祝賀！中國團隊成果登Nature，顛覆「長壽基因」認知

生物探索

編者按

SIRT6，素有「長壽基因」的光環。近日，中國科學家們發現，這一明星基因還參與靈長類胚胎的發育過程。從生命終點到生命起點，這一最新研究揭示了「長壽基因」新的職責。

圖片來源：Pixabay

8月22日，《Nature》期刊在線發表了這一篇題為「SIRT6 deficiency results in developmental retardation in cynomolgus monkeys」的文章。來自中國科學院生物物理研究所的劉光慧、動物研究所的胡寶洋和李偉課題組合作以食蟹猴為模型，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，實現了SIRT6基因的全敲除。

他們發現，缺乏SIRT6基因的新生猴子會表現出嚴重的生長缺陷，並在出生後幾小時內就死亡。這一發現揭示了SIRT6蛋白在靈長類動物胚胎髮育過程中發揮了作用，這是以前基於嚙齒類動物研究這一長壽蛋白所沒有發現的。

長壽基因

對於哺乳動物，SIRT6負責從組蛋白中去除乙醯基團。DNA被包裹在細胞核內的組蛋白周圍，這種去乙醯化作用使被包裹的DNA凝結，抑製基因表達。

對於小鼠，SIRT6被認為是一種長壽蛋白，負責調控許多在衰老過程中發生改變的因素，包括基因組穩定性、炎症和代謝。事實上，雄鼠過度表達SIRT6可以改善健康狀況並延長壽命，而缺乏SIRT6的小鼠會在出生後幾周死亡，表現出過早衰老的特徵。

SIRT6是否與人類長壽有關尚不清楚。然而，3月《Genes & Development》期刊上的一篇文章顯示，人類SIRT6的失活突變會導致胚胎乾細胞基因的過度表達，導致畸形發育和嚴重的大腦缺陷，最終引發胚胎死亡。這些發現表明，SIRT6或許還參與胚胎髮育，這應該與它在衰老中的作用分開考慮。

構建缺失SIRT6的食蟹猴

在這項新研究中，中國團隊使用CRISPR-Cas9技術創造了一個雄性猴子胚胎和三個雌性猴子胚胎，它們均不表達SIRT6。結果發現，雌性猴子在出生後不久就死亡了，而雄性胚胎在懷孕中期死亡。

缺少SIRT6會導致嚴重的全身發育遲緩。相比於野生型新生猴，突變小猴的骨密度較低、皮下脂肪含量較低，腸道和骨骼肌發育未成熟。

此外，研究團隊還發現，缺乏SIRT6的猴子由於神經元的延遲發育以及未成熟神經祖細胞數量的增加，而擁有更小的大腦。

總體而言，SIRT6基因突變的動物出生時比對照組小得多，其基因表達、形態學特徵更接近於一個典型的3個月大的胎兒，而不是懷孕6個月後出生的足月小動物。（如下圖）

SIRT6基因在靈長類動物發育中的作用

背後的機制

考慮到SIRT6在抑製基因表達中的已知作用，研究團隊檢測了突變體中基因表達的變化。結果發現，H19是上調最顯著的基因之一，其編碼一種長鏈非編碼RNA，後者負責調控胎兒的發育。H19在所有被檢測樣本中均表達超標，特別是大腦中表達最高。

隨後，研究團隊使用了一種不同的基因編輯方法，在體外培育出缺乏SIRT6的人類神經祖細胞。結果顯示，與野生型細胞相比，這類突變細胞向神經元的分化延遲。而且，細胞過表達H19基因。最終，研究團隊發現，SIRT6會去除與H19轉錄相關的乙醯基。這表明，缺乏SIRT6的人類細胞通過減少H19的表達可以解決其神經分化的缺陷。因此，SIRT6通過抑製H19的表達來調節人類細胞的神經發育，就像猴子一樣。

進一步分析顯示，SIRT6的缺失改變了各種組織中數千個基因的表達，而H19不太可能是導致缺陷的唯一基因。事實上，一種罕見的發育障礙Silver–Russell syndrome被證實源於H19的過表達，但是與缺乏SIRT6的猴子相反，這類患者壽命很長，且生育缺陷並沒有那麼嚴重。這一差異表明，除H19之外，SIRT6調控的其他基因同樣與突變猴子的嚴重缺陷有關聯。

SIRT6的「光環」

從進化的角度來看，SIRT6非常迷人。在所有被研究的哺乳動物中，基因的缺失都會導致過早死亡，而且這種蛋白質具有相同的酶活性，參與葡萄糖代謝和乾細胞分化。

然而，在從小鼠、猴子到人類的進化階梯中，SIRT6缺失所導致的一些特徵變得越來越嚴重——SIRT6缺失小鼠在出生幾周至幾個月內死亡，缺陷猴子會在幾小時內就死亡，而人類甚至於無法活至出生。

這一新發現揭示了SIRT6作為表觀遺傳因子可以調節靈長類動物的出生前發育，對於深入理解人類因子宮內發育遲緩而導致胎兒流產或新生兒死亡的原因。

責編：悠然

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參考資料：1）Role for the longevity protein SIRT6 in primate development

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