談談組蛋白去乙酰化酶與腫瘤發生發展的關系

趙曉倩

組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）作為催化組蛋白去乙酰化作用的關鍵酶類，以其參與腫瘤細胞生長增殖與表達調控等諸多過程，在腫瘤發生發展的表觀遺傳學研究中日益引起學術界的關注與重視。HDACs乙酰化不同種類的細胞核轉錄因子和蛋白等，抑制多種抑癌蛋白的表達且與多種癌基因密切關聯，導致細胞過度增殖和腫瘤發生。

一、誘導染色質重塑，抑制基因轉錄

HDACs催化的核心組蛋白N-末端尾部區域賴氨酸殘基的去乙酰化在誘導基因沉默中發揮重要作用，其通過去乙酰化修飾使組蛋白帶正電荷，從而與帶負電荷的DNA緊密結合，染色質呈致密卷曲的阻抑結構，抑制轉錄。研究證實，t（15;17） （q22;q21）是急性早幼粒細胞白血病（APL）最常見的染色體易位，編碼的融合蛋白PML-RARα能異常募集HDACs而抑制RA反應基因的轉錄，導致髓系細胞成熟障礙。RAR是核內激素受體超家族，與RA的另一受體RXR形成RAR/RXR異二聚體，異二聚體與DNA結合以后能募集轉錄抑制復合物N-CoR-mSin3-HDAC而抑制RA反應基因的轉錄，進而導致RA反應基因發生沉默。Ⅰ類HDACs中的HDAC1及HDAC2與RbAp48、Sin3A/Sin3B、SAP18 、SAP30共同構成Sin3復合物而發揮作用，TGF-β/BMP信號通路基因即以此復合物作為靶點。BMP信號系統可致Smad1蛋白發生磷酸化，在小鼠軟骨細胞中其促使與Smad4蛋白發生作用，Sin3復合物此時即與Smad蛋白作用而抑制TGF-β/BMP信號系統中的目的基因。

二、作用于細胞周期的相關因子，影響細胞增殖與分化

腫瘤的發生通常表現為細胞周期失去正常的信息調控而處于紊亂無序的狀態。在細胞周期中，細胞G1期向S期進展和G2期進入M期是細胞周期的兩個限制點（restrict point），腫瘤細胞的異常增殖的順利進行需要以下3個條件：一是p21WAFI/CIP1 抑制因子（一種重要的細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑CDKI）低水平;二是細胞周期素（cyclin）及周期蛋白依賴激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）及激酶系列的活性，如CDK2等;三是人類視網膜母細胞瘤相關基因（RB）的含量足夠并磷酸化激活，因為RB是G1期cyclin/CDK特異性的底物。HDACs可通過影響以上腫瘤細胞異常增殖的3種作用因子而對腫瘤細胞的增殖分化產生重大影響。

1.抑制p21WAFI/CIP1基因表達，調控腫瘤細胞增殖分化。研究發現Ⅱ類HDACs的重要成員HDAC4在小腸和盲腸增生部位表達而其分化時期明顯減少，在體外培養的克隆癌細胞HCT116中運用的SiRNA干擾技術下調HDAC4的表達，發現可誘導其生長抑制、延緩異種嫁接的腫瘤的生長而增加P21的轉錄。此外，利用免疫共沉淀及序列免疫共沉淀作用分析闡明HDAC4依賴Sp1與P21鄰近啟動子結合，可能直接通過HDAC4-HDAC3-N-COR/SMRT共阻遏復合物來完成，而HDAC4或SMRT的下調提高了鄰近的P21啟動子基因座的組蛋白H3乙酰化水平，證實了HDAC4通過抑制P21的表達而成為一個新型的克隆癌細胞生長增殖的調控因子。此外，依賴SP家族對P21的負性調控作用也有證實表現在Ⅰ類HDACs（如HDAC1、HDAC2及HDAC3）等的分子生物學功能中。

2.作用于細胞周期蛋白及蛋白激酶，影響腫瘤發生發展。研究發現在乳腺癌細胞系中SMAR1（一種基質相關蛋白）160-350位點通過募集作用與HDAC1的一種復合物結構-SIN3及視網膜母細胞瘤袋蛋白結合，新形成的復合物通過對cyclin D1的啟動子上游長達5 kb的基因座去乙酰化而發揮cyclin D1啟動子的抑制作用，且發現在此乳腺癌細胞系中cyclin D1的高誘導表達與SMAR1水平的降低有明顯關聯;而Iguchi等在胰島素瘤細胞中用染色質免疫沉淀法顯示：增長的sex-determining region Y-box 6（即SOX6）表達可明顯誘導cyclin D1的啟動子的H3與H4的乙酰化水平，用HDACs抑制劑和免疫共沉淀分析顯示SOX6通過與HDAC1及β-連珠蛋白作用而抑制cyclin D1的活性。說明Ⅰ類HDACs中的重要成員HDAC1在影響腫瘤細胞周期方面有重要作用。

3.與Rb基因相互作用，影響腫瘤細胞周期。研究發現，激活Rb基因蛋白產物視網膜母細胞瘤相關基因抑制蛋白（RB）調介cyclin A、cdc2、拓撲異構酶Ⅱα等的啟動子的去乙酰化狀態，且此去乙酰化依賴HDACs而發揮作用，證實RB不僅與轉錄因子E2F結合，且通過LXCXE基序與多重共抑制分子（如HDACs）發生相互作用。

三、作用于細胞凋亡相關蛋白，影響細胞凋亡過程

研究發現，在Jurkat細胞（人T細胞淋巴瘤細胞）中，Ⅰ類HDACs中的HDAC3作為多種促凋亡基因的核抑制子，其易以一種細胞和物種非依賴性的方式發生蛋白水解分裂，此分裂依賴于半胱天冬酶（caspase）且導致HDAC3的C-末端部分的缺失。HDAC3的此種分裂激活了一種靶向于HDAC3的抗凋亡基因-Fas編碼基因的組蛋白乙酰化與轉錄活性，進而通過死亡受體途徑而誘導Jurkat細胞凋亡。另Zhu等發現，HDAC2在大部分克隆腫瘤組織與APC抑癌基因不足的小鼠的正常黏膜及腺瘤中高水平表達，由于在APC缺失的HT-29腫瘤克隆細胞中，小分子RNA（siRNA）對高表達的HDAC2的干擾作用可足夠誘導凋亡，表明此同工酶（HDAC2）在抑制HT-29腫瘤克隆細胞的凋亡中發揮特殊作用。

四、聯合血管生成因子，影響腫瘤組織血管移行與形成

研究發現血管內皮生長因子（VEGF）在內皮細胞中通過一種VEFG受體2-磷脂酶Cγ-蛋白激酶C（PKC）-蛋白激酶D（PKD）依賴的途徑刺激Ⅱ類HDACs中的HDAC5的磷酸化與核內輸出，在PKD依賴的磷酸化中一HDAC5特異性缺失的突變體抑制VEGF介導的NR4A1（一種血管生成中的寡核受體）的表達、內皮細胞的移行與體外血管的形成。運用siRNA技術沉默HDAC5，發現成纖維細胞生長因子2（FGF2）與包括Slit2在內的血管生長導向因子的表達受到明顯抑制，說明HDAC5亦可通過抑制對血管內皮細胞的毛細管式“芽生”起重要作用的血管生成基因（如FGF2與Slit2）發揮抗血管形成作用。

研究發現Ⅱ類HDACs中的HDAC7通過PKC/PKD依賴的途徑完成由VEGF介導的磷酸化及核內輸出，此種由VEGF介導HDAC7的分子反應的信號通路對于VEGF誘導的內皮細胞的分化與移行是必需的，其通過抑制依賴或不依賴肌細胞促進因子2（MEF2）基因的表達而調控內皮細胞的功能;除此之外，Ⅱ類中的HDAC4、HDAC5亦可由VEGF介導完成磷酸化，其核內輸出過程可不完全依賴于VEGF完成，提示其可能作用于不同的靶點而在VEGF誘導的血管生成過程中發揮作用。

此外，研究發現HDACs是S1P（鞘氨醇膦酸酯）在細胞內的直接靶標，其最初是一種存在于細胞核中具有生物活性的脂質信使，由2型鞘氨醇激酶（sphK2）產生。SphK2選擇性聚集在編碼細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21或轉錄調節因子c-fos的基因啟動子上。S1P通過特異性結合HDAC1和HDAC2，抑制其活性，進而保護組氨酸末端賴氨酸不被去乙酰化，從而提高組蛋白H3乙酰化的程度，促進轉錄。