基于SIRT3的线粒体生物学效应：黄酮类化合物千层纸素调控肿瘤细胞能量代谢的抗肿瘤机制研究

The altered metabolism of tumors has been considered as a target for anticancer therapy. SIRT3 is a mitochondrial deacetylase, which tightly regulates the cellular metabolic processes such as glycolysis, TCA and the respiratory chain as well as the mitochondrial function via deacetylating the mitochondrial enzymes. Oroxylin A is a natural flavonoid with strong anti-tumor activity both in vitro and in vivo, which can modulate the mitochondrial functions and induce apoptosis in cancer cells. Based on the mitochondrial biological effects mediated by SITR3, we study how oroxylin A regulates energy metabolism through SIRT3 in cancer cells. This project mainly focuses on the anticancer mechanism of oroxylin A by modulating glycolysis concerning SIRT3, HIF-1α，p53 and HK-II, resulting in the growth inhibition or apoptosis induction of cancer cells ultimately. Besides, we would explore the influences of oroxylin A on the mitochondrial respiratory chain and TAC by regulating SIRT3 in cancer, aiming to find the possible effectors or targets for further studies.

靶向的抑制促进肿瘤细胞生长的能量代谢反应是当前科学家热点研究的癌症治疗策略之一。SIRT3是一种定位于线粒体的脱乙酰酶，通过作用于线粒体中的能量代谢相关酶，严格调控着细胞的糖酵解、TCA和呼吸链等代谢过程以及线粒体功能。千层纸素是一种在体内外均具有较强抗肿瘤活性的天然黄酮类化合物，其抗肿瘤作用与线粒体功能调节、凋亡诱导相关。基于SITR3对线粒体的生物学效应，探讨千层纸素通过如何作用SIRT3而影响肿瘤细胞的能量代谢。本课题重点围绕SIRT3、HIF-1α、p53和HKⅡ，研究千层纸素影响糖酵解发挥其抑制肿瘤生长或诱导凋亡的作用；同时，探索性研究千层纸素通过SIRT3对肿瘤细胞的线粒体呼吸链、TAC的影响，寻找到可能的有效的作用靶点，为日后的深入研究奠定基础。

靶向性抑制促肿瘤细胞生长的能量代谢，是当前科学家热点研究的癌症治疗策略之一。沉默信息调节因子样蛋白亚型3（sirtuin 3，SIRT3) 是一种定位于线粒体的脱乙酰酶，通过作用于线粒体中的能量代谢相关酶，严格调控着细胞的糖酵解、三羧酸循环和呼吸链等代谢过程以及线粒体功能。千层纸素是中药黄芩的有效成分之一，在体内外均具有较强的抗肿瘤活性。本项目基于肿瘤细胞特有的Warburg 效应及SIRT3 对细胞代谢的调控机制，以乳腺癌为研究对象，重点围绕SIRT3、低氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor1α，HIF-1α）、己糖激酶（hexokinase II，HK II）及p53，研究千层纸素通过SIRT3影响乳腺癌细胞的糖代谢及关键糖代谢因子的作用机制。研究结果表明，SIRT3在乳腺癌中高表达。千层纸素能够通过SIRT3 去乙酰化亲环素D，从而抑制亲环素D 的氨基脯氨酸顺反异构酶活性，使其与腺苷酸转运酶（adenine nucleotidetranslocator ，ANT）脱离，最终改变线粒体通透性孔道复合物的结构，使HKII 不能与电压依赖性通道（voltage-dependent anionchannel，VDAC）结合，抑制糖酵解，并诱导细胞凋亡，发挥抗肿瘤作用。同时，在低氧环境下，千层纸素通过SIRT3 使，超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2） 发生去乙酰化，上调SOD2 的活性；同时，SIRT3 促进叉头状转录因子O3（Forkhead box O3，FOXO3a）对SOD2 的转录活性，上调SOD2 的表达。千层纸素通过升高SOD2 水平及活性，降低细胞中超氧阴离子的水平，从而上调脯氨酸羟化酶（prolyl hydroxylase， PHDs）的活性，降低HIF-1α 的稳定性，导致HKII 的表达及糖酵解作用被抑制。此外，千层纸素还能通过SIRT3抑制代谢关键调控因子p53。千层纸素上调SIRT3以及SIRT3与磷酸酯酶与张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的结合，促进其脱乙酰化，进而促进其转录活性，增强PTEN对MDM2的负性调控作用，下调MDM2水平，促进p53蛋白的稳定性，调控其下游糖酵解靶基因的转录，最终抑制糖酵解。本项目研究表明了