毒性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著緩解多柔比星引起的左室功能障礙和心力衰竭等癥狀，并可有效降低多柔比星引起的心肌纖維化和心肌細(xì)胞凋亡，這些數(shù)據(jù)表明SIRT6過(guò)表達(dá)可有效緩解多柔比星引起的多種心臟毒性癥狀。

接著使用大劑量、連續(xù)2周給藥的方法，模擬臨床治療中多柔比星引起的急性心臟毒性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著延長(zhǎng)多柔比星治療小鼠的生存期，進(jìn)一步證實(shí)了SIRT6過(guò)表達(dá)是緩解多柔比星的心臟毒性的一個(gè)有效策略。

圖3   SIRT6過(guò)表達(dá)緩解多柔比星所致心臟毒性

4. SIRT6過(guò)表達(dá)增強(qiáng)多柔比星的抗腫瘤活性

為了明確SIRT6在多柔比星抗腫瘤活性中的作用，以腫瘤移植小鼠模型為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著增強(qiáng)多柔比星對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用，同時(shí)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡。上述結(jié)果表明SIRT6過(guò)表達(dá)可顯著增強(qiáng)多柔比星的抗腫瘤活性，證實(shí)了其作為一種新型化療輔助策略的有效性。

圖4   SIRT6過(guò)表達(dá)增強(qiáng)多柔比星的抗腫瘤活性

5. SIRT6差異性調(diào)控心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中ATP生成

為了探究SIRT6為何在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)決定中發(fā)揮不同作用，首先，我們發(fā)現(xiàn)SIRT6過(guò)表達(dá)可逆轉(zhuǎn)多柔比星引起的細(xì)胞代謝模式異常：多柔比星通過(guò)抑制心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的線粒體呼吸作用，導(dǎo)致細(xì)胞的代謝模式從線粒體呼吸向糖酵解轉(zhuǎn)變；而SIRT6過(guò)表達(dá)則逆轉(zhuǎn)了這一代謝模式，即抑制心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的糖酵解水平、提高線粒體呼吸活性。

隨之而來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，既然SIRT6在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中具有相同的代謝調(diào)控作用，為什么SIRT6過(guò)表達(dá)在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中表現(xiàn)出多柔比星的敏感性差異？事實(shí)上，心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞本身的代謝模式差異可能是主要原因。著名的瓦博格效應(yīng)（Warburg effect）論述了腫瘤細(xì)胞即使在氧氣充足的情況下也極度依賴(lài)糖酵解進(jìn)行供能，而正常細(xì)胞則優(yōu)先選擇產(chǎn)能效率較高的線粒體呼吸途徑獲得能量。本研究在證實(shí)了這一現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)SIRT6過(guò)表達(dá)抑制糖酵解并促進(jìn)線粒體呼吸，同時(shí)在對(duì)心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞內(nèi)的ATP生成中具有截然不同的作用：在更依賴(lài)于線粒體呼吸進(jìn)行供能的心肌細(xì)胞中，SIRT6過(guò)表達(dá)通過(guò)提高線粒體呼吸活性有效逆轉(zhuǎn)了多柔比星對(duì)ATP生成的抑制，改善心肌細(xì)胞的能量供應(yīng)，促進(jìn)其“度過(guò)”多柔比星帶來(lái)的應(yīng)激狀態(tài)；而在更依賴(lài)糖酵解進(jìn)行供能的腫瘤細(xì)胞中，SIRT6過(guò)表達(dá)則通過(guò)抑制糖酵解顯著抑制了ATP生成，與多柔比星產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，加劇了腫瘤細(xì)胞的能量缺乏狀態(tài)。這一現(xiàn)象較好的解釋了為何SIRT6過(guò)表達(dá)在降低多柔比星對(duì)心肌細(xì)胞的細(xì)胞毒性的同時(shí)，增加了對(duì)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性。、

圖5   SIRT6過(guò)表達(dá)通過(guò)增強(qiáng)線粒體呼吸和抑制糖酵解差異調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中ATP生成

6. SIRT6通過(guò)去乙酰化抑制Sgk1維持線粒體穩(wěn)態(tài)

上述結(jié)果證實(shí)了SIRT6對(duì)糖酵解和線粒體呼吸的調(diào)控作用，目前已有研究闡釋了SIRT6抑制糖酵解的機(jī)制，但SIRT6提高線粒體呼吸活性的機(jī)制尚未闡明。因此，本研究通過(guò)組學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)并論證了SIRT6可通過(guò)直接調(diào)控Sgk1啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白乙酰化水平抑制Sgk1的表達(dá)，并以依賴(lài)于Sgk1的方式調(diào)控線粒體生物合成和線粒體自噬，從而維持線粒體穩(wěn)態(tài)。該發(fā)現(xiàn)解釋了SIRT6為什么能逆轉(zhuǎn)多柔比星對(duì)線粒體呼吸水平的抑制。

圖6   SIRT6通過(guò)去乙酰化抑制SGK1調(diào)控線粒體穩(wěn)態(tài)

研究結(jié)論

綜上所述，本研究證實(shí)了去乙酰化酶SIRT6可作為一種較為理想的藥物靶點(diǎn)，在緩解多柔比星心臟毒性的同時(shí)增強(qiáng)其抗腫瘤活性，為蒽環(huán)類(lèi)藥物引發(fā)心臟毒性的臨床干預(yù)提供一種新的可行性策略，并為未來(lái)的腫瘤治療提供一種更為安全的新思路。

圖7   SIRT6誘導(dǎo)的代謝模式對(duì)心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)決定具有截然不同的作用

同時(shí)，本研究對(duì)SIRT6在細(xì)胞能量代謝中的作用進(jìn)行了深入探索，發(fā)現(xiàn)SIRT6在抑制糖酵解的同時(shí)，通過(guò)去乙酰化抑制Sgk1維持線粒體穩(wěn)態(tài)，從而誘導(dǎo)了細(xì)胞發(fā)生從糖酵解到線粒體呼吸的代謝模式轉(zhuǎn)變，最終在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)決定中發(fā)揮截然不同的作用。以上分子機(jī)制的闡明有助于進(jìn)一步理解SIRT6在細(xì)胞能量代謝中的重要作用，并為SIRT6作為一種新型藥物靶點(diǎn)應(yīng)用于腫瘤臨床治療奠定了理論基礎(chǔ)。

清華大學(xué)藥學(xué)院王釗教授為本文通訊作者，課題組2022屆博士畢業(yè)生彭柯崢為本文第一作者，課題組成員高鈺琪、曾晨葉、李麗媛、徐康、尹月淼為本課題提供了重要幫助。本課題也得到了清華大學(xué)第一附屬醫(yī)院張明奎院長(zhǎng)、國(guó)家癌癥中心/中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院馬飛教授和劉斌亮博士、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院裘瑩副教授的大力協(xié)助。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、清華精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)基金、清華春風(fēng)基金的資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383523001090