SIRT6過表達(dá)小鼠在深入解析蒽環(huán)類藥物的心臟毒性研究中的應(yīng)用

蒽環(huán)類藥物被廣泛用于各種實(shí)體瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤的治療，包括多柔比星（Dox，又稱阿霉素）、伊達(dá)比星等。然而，盡管這類藥物在癌癥治療中具有良好的療效，但藥物會(huì)帶來心臟毒性，導(dǎo)致心律失常、心室功能障礙和心力衰竭等并發(fā)癥，從而嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。因此，如何在不影響腫瘤治療效果的前提下設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)寞煼▉韺�抗多柔比星誘導(dǎo)的心臟毒性，成了擺在研究人員面前的一道難題。

一些研究表明，熱量限制（CR）不僅能有效抗癌，還能顯著改善化療引起的毒性。不過，這種方法在臨床上的應(yīng)用仍然有限，因?yàn)榇蠖鄶?shù)患者很難堅(jiān)持長期節(jié)食。目前的證據(jù)表明，組蛋白去乙�；�酶SIRT6可以模擬熱量限制對壽命延長的影響，并改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)。SIRT6是許多癌癥中的抑癌基因，可以催化組蛋白H3K9、H3K18和H3K56去乙�；�，在細(xì)胞代謝、DNA損傷修復(fù)、炎癥反應(yīng)等多個(gè)生理進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

近日，清華大學(xué)藥學(xué)院王釗教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，去乙�；�酶SIRT6可作為一種有效的治療靶點(diǎn)，在減輕蒽環(huán)類藥物心臟毒性的同時(shí)增強(qiáng)其抗腫瘤活性。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Acta Pharmaceutica Sinica B》雜志上，突出了SIRT6在線粒體穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用，為緩解蒽環(huán)類藥物的心臟毒性提供了一種可行且有前景的臨床干預(yù)策略。
 

圖片來源：《Acta Pharmaceutica Sinica B》
（https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.03.019）

研究材料與方法
研究人員在本研究中使用了SIRT6過表達(dá)小鼠（由賽業(yè)生物提供），并在此小鼠的基礎(chǔ)上通過注射多柔比星建立了慢性和急性的小鼠心臟毒性模型。此外，作者還通過移植小鼠肺癌細(xì)胞（LLC）構(gòu)建了小鼠荷瘤模型。體外研究主要在小鼠心肌細(xì)胞、Lewis肺癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞等細(xì)胞系上開展。在分析線粒體穩(wěn)態(tài)時(shí)，研究人員測定了細(xì)胞的耗氧率（OCR）、胞外酸化率（ECAR）和ATP生成速率。

技術(shù)路線
01通過分析乳腺癌患者的血液樣本，發(fā)現(xiàn)SIRT6表達(dá)在蒽環(huán)類藥物化療后下降
02在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中評估SIRT6過表達(dá)是否可改善Dox誘導(dǎo)的心臟毒性
03在荷瘤小鼠模型上評估SIRT6過表達(dá)是否可增強(qiáng)Dox的抗腫瘤效果
04從機(jī)制上分析SIRT6過表達(dá)如何對心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生不同影響
05評估鞣花酸（SIRT6激動(dòng)劑）是否可減輕Dox誘導(dǎo)的心臟毒性

研究結(jié)果
1.癌癥患者化療后SIRT6表達(dá)下降
在此次研究中，研究人員選取了10位乳腺癌患者，在化療前采集血液樣本，并在4個(gè)周期的蒽環(huán)類藥物治療后再次采集樣本，用于檢測患者血漿中SIRT6的表達(dá)水平和乳酸濃度變化。在經(jīng)過4個(gè)周期的化療后，患者血漿中的SIRT6水平較治療前明顯下降，這表明化療抑制了SIRT6的表達(dá)。同時(shí)，治療后患者血漿中的乳酸濃度明顯高于治療前，證實(shí)了糖酵解的增加與化療有關(guān)。這些結(jié)果表明，SIRT6的減少和糖酵解的增加與蒽環(huán)類藥物誘導(dǎo)的毒性有關(guān)。

2.SIRT6過表達(dá)可改善Dox誘導(dǎo)的心臟毒性
那么，SIRT6過表達(dá)是否能改善Dox誘導(dǎo)的心臟毒性？研究人員從由賽業(yè)生物提供的SIRT6過表達(dá)小鼠（TG）和野生型小鼠（WT）中分離出原代心肌細(xì)胞，并用不同濃度的Dox處理細(xì)胞。在接受處理后，TG心肌細(xì)胞的存活率明顯高于WT心肌細(xì)胞。之后，作者通過慢病毒載體構(gòu)建了多個(gè)過表達(dá)SIRT6的細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)SIRT6過表達(dá)可以降低Dox對心肌細(xì)胞的毒性，同時(shí)增強(qiáng)Dox對腫瘤細(xì)胞的毒性。

為探究SIRT6過表達(dá)能否在體內(nèi)改善Dox誘導(dǎo)的心臟毒性，研究人員以SIRT6過表達(dá)小鼠為研究對象，建立了慢性（5周低劑量治療）和急性（2周高劑量治療）的Dox誘導(dǎo)心臟毒性小鼠模型（圖1）。

在慢性心臟毒性模型中，野生型小鼠在接受Dox治療后出現(xiàn)了心臟功能障礙，而過表達(dá)小鼠的心臟功能障礙并不明顯，表明SIRT6的過表達(dá)可改善Dox誘導(dǎo)的心臟功能障礙（圖1）。此外，SIRT6過表達(dá)可顯著緩解Dox誘導(dǎo)的心力衰竭癥狀，并減少Dox誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡和心臟纖維化。在急性心臟毒性模型中，SIRT6過表達(dá)可以顯著延長Dox治療小鼠的生存期。這些結(jié)果與體外數(shù)據(jù)一致，表明SIRT6可能是治療Dox誘導(dǎo)的心臟毒性的有效靶點(diǎn)。
 

圖1 SIRT6過表達(dá)改善了Dox誘導(dǎo)的小鼠心臟毒性^[1]

3.SIRT6過表達(dá)可增強(qiáng)Dox的抗腫瘤效果
為了確定SIRT6過表達(dá)是否能增強(qiáng)Dox在小鼠體內(nèi)的抗腫瘤效果，研究人員通過注射LLC細(xì)胞制備出荷瘤小鼠，并用Dox或生理鹽水處理兩周。與生理鹽水相比，Dox處理可抑制腫瘤生長。值得注意的是，SIRT6過表達(dá)可顯著增強(qiáng)Dox介導(dǎo)的腫瘤消退。Ki67免疫熒光染色和TUNEL染色的結(jié)果顯示SIRT6過表達(dá)可以顯著增強(qiáng)Dox介導(dǎo)的抗增殖和促凋亡活性，表明SIRT6過表達(dá)可顯著增強(qiáng)Dox的抗腫瘤效果。這些結(jié)果證實(shí)，SIRT6過表達(dá)可以作為Dox治療過程中的一種輔助策略。

4.SIRT6過表達(dá)可增強(qiáng)線粒體呼吸并抑制糖酵解
之后，研究人員深入探索了Dox誘導(dǎo)心臟毒性的分子機(jī)制。對原代心肌細(xì)胞的RNA測序結(jié)果顯示Dox處理后差異表達(dá)的基因高度集中于代謝通路，表明Dox誘導(dǎo)的代謝變化可能是造成心臟毒性的原因。通過線粒體呼吸和糖酵解分析，作者發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的線粒體呼吸均因Dox處理而顯著降低，同時(shí)糖酵解均顯著增加，這表明細(xì)胞的代謝模式從線粒體呼吸向糖酵解轉(zhuǎn)變。此外，透射電鏡觀察結(jié)果表明Dox破壞了線粒體結(jié)構(gòu)以及線粒體DNA的完整性。

那么，SIRT6過表達(dá)是否可逆轉(zhuǎn)Dox誘導(dǎo)的糖酵解轉(zhuǎn)變？研究人員發(fā)現(xiàn)，在過表達(dá)SIRT6的心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中，Dox誘導(dǎo)的呼吸能力降低被顯著逆轉(zhuǎn)，而糖酵解也被抑制，表明SIRT6過表達(dá)介導(dǎo)了從糖酵解到線粒體呼吸的轉(zhuǎn)變。那么問題來了，既然SIRT6對心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的代謝調(diào)控作用相同，為什么兩種細(xì)胞在過表達(dá)SIRT6后對Dox的敏感性出現(xiàn)差異？

事實(shí)上，腫瘤細(xì)胞和心肌細(xì)胞的代謝模式不同。大多數(shù)腫瘤細(xì)胞依賴糖酵解產(chǎn)生ATP，這被稱為Warburg效應(yīng)；心肌細(xì)胞則以線粒體呼吸作為主要的能量來源。研究人員通過一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在Dox處理過程中，SIRT6介導(dǎo)的從糖酵解到線粒體呼吸的代謝重塑更適合心肌細(xì)胞的存活，而不是腫瘤細(xì)胞的存活（圖2）。
 

圖2 SIRT6過表達(dá)差異調(diào)節(jié)了心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的ATP生成^[1]

通過RNA測序分析，作者發(fā)現(xiàn)SIRT6抑制了Sgk1的轉(zhuǎn)錄，此基因編碼了血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶1。后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)，SIRT6通過調(diào)控Sgk1啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白乙�；�而直接抑制了Sgk1的表達(dá)，從而影響了線粒體的生物合成和線粒體自噬。

5.鞣花酸可減輕Dox誘導(dǎo)的心臟毒性
之前的研究證實(shí)，鞣花酸作為一種SIRT6激動(dòng)劑，可增加腫瘤細(xì)胞中的SIRT6表達(dá)。因此，研究人員分析了鞣花酸是否能緩解Dox誘導(dǎo)的心臟功能障礙，同時(shí)增強(qiáng)Dox的抗腫瘤效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鞣花酸處理增加了SIRT6的表達(dá)，激活了SIRT6的去乙�；�作用，同時(shí)降低了Dox誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)了Dox誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡。在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，鞣花酸在減輕Dox誘導(dǎo)的心臟毒性的同時(shí)，增強(qiáng)了Dox介導(dǎo)的腫瘤消退。

研究結(jié)論

圖3 SIRT6過表達(dá)對心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的不同影響^[1]

總的來說，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了SIRT6在線粒體穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用。SIRT6作為組蛋白H3K9的去乙�；�酶抑制糖酵解，增強(qiáng)線粒體呼吸，從而導(dǎo)致代謝重塑，這與心肌細(xì)胞的代謝模式相適應(yīng)（圖3）。考慮到SIRT6的激活可以緩解Dox誘導(dǎo)的心臟毒性，同時(shí)增強(qiáng)Dox的抗腫瘤效果，作者建議將SIRT6的靶向激活作為預(yù)防或治療蒽環(huán)類藥物引發(fā)的心臟毒性的一種可行策略。同時(shí)，這項(xiàng)研究也為鞣花酸作為化療患者的輔助療法提供了臨床前依據(jù)。

原文檢索：
[1]Peng, K., Zeng, C., Gao, Y., et al. Overexpressed SIRT6 ameliorates doxorubicin-induced cardiotoxicity and potentiates the therapeutic efficacy through metabolic remodeling. Acta Pharm. Sin. B. 2023 Jun;13(6): 2680-2700. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.03.019