以HDAC為靶點的抗三陰性乳腺癌研究進展

王發玲，謝 珂，王艷林，曹春雨

(三峽大學醫學院 腫瘤微環境與免疫治療湖北省重點實驗室，湖北 宜昌 443002)

組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)主要催化組蛋白和非組蛋白賴氨酸殘基的去乙酰化反應，由此調控染色質結構和基因轉錄，并參與腫瘤等多種疾病的發生與發展[1]。研究證實，HDAC的異常高表達與三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)的發生、發展密切相關，是TNBC新的治療靶點和預后標志物。本文就HDAC家族蛋白與三陰性乳腺癌發生、發展以及HDAC抑制劑的研發和其用于抗三陰性乳腺癌治療的最新研究進展做一綜述。

1 HDAC的分類和功能特點

目前發現的人HDAC共有18種，它們分屬兩大蛋白家族，即經典HDAC蛋白家族(HDAC1- 11)和sirtuin蛋白家族(Sirt1- 7)。根據與酵母的同源性及輔助因子的依賴性，人HDAC又可被分為4類：HDAC Ⅰ、HDAC Ⅱ、HDAC Ⅲ和HDAC Ⅳ， 而HDAC-Ⅱ又被分為HDAC Ⅱa和HDAC Ⅱb 2個亞類。HDAC家族成員的分類及特點(表1)。

一般而言, 組蛋白乙酰化有利于DNA與組蛋白解離而使核小體結構松弛，從而使各種轉錄因子和協同轉錄因子能有效結合到相應DNA元件上，由此激活基因轉錄。而組蛋白去乙酰化的作用則是抑制基因轉錄。在細胞核內，組蛋白乙酰化與去乙酰化過程處于動態平衡，該平衡由組蛋白乙酰化轉移酶(histone acetyltransferase, HAT)和HDAC共同調控。HAT能將乙酰輔酶A中的乙酰基轉移到組蛋白特定賴氨酸殘基側鏈中的氨基上，使其攜帶的正電荷消失；HDAC則催化組蛋白中賴氨酸的去乙酰化，使其正電荷得以恢復。去乙酰化且帶正電荷的組蛋白能與帶負電荷的DNA緊密結合，并導致染色質結構致密卷曲和基因轉錄抑制。

2 HDAC與TNBC的發生與發展

TNBC泛指雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)和表皮生長因子受體2(HER2)均低表達或不表達的一類上皮來源的乳腺導管癌。與其他類型乳腺癌(如ER 陽性和HER2陽性乳腺癌)相比，TNBC具有更強的增殖和侵襲能力，易發生遠端器官轉移。因TNBC不表達上述受體，其對內分泌治療和靶向ER和HER2的小分子藥物治療不敏感。目前國內外TNBC治療主要是手術切除結合常規化療，但化療后復發率高，療效不佳。而中晚期TNBC患者則病情進展迅速，多伴有腫瘤轉移，平均生存期僅約12個月，低于其他類型乳腺癌患者[2]。

臨床研究發現，TNBC細胞系和TNBC患者瘤組織中的HDAC表達水平高于其他乳腺癌，并與腫瘤細胞的惡性表型和不良預后正相關。對包括三陰性乳腺癌在內的149例乳腺癌組織樣本進行qPCR分析發現，75例(50.3%)癌組織中有HDAC5 mRNA高表達[3]。長期隨訪研究顯示，HDAC5 mRNA高表達與乳腺癌患者長期無病生存率、存活率和遠端器官腫瘤轉移率顯著性相關。通過長期臨床樣本隊列研究也發現，HDAC2和HDAC3在高侵襲性三陰性乳腺癌患者癌組織中高表達，并且與ER、PR和HER2的低表達顯著相關[4]。

HDAC9對TNBC的發生發展具有重要的調控作用，其在靶向抑制CDKN1A表達的同時抑制促凋亡蛋白Bax和DR4(death receptor 4) 表達，從而抑制腫瘤細胞的凋亡和促進增殖[5]。 此外，HDAC9還可以通過靶向抑制SOX9基因表達而促進腫瘤細胞發生及腫瘤細胞的有絲分裂。而HDAC8則能催化轉錄因子YY1(Ying Yang 1) 乙酰化，繼而上調TNBC細胞系MDA-MB- 231和MDA-MB- 468細胞中突變型P53(R248W突變) 的表達，后者競爭性抑制野生型P53的功能、促進腫瘤細胞惡性增殖[6]。侵襲是腫瘤細胞發生轉移的重要原因，HDAC1、HDAC6和HDAC8均可通過促進基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase- 9，MMP- 9)在MDA-MB- 231細胞中高表達進而增強腫瘤細胞的侵襲能力[7]。HDAC6能夠去乙酰化腫瘤抑制因子MST1的35位賴氨酸，導致其經溶酶體途徑降解從而促進三陰性乳腺癌細胞的增殖[8]。 miR- 15和let- 7是近年來廣泛研究的重要microRNAs，其可通過多種途徑抑制腫瘤細胞增殖、代謝和轉移[9- 10]。新近研究發現，HDAC3通過下調啟動子區組蛋白乙酰化來抑制miR- 15和let- 7基因轉錄，由此促進三陰性乳腺癌細胞的增殖[11]。

除了作用于抑癌基因和腫瘤抑制因子以外，HDAC也可以通過調控不同組蛋白修飾的交叉會話來影響TNBC的發生與發展。本文作者新近研究發現，HDAC5和組蛋白去甲基酶LSD1(lysine specific demethylase)在TNBC患者的組織樣本中均高表達，并與腫瘤惡性程度正相關。HDAC5通過穩定LSD1去泛素化酶USP28的活性來抑制LSD1蛋白的泛素化降解，從而提高LSD1的蛋白水平。此外，HDAC5還能與LSD1形成功能性復合體，協同抑制包括P21在內的多種抑癌基因的表達[12]。LSD1是重要的抗腫瘤表觀遺傳治療靶點，其能夠特異性催化組蛋白H3K4一或二甲基化修飾的去甲基化，從而抑制抑癌基因轉錄[13- 14]。這一發現提示：HDAC5能通過與LSD1的交叉會話來協同促進TNBC細胞增殖和遷移。

表1 HDAC的分類和特點Table 1 Classification and characteristics of HDAC

HDAC對腫瘤干細胞的增殖和干性維持亦具有重要調控作用。HDAC8通過穩定Notch1蛋白導致Notch信號通路過度激活，由此促進乳腺癌腫瘤干細胞增殖[15]。除HDAC8以外，研究發現HDAC1和HDAC7的高表達亦是維持TNBC干細胞干性、促進腫瘤細胞增殖和遷移的關鍵因素。使用siRNA沉默HDAC1或HDAC7均能改變TNBC腫瘤干細胞干性表型，并抑制腫瘤細胞的增殖和遷移[16]。腫瘤干細胞惡性增殖是包括三陰性乳腺癌在內的多種腫瘤發生的始發因素，上述研究結果表明，多種HDAC家族蛋白在TNBC干細胞的干性維持和惡性增殖過程中發揮了重要的作用。

HDAC家族蛋白還可能參與腫瘤免疫逃逸。新近報道，抑制HDAC1可逆轉MDA-MB- 231細胞的免疫逃逸作用[17]，I類HDAC抑制劑entinostat可促進T細胞對MDA-MB- 231細胞殺傷作用。該研究提示，HDAC1可能在TNBC免疫逃逸形成機制中發揮重要作用。

3 HDAC抑制劑在TNBC治療中的應用

由于HDAC與TNBC發生的機制研究不斷取得進展，近年來已開發多種以HDAC去乙酰基酶活性為靶點的小分子抑制劑并單獨或聯合應用于TNBC的基礎和臨床研究。

目前已有的HDAC非選擇性抑制劑主要包括：SAHA(vorinostat)、MS- 275(entinostat)、LBH589(panobinostat)、TSA(trichostatin A)、PXD101(belinostat)和PCI- 24781(abexinostat) 等。而HDAC選擇性抑制劑主要是靶向I類(HDAC1～3，8)和IIb類(HDAC6，10)HDAC，包括HDAC1和HDAC2抑制劑FK228(romidepsin)、HDAC3抑制劑RGFP966、HDAC4和HDAC5抑制劑LMK235、HDAC6抑制劑ACY- 1215(rocilinostat)、tubastatin A和tubacin，以及HDAC8抑制劑PCI- 34051等。值得注意的是，多種HDAC抑制劑不僅抑制去乙酰基酶活性, 而且能夠通過miRNA途徑干預HDAC基因表達。如：多種HDAC抑制劑(trichostatin A，valproic acid，apicidin)均可通過上調miRNA- 125a- 5p而在轉錄后水平下調HDAC5的表達，進而通過caspase3和caspase9信號通路引起TNBC干細胞發生內源性細胞凋亡，從而抑制腫瘤細胞增殖[18]。前述研究顯示使用HDAC抑制劑(SAHA，RGFP966，depsipeptide)亦可逆轉HDAC3介導的miR- 15和let- 7表達抑制。其機制在于，該抑制劑能激活致癌性轉錄因子MYC的表達，后者與miR- 15和let- 7基因啟動子相互作用后, 上調這兩種miRNA的表達水平，繼而介導三陰性乳腺癌MDA-MB- 231和MDA-MB- 468細胞發生凋亡，從而發揮抗腫瘤效應。

目前，HDAC抑制劑與化療藥物聯合應用顯示出較好的抗TNBC增殖效應，如LMK- 235與硼替佐米聯合用于TNBC治療能產生藥物協同作用[3]。除了聯合常規化療藥物，HDAC抑制劑還可與其他分子靶向藥物聯合應用以增強其抗TNBC細胞增殖的作用。將廣譜HDAC抑制劑SAHA與TRAIL(tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand，腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體) 聯合處理三陰性乳腺癌MDA-MB- 231細胞系發現，相較單獨用藥，SAHA與TRAIL聯用可更顯著抑制細胞周期，使G0/G1期的細胞增加但S期細胞減少，同時還通過上調TRAIL死亡受體DR4/DR5表達和抑制抗凋亡蛋白BCL- 2及其下游分子表達而促進癌細胞發生凋亡[19]。

2017年有研究發現，在TNBC小鼠模型中，聯合應用HDAC抑制劑SAHA和辛伐他汀能夠通過激發細胞凋亡和中斷Rab7異戊烯基化明顯降低腫瘤生長速度[20]。同年還發現，選擇性Ⅱa類HDAC抑制劑TMP195可在體內通過調節巨噬細胞表型來改變腫瘤微環境，從而減少小鼠體內的腫瘤負荷、抑制腫瘤細胞肺部轉移[21]。該研究同時發現，TMP195和化療藥物或者與T細胞的細胞周期檢查點阻斷藥物聯合應用能增強化療藥物對三陰性乳腺癌腫瘤抑制的持久性。上述研究提示，抑制HDAC具有重要的抗三陰性乳腺癌治療價值。

4 問題與展望

綜上所述，異常高表達的HDAC可以通過調控癌基因和抑癌基因表達、干預細胞信號通路、促進腫瘤干細胞干性維持以及參與腫瘤免疫逃逸等多種途徑促進TNBC的惡性增殖、侵襲和遷移。且臨床長期隨訪研究發現HDAC的表達水平與TNBC的遠端器官轉移、復發和生存期等顯著相關，顯示HDAC是重要的TNBC標志物和治療靶點。目前已開發多種HDAC小分子抑制劑，其通過抑制HDAC的去乙酰基酶活性能夠有效抑制TNBC腫瘤細胞的增殖和遷移。但由于HDAC作為組蛋白去乙酰基酶既通過催化組蛋白去乙酰化在基因表達調控上游水平發揮抑制作用，又通過去乙酰化蛋白效應分子來發揮功能調控作用，其作用途徑多樣和復雜。目前，HDAC促TNBC發生發展的分子機制尚未完全闡明，如能進一步擴大分析臨床TNBC患者腫瘤樣本中HDAC家族蛋白的表達差異與TNBC惡性程度和轉移的相關性，分析和鑒定HDAC家族蛋白促進TNBC的下游效應分子，將有望闡明HDAC家族蛋白促進TNBC發生的分子機制。此外，HDAC蛋白家族成員眾多，除去乙酰基酶活性外還可通過與蛋白分子形成復合物或相互作用干預靶蛋白的功能，因此必須進一步深入解析HDAC家族各成員的結構和功能特征，才能為特異性HDAC蛋白抑制劑的研發奠定基礎、為抗TNBC的臨床治療提供更有效的靶向治療藥物。