SIRT6 enhances oxidative phosphorylation in breast cancer and promotes mammary tumorigenesis in mice

SIRT6 增強乳腺癌的氧化磷酸化并促進小鼠乳腺腫瘤的發生

來源：Becherini et al. Cancer & Metabolism (2021) 9:6

 

1. 摘要核心內容

 

本研究揭示SIRT6通過激活線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）驅動乳腺癌進展。核心發現：

 

動物模型：Sirt6雜合缺失（Sirt6?/?）顯著延長MMTV-PyMT小鼠乳腺腫瘤潛伏期并提高生存率（圖1b）；

 

細胞功能：SIRT6沉默抑制MDA-MB-231異種移植瘤生長（圖2b-c）；

 

代謝機制：SIRT6通過其脫乙酰酶活性增強丙酮酸脫氫酶（PDH）表達與活性（圖3a-d）、呼吸鏈復合物活性（圖3e-h）及ATP/AMP比值（圖4a-g），并降低AMPK活化（圖4o）；

 

 

 

關鍵證據：丹麥Unisense電極實時監測顯示SIRT6過表達使細胞耗氧率↑2倍（圖3f），直接證實OXPHOS增強。

 

2. 研究目的

 

明確SIRT6在乳腺癌發生中的作用；

 

解析SIRT6調控腫瘤代謝的分子機制（尤其OXPHOS）；

 

評估靶向SIRT6的治療潛力。

 

3. 研究思路

 

動物→細胞→分子三層次驗證：

 

動物模型：

 

構建MMTV-PyMT?/?; Sirt6?/?小鼠，比較腫瘤潛伏期/生存率（圖1b）；

 

分析腫瘤組織呼吸鏈復合物活性及ATP/AMP比值（圖5a-d）。

 

細胞功能：

 

MDA-MB-231異種移植：SIRT6沉默抑制腫瘤生長（圖2b-c）；

 

過表達/沉默SIRT6：檢測PDH活性、呼吸鏈復合物活性、ATP合成（圖3-4）；

 

丹麥Unisense電極實時監測細胞耗氧率（圖3f）。

 

分子機制：

 

WT vs. 催化失活突變體（H133Y）SIRT6：驗證酶活性依賴性（圖3a-h）；

 

qPCR/WB：檢測OXPHOS相關基因（UQCRFS1、COX5B等）表達。

 

4. 關鍵數據及研究意義

（1）SIRT6促進腫瘤發生（圖1-2）

 

數據：

 

Sirt6?/?使MMTV-PyMT小鼠腫瘤潛伏期↑40%，生存率↑35%（圖1b）；

 

SIRT6沉默使MDA-MB-231移植瘤體積↓50%（圖2b-c）。

 

意義：首次證實SIRT6是乳腺癌進展的關鍵驅動因子，為靶向治療提供依據。

 

（2）SIRT6激活OXPHOS（圖3-5）

 

數據：

 

PDH調控：SIRT6過表達使PDH活性↑2倍（圖3d）；

 

呼吸鏈活性：復合物I/III/IV活性↑1.5-2倍（圖3e-g）；

 

能量狀態：ATP/AMP比值↑3倍（圖4g）；

 

耗氧率：SIRT6過表達細胞基礎耗氧率↑2倍（Unisense電極，圖3f）。

 

意義：揭示SIRT6通過增強OXPHOS維持腫瘤能量穩態，挑戰“Warburg效應”主導觀點。

 

（3）SIRT6抑制AMPK活化（圖4o）

 

數據：SIRT6沉默使AMPK磷酸化（Thr172）↑2倍。

 

意義：低ATP/AMP比值激活AMPK，可能觸發腫瘤抑制性代謝重編程。

 

5. 核心結論

 

SIRT6是乳腺癌促癌因子：高表達與不良預后相關，沉默可抑制腫瘤生長；

 

代謝調控核心機制：SIRT6通過脫乙酰酶活性增強PDH活性及呼吸鏈功能，提升OXPHOS效率；

 

能量感知樞紐：SIRT6維持高ATP/AMP比值，抑制AMPK腫瘤抑制通路；

 

治療靶點潛力：靶向SIRT6-OXPHOS軸有望成為乳腺癌新策略。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術原理與數據：

 

功能：采用Unisense氧敏感微電極（方法部分）實時監測封閉腔室內細胞耗氧動力學：

 

動態監測：37℃下記錄2×10?個細胞在10分鐘內的溶解氧濃度變化；

 

關鍵實驗：

 

比較空載體 vs. SIRT6過表達細胞的基礎耗氧率；

 

添加底物（丙酮酸/蘋果酸）激活復合物I-III-IV通路后的最大耗氧率（圖3f）。

 

關鍵參數：

 

SIRT6過表達使基礎耗氧率↑2倍；

 

底物刺激后耗氧率進一步↑40%（證實呼吸鏈功能增強）。

 

科學價值：

 

精準量化OXPHOS功能：

 

直接證實SIRT6提升線粒體呼吸容量（非僅間接代謝物檢測）；

 

揭示SIRT6對呼吸鏈的功能性調控（補充WB/qPCR的分子表達數據）。

 

技術不可替代性：

 

生理相關性：活細胞實時監測，避免離體線粒體提取導致的活性失真；

 

動態分辨率：秒級記錄捕捉呼吸響應動力學，發現SIRT6過表達細胞對底物刺激反應更敏捷。

 

機制深度解析：

 

結合ATP合成數據（圖4a），明確SIRT6通過增強電子傳遞鏈效率提升能量產出；

 

為“SIRT6-OXPHOS軸驅動乳腺癌”假說提供直接生理功能證據。

 

領域貢獻：

 

首次將Unisense電極技術應用于SIRT6代謝研究，確立其為腫瘤線粒體功能研究的金標準；

 

揭示即便在“糖酵解依賴型”MDA-MB-231細胞中，OXPHOS仍是SIRT6的核心效應，顛覆傳統腫瘤代謝認知。

 

創新點圖示：

 

SIRT6脫乙酰酶活性 → PDH表達/活性↑ → 乙酰-CoA生成↑ →  

│ → 呼吸鏈復合物活性↑ → 耗氧率↑ → ATP合成↑ → AMPK抑制  

└ → 鈣信號↑ → 協同激活PDH

 

臨床啟示：

 

診斷價值：腫瘤組織耗氧率或成SIRT6活性新型生物標志物；

 

治療策略：SIRT6抑制劑（如小分子拮抗劑）可能通過抑制OXPHOS發揮抗癌作用。