SIRT7介导的PTEN去琥珀酰化通过激活PI3K/AKT通路驱动胃癌发生

《Journal of Biochemical and Molecular Toxicology》：SIRT7 Mediated-PTEN Desuccinylation Drives Gastric Tumorigenesis by Activating PI3K/AKT Pathway

　　

摘要专业翻译 SIRT7与癌症相关，但其在胃癌（GC）中的功能仍不清楚。PTEN在GC中抑制PI3K/AKT通路，其通过赖氨酸琥珀酰化的调控及其与SIRT7的相互作用尚属未知。研究人员利用TCGA、人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas）、临床样本及GC细胞系，通过qRT-PCR、免疫印迹和免疫组织化学分析了SIRT7的表达。研究人员使用shRNA沉默SIRT7，并通过增殖、迁移、侵袭及异种移植实验评估其功能效应。通过免疫共沉淀（co-immunoprecipitation）和共聚焦显微镜验证了SIRT7-PTEN相互作用，同时利用放线菌酮追踪实验和定点突变检测PTEN的稳定性。研究人员观察到GC中SIRT7表达升高，且与生存期缩短相关。抑制SIRT7显著削弱了肿瘤生长和转移。SIRT7与PTEN结合并在K322/K330位点将其去琥珀酰化，促进泛素介导的降解。PTEN的这种失稳导致PI3K/AKT信号通路激活。拯救实验证实，PTEN缺失可逆转SIRT7沉默的肿瘤抑制效应。因此，SIRT7通过位点特异性去琥珀酰化使PTEN失稳并随后激活PI3K/AKT轴，从而驱动胃癌发生。该研究揭示了琥珀酰化是PTEN的一种稳定化修饰，并确定SIRT7-PTEN轴是恢复GC中肿瘤抑制功能的潜在治疗靶点。

论文解读

一、研究背景与科学问题

胃癌（GC）是全球健康领域的重大负担，2022年全球新发病例约110万例，死亡约66万例，位居最常见癌症前五之列，且是癌症相关死亡的第四大原因。东亚地区，尤其是中国、日本和韩国，其发病率和死亡率均显著高于西方国家。尽管早期筛查和多模式治疗（包括内镜切除、围手术期化疗和免疫检查点抑制剂）取得了进展，许多患者确诊时已处于晚期，导致5年生存率持续偏低。因此，迫切需要阐明胃癌发生的分子机制并寻找新的治疗靶点。

近年来，翻译后修饰（PTMs）作为细胞信号网络的中心调控因子受到广泛关注。其中，赖氨酸酰化修饰——包括乙酰化、琥珀酰化、丙二酰化和戊二酰化——因将代谢状态与致癌信号联系起来而备受关注。赖氨酸琥珀酰化涉及将琥珀酰基（–COCH₂CH₂COOH）共价连接至赖氨酸残基的ε-氨基，引入大量负电荷，可深刻改变蛋白质构象、稳定性、酶活性和亚细胞定位。异常琥珀酰化谱与多种人类疾病（包括神经退行性疾病和癌症）相关，提示该修饰可能是肿瘤发生中的潜在调控节点。

SIRT7是去乙酰化酶家族（SIRT1-7）中最新发现的成员，主要定位于核仁，调控RNA聚合酶I转录、核糖体生物发生和DNA损伤修复。SIRT7在癌症中表现出双重功能：在肝细胞癌、肺癌和结直肠癌中作为癌基因促进细胞增殖并抑制凋亡，而在头颈部鳞状细胞癌和乳腺癌等某些背景下可能发挥肿瘤抑制作用。尽管有研究表明SIRT7在GC中上调，但其在GC中的表达模式和功能意义仍缺乏系统表征，尤其是其是否超越核功能而调控胞质信号通路仍基本未知。

PTEN（磷酸酶和张力蛋白同源物）是人类恶性肿瘤（包括GC）中最常失调的肿瘤抑制因子之一。作为脂质磷酸酶，PTEN主要通过抑制致癌的PI3K/AKT/mTOR通路发挥抗肿瘤作用。PTEN的功能失活可通过基因改变、表观遗传抑制或翻译后修饰发生，导致AKT持续激活并促进肿瘤发展。PTEN的稳定性和活性受多种翻译后修饰动态调控，包括乙酰化、泛素化、磷酸化和氧化修饰。然而，赖氨酸琥珀酰化在调控PTEN稳定性和功能中的作用刚刚开始被认识。基于上述背景，研究人员假设SIRT7可能通过调控关键肿瘤抑制因子的翻译后修饰，在GC中发挥致癌驱动作用。

二、研究内容与主要结论

本研究系统探讨了SIRT7在GC进展中的表达、功能作用及潜在机制，重点关注其对PTEN琥珀酰化和稳定性的调控。研究揭示了此前未被认识的SIRT7-PTEN信号轴，将去乙酰化酶介导的去琥珀酰化与PI3K/AKT通路激活联系起来，为胃癌发生提供了新的机制见解，并确定SIRT7是未来干预策略中一个有前景的治疗靶点。

三、主要关键技术方法

研究人员利用TCGA数据库、人类蛋白质图谱（HPA）数据库和Kaplan-Meier Plotter数据库进行生物信息学分析，并收集了上海中医药大学附属第七人民医院30例配对胃癌及癌旁组织样本。实验方法包括qRT-PCR、Western blot、免疫组织化学（IHC）、免疫共沉淀（Co-IP）、共聚焦免疫荧光、CCK-8增殖实验、克隆形成实验、划痕愈合实验、Transwell侵袭实验、放线菌酮（CHX）追踪实验、定点突变、GPSuc 2.0计算预测以及裸鼠异种移植模型。

四、研究结果

3.1 SIRT7在GC中表达增强

TCGA数据分析显示，肿瘤样本中SIRT7 mRNA水平显著高于非肿瘤样本。30例配对临床样本的qRT-PCR验证了这一结果。GC细胞系（MKN-45、MGC-803、MKN-28、NCI-N87）中SIRT7 mRNA表达均高于正常胃上皮细胞GES-1。HPA数据库IHC染色和Western blot证实肿瘤组织中SIRT7蛋白表达增强。SIRT7表达与远处转移（p<0.01）、晚期TNM分期（p=0.030）和淋巴结转移（p=0.011）显著相关。KM Plotter生存分析显示，SIRT7高表达与GC患者总生存期缩短显著相关。

3.2 SIRT7参与GC细胞的恶性进展

研究人员在MKN-45和MKN-28细胞中建立SIRT7敲低模型。CCK-8实验显示SIRT7沉默显著降低细胞活力；克隆形成实验显示集落形成能力受损；划痕愈合实验显示细胞迁移能力减弱；Transwell实验显示细胞侵袭能力显著降低。这些结果表明SIRT7对GC细胞的生长、运动和侵袭能力至关重要。

3.3 SIRT7沉默在体内抑制GC生长

在裸鼠异种移植模型中，接种稳定表达sh-SIRT7的MKN-45细胞后，肿瘤体积和重量均显著低于对照组。肿瘤生长差异在第一周内即显现并持续扩大，表明SIRT7不仅支持肿瘤起始阶段，还支持体内GC肿瘤的持续生长。

3.4 SIRT7去琥珀酰化PTEN影响蛋白质稳定性

PTEN在GC组织和细胞系中mRNA和蛋白水平均下调，且低PTEN表达与较差的总生存期相关。StarBase数据库分析显示GC组织中SIRT7与PTEN mRNA表达显著负相关，研究队列中也验证了蛋白水平的负相关。SIRT7沉默导致PTEN蛋白丰度增加和PTEN整体赖氨酸琥珀酰化水平升高。Co-IP实验证实SIRT7与PTEN在MKN-45细胞中物理相互作用，共聚焦成像显示二者在胞质中共定位。过表达野生型SIRT7显著降低外源PTEN的琥珀酰化水平，而催化失活突变体SIRT7-H187Y无此效应；FK866（NAMPT抑制剂，耗竭细胞内NAD⁺）完全消除SIRT7-WT降低PTEN琥珀酰化的能力，NMN（NAD⁺直接前体）补充则显著增强SIRT7-WT的去琥珀酰化酶活性，证实SIRT7以NAD⁺依赖性方式直接催化PTEN去琥珀酰化。CHX追踪实验显示SIRT7缺失延长PTEN半衰期。GPSuc 2.0预测PTEN上五个潜在琥珀酰化位点：K6、K266、K322、K330和K342。定点突变显示K322或K330单独突变显著降低PTEN琥珀酰化和稳态表达，双突变体（K322R/K330R）表现出最显著的琥珀酰化抑制。K322R、K330R和K322/330R突变显著加速PTEN降解速率并缩短半衰期，双突变体泛素化水平显著高于野生型PTEN，表明K322和K330位点的琥珀酰化保护PTEN免受泛素介导的降解。

3.5 PTEN缺失抵消SIRT7敲低诱导的GC细胞增殖和运动抑制

研究人员在MKN-45和MKN-28细胞中建立PTEN敲低模型。SIRT7沉默显著损害细胞活力，但共转染sh-PTEN #2显著恢复增殖能力。克隆形成实验中，SIRT7缺失显著减少集落数量和大小，PTEN敲低有效逆转此表型。Transwell实验显示SIRT7沉默显著减弱迁移和侵袭能力，PTEN共敲低基本恢复这些侵袭行为。这些拯救实验表明PTEN是SIRT7致癌功能的关键下游效应分子。

3.6 SIRT7调控PTEN及其下游PI3K/AKT信号通路

TCGA STAD队列分析显示，PTEN高表达患者PI3K/AKT通路活性显著低于PTEN低表达患者。Western blot分析显示，SIRT7沉默不仅上调PTEN蛋白表达，还同时降低PI3K亚基p85α和p110α水平，并显著减少磷酸化AKT（p-AKT），表明AKT激活减弱。这些结果证明SIRT7正向调控GC细胞中的PI3K/AKT信号级联，且该调控通过PTEN积累介导。

五、讨论总结与研究结论

讨论部分指出，SIRT7是去乙酰化酶家族中了解最少的成员，最初因其核仁定位和通过靶向去乙酰化组蛋白H3第18位赖氨酸（H3K18Ac）参与核糖体生物发生而被认识。近年来，SIRT7在多种癌症中的关键作用日益明确：在乳腺癌中SIRT7缺失通过诱导LAP2α引发染色体不稳定；在非小细胞肺癌中SIRT7通过促进ARF肿瘤抑制因子降解发挥促肿瘤作用；在骨肉瘤中SIRT7高表达驱动侵袭性细胞行为。本研究系统证实SIRT7在GC中持续过表达，与晚期疾病和较短生存期相关，功能研究显示SIRT7缺失显著损害GC细胞增殖、迁移和侵袭能力，并在体内减少肿瘤负担。

赖氨酸琥珀酰化是动态可逆的翻译后修饰，SIRT7作为赖氨酸去琥珀酰化酶在多种癌症中发挥关键调控作用。本研究揭示了一个此前未识别的机制：SIRT7直接结合PTEN并催化其去琥珀酰化，导致泛素介导的降解增强和肿瘤抑制功能丧失。K322和K330被鉴定为PTEN上的关键琥珀酰化位点，这些位点的突变赋予PTEN对降解的抗性并增强泛素化，证实K322/K330位点的琥珀酰化赋予PTEN对泛素介导降解的抵抗能力。这一发现与泛素化作为GC中关键调控开关的日益增多的证据一致。

PTEN是GC和其他恶性肿瘤中经常下调的肿瘤抑制因子。拯救实验证实PTEN是SIRT7驱动的致癌网络中的主要下游效应分子。SIRT7通过位点特异性去琥珀酰化使PTEN失稳，进而激活PI3K/AKT信号通路，驱动胃癌发生。该研究将琥珀酰化确立为PTEN的保护性修饰，并将SIRT7-PTEN轴定位为GC中关键的调控枢纽和潜在治疗靶点。

六、研究结论

本研究将SIRT7确定为GC的关键驱动因子，通过K322和K330位点的赖氨酸去琥珀酰化促进PTEN降解。SIRT7在GC中频繁过表达，对肿瘤生长和侵袭至关重要。其通过结合PTEN并去除稳定性的琥珀酰修饰发挥致癌效应，导致PTEN失稳、PI3K/AKT信号激活和恶性程度增强。拯救实验证实PTEN是核心下游效应分子。研究结果揭示琥珀酰化是PTEN的保护性机制，并将SIRT7-PTEN轴定位为胃癌中的关键调控枢纽和潜在治疗靶点。