組蛋白去乙?；?在相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

張文斌，王瑤，焦方舟綜述 龔作炯審校

組蛋白的乙?；{(diào)節(jié)是一種由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)和組蛋白去乙?；?histone deacetylases，HDACs)這兩類具有相反作用的酶共同調(diào)節(jié)的共價(jià)可逆的翻譯后修飾[1]。與其余10種HDACs相比, HDAC6在結(jié)構(gòu)和功能上均具有獨(dú)特性，相關(guān)研究已發(fā)現(xiàn)HDAC6參與了腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病等疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，HDAC6也被認(rèn)為是相關(guān)疾病的潛在治療靶點(diǎn)。本文主要對(duì)HDAC6及其抑制劑的基礎(chǔ)及臨床研究文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，為HDAC6在疾病中潛在治療應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

1 HDAC6的結(jié)構(gòu)與功能

乙酰化修飾是一種由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)和HDACs共同調(diào)節(jié)的共價(jià)可逆的翻譯后修飾。細(xì)胞內(nèi)乙?；W(wǎng)絡(luò)及通路涉及細(xì)胞的各種活動(dòng)，而廣譜HDAC抑制劑因抑制多種HDACs的活性，因此可能會(huì)帶來(lái)一些不良反應(yīng)或毒性。與廣譜HDAC抑制劑相比，選擇性HDAC抑制劑因其特異性可能減少或消除嚴(yán)重的不良反應(yīng)，其安全性更佳[2]。

哺乳動(dòng)物體內(nèi)共有18種HDACs，根據(jù)酵母蛋白的同源性可將其分為 4 類：Ⅰ類 HDACs 包括 HDAC 1、2、3 和 8, 該類 HDACs 與酵母 Rpd3(reduced potassium dependency 3)同源;Ⅱ類HDACs與酵母 Hda1(histone deacetylase 1)同系,又根據(jù)催化區(qū)域的不同細(xì)分為Ⅱa(HDAC4、5、7和9)及Ⅱb(HDAC6和10)兩類；Ⅲ類 HDACs則包括SIRT1-SIRT7,與酵母轉(zhuǎn)錄因子Sir2(silent information regulator 2)同源；Ⅳ類 HDAC與酵母Rpd3或Hda1部分同源,僅包含HDAC11[3]。除Ⅲ類HDACs為輔酶Ⅰ所依賴的去乙酰化酶外，其余3類HDACs 則為Zn+離子依賴的去乙酰化酶。與其他Zn+離子依賴的HDACs相比，HDAC6在結(jié)構(gòu)和功能上均具有獨(dú)特性。HDAC6是一種含有2個(gè)N端的去乙?；附Y(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端的泛素結(jié)合域的主要位于細(xì)胞質(zhì)的酶，其相對(duì)分子量為131kDa，包含1 215個(gè)氨基酸殘基，是HDACs中分子量最大的酶，由位于Xp11.22-23染色體上的基因編碼而來(lái)[4]。HDAC6可通過(guò)對(duì)組蛋白、皮層肌動(dòng)蛋白、過(guò)氧化物還原蛋白(peroxiredoxin， Pre)、α-微管蛋白(α-tubulin)、熱休克蛋白90(heat shock protein，HSP90)等底物的乙?；{(diào)控發(fā)揮功效[5]。HDAC6在細(xì)胞增殖、遷移、凋亡、免疫反應(yīng)及蛋白降解等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。

2 選擇性 HDAC6 抑制劑

2.1 羥肟酸類HDAC6抑制劑 Tubacin是第一個(gè)被報(bào)道的選擇性HDAC6抑制劑，其可顯著升高微管蛋白的乙酰化水平，且不會(huì)影響組蛋白的乙酰化水平，但其非藥物樣結(jié)構(gòu)和高親脂性限制了其在臨床的應(yīng)用[6]。ACY-1215是第一個(gè)進(jìn)入臨床研究的選擇性HDAC6抑制劑，其對(duì)HDAC6的抑制性是其對(duì)HDAC1、HDAC2和HDAC3抑制性的12、10和11倍。 ACY-1215在低濃度時(shí)即可使α-微管蛋白的乙?；缴撸邼舛炔趴缮呓M蛋白H3和H4的乙?；?，提示其對(duì)HDAC6的特異性[2]。Tubastatin A是一種高選擇性HDAC6抑制劑，可在顯著增強(qiáng)α-微管蛋白的情況下并不影響組蛋白H3和H4的乙?；?，證明其抑制的高度選擇性。與Tubacin相比，Tubastatin A的高度選擇性及低親脂性使得其在臨床中的應(yīng)用前景更光明。

Nexturastat A 是一種通過(guò)修飾芳基脲類HDAC抑制劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)而合成的高選擇性HDAC6抑制劑，有研究發(fā)現(xiàn)Nexturastat A對(duì)黑色素瘤細(xì)胞株有一定程度的抑制增殖作用， 且其對(duì)腫瘤異種移植模型有更佳的抑制腫瘤增生的功能，因此其抗癌機(jī)制可能是基于調(diào)節(jié)免疫和炎性反應(yīng)而非直接對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性[7]。HPOB是一種羥肟酸小分子選擇性HDAC6抑制劑，其對(duì)HDAC6的抑制作用約為其他HDACs的30倍以上，有研究顯示HPOB還可增強(qiáng)依托泊苷、阿霉素等藥物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡作用， 雖然HPOB會(huì)抑制正常細(xì)胞的增殖，但不會(huì)誘導(dǎo)正常細(xì)胞的凋亡[8]。還有研究報(bào)道HPOB還可通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑對(duì)皮質(zhì)醇刺激的PC-12細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用[9]。

2.2 其他HDAC6抑制劑 4-羥基苯甲酸衍生物也有選擇性抑制HDAC6活性的作用，其可調(diào)節(jié)前列腺癌細(xì)胞的細(xì)胞遷移和細(xì)胞增殖，并通過(guò)升高HSP90的乙酰化水平進(jìn)而調(diào)控雄激素受體的降解[10]。此外，還有含硫鋅離子結(jié)合基團(tuán)類化合物諸如硫醇類、磺胺類衍生物也有一定的HDAC6選擇抑制性作用，但目前相關(guān)研究較少，其作用機(jī)制仍需要進(jìn)一步的研究。

3 HDAC6與相關(guān)疾病

目前，HDAC6在腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、炎性疾病等諸多疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的研究越來(lái)越得到重視，其在相關(guān)疾病中的作用及作用機(jī)制也有了一定的研究。相關(guān)基礎(chǔ)與臨床研究也表明HDAC6抑制劑對(duì)腫瘤、炎性疾病及神經(jīng)退行性疾病等有一定的治療作用，HDAC6也成為多種疾病潛在的治療靶點(diǎn)。

3.1 HDAC6與腫瘤疾病 HDAC6與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，其通過(guò)調(diào)控正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞侵襲性的形成等方面參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。HDAC6在正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。Ras癌基因在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中有著重要的作用，HDAC6缺陷的細(xì)胞及小鼠對(duì)致癌Ras依賴的細(xì)胞轉(zhuǎn)化抵抗力更強(qiáng)，這可能與HDAC6可通過(guò)調(diào)控Ras及其下游的PI3K和MAPK信號(hào)通路的激活促進(jìn)腫瘤的發(fā)生相關(guān)。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)HDAC6在腫瘤細(xì)胞獲得抗“失巢凋亡”能力有著關(guān)鍵性的作用，在HDAC6缺陷的腫瘤細(xì)胞其錨定獨(dú)立生長(zhǎng)的能力及在小鼠體內(nèi)形成腫瘤的能力也受到抑制[11]。

與正常細(xì)胞相比，轉(zhuǎn)化細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白的累積增加，腫瘤細(xì)胞需泛素—蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system, UPS)途徑或自噬途徑以加速錯(cuò)誤折疊蛋白的水解以維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，而抑制HDAC6活性可增強(qiáng)蛋白酶體抑制劑的細(xì)胞毒性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，此外，對(duì)蛋白酶體抑制劑耐藥的腫瘤細(xì)胞聯(lián)合使用蛋白酶體抑制劑及HDAC6抑制劑也有促凋亡效應(yīng)[6]。

血管生成在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中有著關(guān)鍵性的作用，而HDAC6作為一個(gè)重要的靶點(diǎn)參與了這一過(guò)程。動(dòng)物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)均證明抑制HDAC6可通過(guò)HIF-1α/VEGFA信號(hào)通路促進(jìn)肝細(xì)胞癌的血管生成[12]。HDAC6在內(nèi)皮細(xì)胞促血管生成作用還與HDAC6介導(dǎo)的細(xì)胞極化、細(xì)胞遷移、毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的生成等途徑關(guān)系密切。

HDAC6也可能通過(guò)增強(qiáng)腫瘤的轉(zhuǎn)移及侵襲性而對(duì)患者的預(yù)后產(chǎn)生不良影響。HDAC6可促進(jìn)黑色素瘤細(xì)胞增殖、形成和遷移，同時(shí)抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)腫瘤的轉(zhuǎn)移與侵襲性，使疾病進(jìn)展[13]。HDAC6還可通過(guò)皮層肌動(dòng)蛋白對(duì)肌動(dòng)蛋白依賴性細(xì)胞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而促進(jìn)F-纖維型肌動(dòng)蛋白依賴的細(xì)胞轉(zhuǎn)移[14]。

3.2 HDAC6與神經(jīng)退行性病變 神經(jīng)退行性疾病(ND)主要由神經(jīng)元功能喪失所致，錯(cuò)誤折疊蛋白的異常累積是包括阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、帕金森病(Parkinson's diseases，PD)等ND的一個(gè)共同特征[15]。細(xì)胞內(nèi)UPS功能改變使其降解錯(cuò)誤折疊蛋白能力受損，而HDAC6在細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白的識(shí)別及降解中發(fā)揮著重要的作用，因此，其成為治療神經(jīng)退行性疾病的潛在靶點(diǎn)。

AD神經(jīng)元細(xì)胞中tau蛋白的過(guò)度磷酸化降低了其對(duì)微管的親和力并引起細(xì)胞骨架的紊亂，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。與正常飲食組相比，AD患者其大腦皮質(zhì)和海馬體HDAC6表達(dá)顯著增高。HDAC6可通過(guò)調(diào)節(jié)微管蛋白的乙?；竭M(jìn)而調(diào)控微管的功能和穩(wěn)定性，抑制HDAC6既可增強(qiáng)tau蛋白的降解，還可對(duì)β-淀粉樣肽誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷進(jìn)行修復(fù)，對(duì)AD發(fā)生發(fā)展起到一定的抑制作用[16]。這表明HDAC6與AD發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，而HDAC6抑制劑也可能是治療AD的潛在藥物。

PD是一種以多巴胺能系統(tǒng)紊亂、α-突觸核蛋白組成的路易體為特征性標(biāo)志物的遺傳性疾病。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白積累時(shí)，HDAC6過(guò)表達(dá)可有效調(diào)控細(xì)胞內(nèi)α-突觸核蛋白水平，起到一定的保護(hù)作用,而抑制HDAC6則可降低具有隔離毒性物質(zhì)和增強(qiáng)自噬等保護(hù)作用的包涵體水平，加重PD的進(jìn)展[17]。

3.3 HDAC6與情緒障礙 HDAC6在情緒障礙中起到重要的作用，抑制HDAC6可以起到抗抑郁的作用。與野生型小鼠相比，HDAC6基因敲除的小鼠在曠場(chǎng)試驗(yàn)中更活躍，在高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)中焦慮程度更低，在尾懸掛實(shí)驗(yàn)和強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗抑郁效果[18]。 此外，在小鼠尾懸掛實(shí)驗(yàn)和社會(huì)失敗應(yīng)激致抑郁樣模型中使用腦滲透性HDAC6抑制劑可產(chǎn)生抗抑郁效果[19]。上述研究均表明HDAC6在情緒障礙中的重要作用，也使得HDAC6成為治療情緒障礙的新的靶點(diǎn)。

3.4 HDAC6與心血管疾病 在自發(fā)性高血壓心力衰竭、慢性缺氧性右室肥大等心室壓力超負(fù)荷模型中均發(fā)現(xiàn)HDAC6活性的增高，但在生理性心肌肥大的動(dòng)物模型中其表達(dá)無(wú)明顯增加。有研究顯示Tubastatin A干預(yù)可降低血管緊張素-Ⅱ(angiotensin Ⅱ， Ang Ⅱ)誘導(dǎo)的高血壓小鼠模型受損的內(nèi)皮依賴性血管舒張功能，并降低Ang Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠高血壓。此外，使用HDAC6抑制劑或沉默HDAC6表達(dá)也被證實(shí)可降低血壓水平并對(duì)心臟起到保護(hù)作用[20]。這表明HDAC6可能在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。

HDAC6還與肺動(dòng)脈高壓關(guān)系密切，在肺動(dòng)脈高壓患者及大鼠模型的肺和遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈中均發(fā)現(xiàn)HDAC6表達(dá)增強(qiáng)[21]。肺動(dòng)脈細(xì)胞包括平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，其增殖和凋亡的失衡是肺動(dòng)脈高壓發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制[22]。使用HDAC6抑制劑Tubastatin A可抑制肺動(dòng)脈高壓平滑肌細(xì)胞抗凋亡及增殖能力，并改善肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室收縮壓和肺動(dòng)脈平均壓。此外， HDAC6沉默小鼠在缺氧條件下其右心室收縮壓、肺動(dòng)脈平均壓、心輸出量、肺循環(huán)總阻力均顯著低于野生型小鼠，證實(shí)抑制HDAC6對(duì)慢性缺氧性肺動(dòng)脈高壓小鼠有保護(hù)作用[21]。這為肺動(dòng)脈高壓的治療提供了一個(gè)新的治療思路與靶點(diǎn)。

3.5 HDAC6與炎性疾病 類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種以炎性滑膜炎為特征的慢性炎性疾病，使用選擇性HDAC6抑制劑可減少TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎因子的表達(dá)，改善滑膜炎性反應(yīng)，降低類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎評(píng)分，證實(shí)了HDAC6在RA中的抗炎效果[23]。在炎性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)的研究中，使用HDAC6抑制劑BML-281可通過(guò)阻斷右旋糖酐硫酸鈉所致的IBD小鼠中性粒細(xì)胞的活化和結(jié)腸浸潤(rùn)起到一定的抗炎作用[24]。還有研究發(fā)現(xiàn)HDAC6抑制劑LTB2可減少結(jié)腸炎小鼠直腸出血和腹瀉癥狀，且該抑制劑的療效優(yōu)于臨床常用的美沙拉秦[25]。

在慢性哮喘的研究中，HDAC6抑制劑Tubastatin A可降低小鼠的氣道炎性反應(yīng)、氣道重構(gòu)和氣道高反應(yīng)性[26]。長(zhǎng)期接觸香煙煙霧是慢性阻塞性肺疾病的主要危險(xiǎn)因素之一，而用Tubastatin A進(jìn)行干預(yù)可顯著改善香煙煙霧所致的氣道功能障礙，而抑制HDAC6的表達(dá)也可能成為治療COPD潛在的治療手段[27]。

此外，還有研究發(fā)現(xiàn)與模型組相比，使用選擇性HDAC6抑制劑可能通過(guò)抑制TNF-α和IL-6的表達(dá)顯著提高脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的膿毒血癥模型小鼠的5日生存率(60% vs. 20%)[28]。在急性肝功能衰竭的研究中，使用選擇性HDAC6抑制劑也可抑制模型組小鼠炎性因子的合成與釋放，并降低急性肝衰竭小鼠的病死率[2]。

3.6 HDAC6與腎病 常染色體顯性多囊腎與多發(fā)性腎囊腫的進(jìn)行性增大有關(guān)，并可導(dǎo)致腎功能衰竭，除腎移植外目前對(duì)其尚未發(fā)現(xiàn)有效的治療措施。有研究發(fā)現(xiàn)選擇性HDAC6抑制劑Tubacin可抑制腎上皮細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)依賴囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子及囊性細(xì)胞增生[29]。此外，Yanda等[30]發(fā)現(xiàn)HDAC6抑制劑ACY-1215可通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)cAMP和Ca2+水平來(lái)降低囊腫生長(zhǎng)。

腎纖維化是一種以成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)異常積累為特點(diǎn)的病理改變，是慢性腎病進(jìn)展為腎衰竭的重要通路。HDAC6抑制劑Tubastatin A或HDAC6基因沉默也可通過(guò)Smad3信號(hào)通路減輕高血壓所致的小鼠腎臟纖維化及炎性反應(yīng)[31]。還有研究發(fā)現(xiàn)HDAC6可通過(guò)對(duì)α-微管蛋白的去乙?；T導(dǎo)腎纖維化[32]。因此，HDAC6可能成為一個(gè)治療腎纖維化的潛在靶點(diǎn)。

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是一種嚴(yán)重的高病死率臨床綜合征，其以腎小球?yàn)V過(guò)率快速下降為特征，并可增加患者慢性腎臟病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[33]。有研究發(fā)現(xiàn)使用選擇性HDAC6抑制劑可通過(guò)抑制AKI小鼠HDAC6的表達(dá)減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，進(jìn)而對(duì)AKI小鼠腎臟起到保護(hù)作用[34]。此外，Tang等[35]發(fā)現(xiàn)HDAC6抑制劑Tubastatin A或HDAC6沉默可抑制順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，對(duì)順鉑誘導(dǎo)的AKI產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，作為一種結(jié)構(gòu)和功能都很獨(dú)特的HDACs，HDAC6在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要的作用，HDAC6及其抑制劑的臨床和基礎(chǔ)研究也取得了眾多的研究成果。盡管HDAC6在腫瘤或非腫瘤性疾病中的作用及相關(guān)機(jī)制仍需要更進(jìn)一步的基礎(chǔ)和臨床研究，但HDAC6作為多種疾病的潛在治療靶點(diǎn)備受關(guān)注，在疾病的治療中擁有著廣闊的應(yīng)用前景。