“長壽基因”SIRT6維持人干細胞活力的新機制

　　最近《細胞研究》發表一篇來自北京多家單位關于干細胞的一篇研究，其中涉及到抗氧化的研究引起我的關注。閱讀后總體感覺不錯，但仍然覺得不夠全面，因此提出以下一些問題，作為學術探討。因為對干細胞的研究屬于外行，或有不當。

　　既然氧化損傷是導致干細胞早衰的重要因素，那么或許可以采用理想的抗氧化物質，例如NAC、氫氣作為干預手段。不過從這個研究中發現，如果將SIRT6去除，細胞內活性氧水平增加，認為這是抗氧化能力降低導致的結果，有一個比較奇怪的推測，因為細胞氧化水平提高是激活抗氧化系統的重要信號，這似乎有矛盾。

　　即使內源性抗氧化NrF2是活性是這種抗氧化作用的基礎，那么應該采用激活該系統的藥物如蘿卜硫素作為陽性對照，而且從實際應用角度，如果該系統比較關鍵，利用基因手段只能下下策，作為研究手段是沒有問題的。另外作為抗氧化系統，HO-1并不是唯一抗氧化作用的分子，而且這個分子也不是理想的效應分子，更多更常用的目標基因為什么不進行驗證。

　　1月15日，中國科學院生物物理研究所劉光慧實驗室與北京大學湯富酬實驗室及中科院動物研究所曲靜實驗室合作，在Cell Research 雜志發表了題為SIRT6 safeguards human mesenchymal stem cells from oxidative stress by coactivating NRF2 的研究論文。該研究首次揭示了SIRT6協同轉錄因子NRF2，共同激活抗氧化基因的表達，參與人類干細胞穩態維持的新機制，為衰老和衰老相關疾病的研究和干預提供了新的潛在靶點和思路。

　　SIRT6為Sirtuin家族蛋白的成員，是酵母Sir2蛋白在哺乳動物中的同源基因。早在1999年，研究者發現Sir2基因具有延長釀酒酵母壽命的作用，因此又被稱為“長壽基因”。在哺乳動物中，SIRT6參與了衰老的調節以及壽命的調控。過量表達SIRT6能夠延長雄性小鼠的壽命，而敲除SIRT6則會使小鼠表現出早衰的癥狀，且壽命縮短至只有約1個月。SIRT6缺失影響了DNA損傷修復和端粒穩定性，致使小鼠出現細胞和機體的穩態失衡及早衰。然而，由于缺乏有效的人類衰老研究體系，SIRT6能否調節及如何調節人類的組織細胞衰老尚不明確。

　　SIRT6缺失的小鼠表現出的骨質疏松和脊柱彎曲等異常提示了SIRT6在中胚層組織穩態維持中扮演著重要角色。干細胞的衰老或衰竭是機體衰老的重要特征。間充質干細胞存在于骨髓、脂肪、骨骼、肌肉、胰腺以及牙周等組織中，在中胚層組織的再生中發揮重要作用。間充質干細胞隨年齡增長而出現的數目減少或功能紊亂被認為是骨質疏松、肌肉萎縮、血管退行、脂肪代謝紊亂等衰老性疾病的重要原因。因此，該研究旨在探索SIRT6在人類間充質干細胞衰老及穩態維持中的作用及機制。

　　在該項研究中，研究人員利用TALEN介導的基因編輯技術產生了SIRT6純合性敲除的人間充質干細胞。SIRT6缺失的人間充質干細胞表現出加速衰老的特征，說明SIRT6是該細胞中抑制衰老的重要組分。但與小鼠不同的是，SIRT6在人間充質干細胞中的缺失并沒有導致細胞核內遺傳物質的損傷和基因組不穩定性。研究團隊通過對可能影響細胞活力的小分子化合物庫進行篩選，發現SIRT6敲除后的間充質干細胞對于氧化應激誘導的凋亡更為敏感。進一步研究發現SIRT6缺失顯著降低人間充質干細胞的抗氧化能力，并引起胞內活性氧和DNA氧化產物的聚集。

　　RNA測序結果顯示，受轉錄因子NRF2調控的一系列抗氧化基因在SIRT6缺失的間充質干細胞中均發生了不同程度的轉錄抑制。其中血紅素加氧酶（HO-1）的轉錄沉默是人間充質干細胞抗氧化能力減弱和加速衰老的重要因素。該研究進一步揭示了SIRT6在人間充質干細胞中作為NRF2的輔助激活因子發揮作用。一方面，SIRT6在HO-1基因啟動子區作為腳手架蛋白（Scaffold protein）幫助NRF2招募基礎轉錄機器。另一方面，SIRT6催化H3K56去乙酰化，這在染色質水平使得NRF2轉錄復合物更加穩固。SIRT6與NRF2協同作用確保了人間充質干細胞中的抗氧化基因得以正常表達，并可據此有效對抗衰老過程所伴隨的氧化應激。

　　該項研究為人類SIRT6的生物學功能研究提供了新視角。之前小鼠的研究顯示SIRT6主要作為H3K9的去乙酰化酶而行使轉錄抑制作用。而該研究首次揭示在人間充質干細胞中，H3K9并非內源性SIRT6的有效底物，相反，SIRT6通過其特異的H3K56去乙酰化酶活性發揮對NRF2靶基因的轉錄激活作用。此外，該項研究首次揭示了SIRT6具有“抗氧化”的生物學活性，這對于深入理解SIRT6對衰老和壽命的調控及探索衰老相關疾病的干預具有重要意義。

　　該工作由中科院生物物理所、北京大學、中科院動物所以及杭州師范大學等科研機構合作完成。生物物理所研究員劉光慧、北京大學研究員湯富酬及動物所研究員曲靜為該論文的共同通訊作者。生物物理所博士研究生潘慧澤、博士后管娣和北京大學博士研究生劉曉萌為該文的并列第一作者。研究受到科技部“973”計劃、“863”計劃、國家自然科學基金、中科院干細胞與再生醫學戰略先導專項以及中國博士后科學基金等資助。