去乙酰酶抑制劑在骨性關節炎中的應用研究

蔡大衛　蔣青

【摘要】 目的：對近年來在骨性關節炎方面的相關應用研究及新進展做了綜合概述。方法：通過對動物的體內外造模、誘導或抑制的方法，探尋軟骨降解的過程，并模擬機械應力對人軟骨細胞作用，觀察壓力對軟骨降解的影響。結果：去乙酰酶抑制劑不僅可以作用于組蛋白，對非組蛋白如轉錄因子也有影響，可以延緩軟骨細胞凋亡，還可調節疼痛反應。結論：從體外實驗的分子和細胞以及體外動物實驗可以看出，去乙酰酶抑制劑的確對于OA有一定治療作用，是潛在的OA臨床治療藥物。

【關鍵詞】 去乙酰酶抑制劑； 骨性關節炎； 組蛋白乙酰化； HDAC分子

去乙酰酶抑制劑是近年來興起的一類新型藥物，可以抑制體內組蛋白去乙酰酶的功能，多用于治療癌癥和神經退行性疾病。因其較好的治療效果和較少的副作用，去乙酰酶抑制劑開始越來越多應用在其他疾病的治療上。本文對近年來在骨性關節炎方面的相關應用研究及新進展做了綜合概述。

1 基本介紹

1.1 組蛋白乙酰化 組蛋白乙酰化會使核小體結構松弛因而促進基因轉錄，反之則抑制。組蛋白乙酰化狀態受兩種作用相反的酶的調控，組蛋白乙酰轉移酶（HAT）和組蛋白去乙酰酶（HDAC）。然而，實際上乙酰化/去乙酰化調控下的基因表達要更加復雜，HAT可以作為轉錄抑制劑，HDAC也可引發轉錄，在對基因表達作總體研究后可以發現抑制HDAC的活性可以同時誘發和抑制一些基因表達[1]。

1.2 HDACs分子 HDACs分子分4類，I類HDACs分子包括HDAC 1、2、3和8，這類主要在細胞核內表達。II類HDACs分子有HDAC 4、5、6、7、9和10在胞質中表達，但可以轉移到核內。III類HDAC就是依賴NADP的sirtuins（SIRT 1～7），目前只已知SIRT 1可有HDAC活性。第IV類HDAC分子只有HDAC 11。

1.3 去乙酰酶抑制劑（HDIs） 目前的臨床應用主要在腫瘤治療方面。根據結構可以把分為：（1）異羥肟酸（氧肟酸）衍生物，如TSA，SAHA，pyroxamide；（2）短鏈脂肪酸，如：丙戊酸（valproic acid），丁酸鹽（butyrates）和苯乙酸鹽（phenylacetate）；（3）環狀四肽類和環氧化物，如：FK228；（4）合成苯甲酰胺衍生物，如：MS-275和CI-994。另外，還有sirtuin抑制劑如sirtinol也屬于HDIs。一些HDIs如TSA可抑制所有HDAC分子，如TSA，而有些如丙戊酸和MS-275可以在低濃度時選擇性抑制I類HDAC分子，在高濃度時抑制II類HDAC分子[2]。

2 體外實驗研究進展

2.1 OA降解代謝類因素

2.1.1 MMP 關于MMP的研究較多，Young等[3]在SW1353細胞中證實TSA和NaBy可以在mRNA水平上抑制IL-1誘導MMPs的表達（如：MMP1、MMP3、MMP7、MMP8、MMP10、MMP12、MMP13），進一步對其中MMP1、MMP13分析發現HDAi可以抑制其蛋白表達和活性。Wang等[4]和Zhong等[5]都在人軟骨細胞中證實，無論FGF2（成纖維細胞生長因子-2）或者IL-1誘導，vorinostat和TSA均可以抑制MMP1，MMP13表達并且上調TIMP-1的表達。Saito等[6]利用CTS模擬機械應力對人軟骨細胞作用，誘導MMP3和MMP13表達，仍可被TSA和MS-275抑制。Chen等[7]對兔OA造模并且關節腔給TSA，發現其可以抑制模型兔軟骨細胞的MMP1、MMP3、MMP13的表達。有學者在人軟骨細胞同時使用多種HDIs（TSA，丙戊酸和MS-275）進一步證實了I類HDAC抑制劑對IL-1誘導的MMP1，MMP13表達的抑制[8]。

2.1.2 ADAMTS（聚蛋白多糖酶） ADAMTS（聚蛋白多糖酶）已經被證明參與了OA軟骨降解的過程，Young等[3]報道在人軟骨肉瘤細胞系（SW1353）中，TSA和NaBy可以抑制IL-1誘導的ADAMTS5和ADAMTS9的表達；ADAMTS1，ADAMTS2，ADAMTS4，ADAMTS7，ADAMTS12，ADAMTS13和ADAMTS20不受HDIs的影響，而ADAMTS15和ADAMTS17則可以被HDIs誘導表達。其中ADAMTS-5蛋白水解作用最強，Saito[6]用TSA抑制了CTS（周期性張應變力）誘導的人軟骨細胞中ADAMTS-5表達。

2.1.3 COL2A1 對COL2A1的研究多有爭議，Huh等[8]報道在兔軟骨細胞中TSA抑制COL2A1的表達，并且認為是通過上調Wnt-5a表達來起作用。而后來Saito等[6]在人軟骨細胞中發現TSA促進COL2A1的表達，同時認為這種差異是由于種屬差異造成。有研究發現人軟骨細胞中COL2A1增強子區周圍的組蛋白H3/H4因為HDIs而高度乙酰化，這和Saito的研究一致。有學者稱人軟骨細胞中SirT1可以通過Sox9轉錄激活COL2A1的啟動子和增強子進而使表達增高[9-12]。

2.2 OA炎性因素

2.2.1 NO NO在促炎方面可以增加炎性細胞因子和PGE2生成，在代謝上也能夠阻止膠原和蛋白多糖合成同時誘導MMMP活性。受到炎性因子作用后，NO合成酶iNOS表達增加。Chabane等[13]在人軟骨細胞發現HDAC抑制劑TSA和BA可以抑制TNF-a，IL-17，IL-1誘導的亞硝酸鹽的產生，也可以抑制IL-1誘導的iNOS的表達。有研究用另一種vorinostat在人軟骨細胞也得到了相同的結果[14]。

2.2.2 PGE2 PGE2可提高MMPs的活性和產量，同時促進軟骨細胞凋亡和調節疼痛反應，并且能加強其他炎性介質的效應。已經被證明在人軟骨細胞中，HDAC抑制劑抑制TNF-a，IL-17，IL-1誘導的PGE2產生，也可以抑制IL-1誘導的COX-2表達。Chabane等[13]在人滑膜成纖維細胞中使用TSA和BA抑制了IL-1誘導的mPGES-1（促進PGE2的終末合成）的蛋白表達，并認為可能是通過HDAC4介導的Egr-1轉錄活性改變來抑制mPGES-1啟動子激活。endprint

2.3 其他 RUNX-2可以通過軟管細胞肥大和軟骨機制降解促進OA進展，在人軟骨細胞中有人證實TSA可以抑制CTS誘導的RUNX-2表達，并且由于ADAMTS-5啟動子有RUNX-2的結合位點而可能ADAMTS-5是RUNX-2下游的一個潛在靶點。Chen等[11]在兔關節炎模型對軟骨細胞研究發現，TSA可以抑制組織蛋白酶（cathepsins）K、B、L、S和胱抑素C的表達，并結合TSA對模型動物關節的改善認為這可能是TSA關節保護作用的一個方面。

3 體內實驗研究進展

雖然早有動物實驗證明HDAC抑制劑對RA軟骨破壞有改善作用，但是針對OA研究體內實驗尚不多。Chen等[11]使用ACLT切斷的兔子為OA模型，造模4周后開始TSA關節腔注射，第9周處死后在肉眼和切片番紅染色下均可見TSA處理組股骨髁遠較對照組的軟骨損害要輕。Kirsty對C57BL/6J小鼠行DMM造模后TSA皮下注射，第8周處死后分別比較內側脛骨和內側股骨，組織學評分表明TSA明顯的改善作用。

4 HDAC分子在OA的研究進展

Higashiyama等[12]先對比OA患者和正常人關節軟骨HDAC1-11的表達，選取差異最為顯著的HDAC7在SW1353細胞用siRNA敲除后發現可抑制MMP13（IL-1誘導依賴和不依賴皆可）的表達。Chabane等[13]在研究mPGES-1對OA作用時從HDAC1-6篩選出HDAC4無論是在過度表達還是敲除下可以分別促進和抑制mPGES-1啟動子激活。有學者在SW1353細胞中分別對不同HDAC分子siRNA敲除后對比MMP13的表達，發現HDAC1，HDAC2，HDAC3，HDAC8等I類HDAC敲除后都可以顯著降低MMP13的表達[15]，從而說明OA中重要溶膠原的MMP是I類HDAC依賴性的。Hong等[14]發現在人軟骨細胞中HDAC1和HDAC2的羧基端區域（CTDs）具有靶向特定基因的作用，并且這種作用不依賴HDAC酶活性，從而導致了HDAC1和HDAC2對不同軟骨特異性基因的抑制。

5 相關信號通路

在軟骨細胞中NF-kB可以受炎性因子刺激后誘導MMP和iNOS表達，在未受刺激的細胞中，NF-kB和IkB家族如I-kBα結合，這種結合抑制了NF-kB的活性。當有炎性介質如IL-1β刺激后，IkB被磷酸化降解而NF-kB則活化入核結合到靶基因如MM和iNOS的啟動子區。Chabane等[13]對HDIs處理的IL-1誘導人軟骨細胞用EMSA測出轉錄因子NF-kB的DNA結合活性不受HDIs影響。Zhong等[5]在人軟骨細胞中證實，vorinostat可抑制I-kBα的降解同時減少NF-kBp65核轉入。Wang等[15]使用OA患者的成纖維樣滑膜細胞發現HDIs可以通過增加NF-kB和miR-146a啟動子來的結合降低IL-1誘導的細胞通路和細胞因子分泌。

IL-1誘導的MMPs和iNOS表達可以被MAPK信號通路調節，Saito在CTS誘導的人軟骨細胞中發現，HDIs可以降低MAPK途徑包括ERK1/2， p38，和JNK的磷酸化水平，繼而可能調節下游RUNX和ADAMTS-5的活性。有人證實vorinostat在人軟骨細胞中可以選擇性抑制p38和ERK1/2，而JNK則不受影響。

6 總結

目前在體外實驗的分子和細胞以及體外動物實驗可以看出，去乙酰酶抑制劑的確對于OA有一定治療作用，是潛在的OA臨床治療藥物。但是仍然有大量需要改進和研究的地方，如OA是多癥狀疾病但是動物實驗只是針對軟骨破壞做了比較，在疼痛和功能方面均無涉及。同時關節里其他組分如關節滑膜和半月板乃至于肌肉還均未研究。從前面可以看出HDAC抑制劑不僅可以作用于組蛋白，對非組蛋白如轉錄因子也有影響，而這些分子機制實際上并沒有得到具體闡明。和OA發病及治療相關HDAC分子也有必要進一步研究整理，并且期待對HDAC分子特異性，組織器官特異性的HDIs藥物出現。

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（收稿日期：2013-11-27） （本文編輯：蔡元元）endprint