HDAC-2在COPD治療中的研究進展

黃文鋒 吳嘉冬 李明晶 林業(yè)欣 綜述 陳斯寧 審校

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣西 南寧 530011)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見的、可預(yù)防、可治療的疾病，具有持續(xù)性呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受阻的臨床表現(xiàn)[1]。大多數(shù)COPD患者主要由中性粒細胞、巨噬細胞及其他炎癥細胞聚集在氣道和肺組織中引起慢性氣道炎癥，導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素抵抗[2]。因其發(fā)病率高，從而加重患者、家庭及社會的精神、經(jīng)濟負擔(dān)[3]。據(jù)“全球疾病負擔(dān)研究項目(The Global Burden of Disease Study)”估計，隨著全球發(fā)展中國家吸煙者人數(shù)比例的不斷上升及發(fā)達國家老齡化趨勢增快，到2030年，COPD將升居全球死亡原因的第3位，預(yù)計死亡人數(shù)將接近全球死亡總數(shù)的8.5%[4]。年齡和吸煙是COPD和其他疾病的主要危險因素，也是經(jīng)常導(dǎo)致COPD患者出現(xiàn)多種并存病的因素[5]。 如何較好的控制及治療COPD，是目前許多學(xué)者不斷討論的問題，糖皮質(zhì)激素作為常用的治療藥物，目前發(fā)現(xiàn)COPD患者存在糖皮質(zhì)激素抵抗，且與組蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase-2，HDAC-2)相關(guān)[6]。

1 HDAC-2參與調(diào)控COPD炎癥因子表達

研究發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)參與了許多疾病發(fā)生發(fā)展過程，包括炎性疾病、衰老、代謝紊亂等。HDAC-2為HDAC家族的亞型蛋白之一，主要存在于細胞核中，在調(diào)控細胞生長、炎癥基因的表達等發(fā)揮重要作用，低活性可增加組蛋白乙酰化程度并促進炎癥因子表達，也是COPD患者引起糖皮質(zhì)激素抵抗的主要相關(guān)蛋白[7]。Y.Qu等[8]從COPD患者肺組織或支氣管上皮細胞提取蛋白，證實HDAC-2是COPD氣道或肺組織影響炎癥基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)控因子。該研究提示了HDAC-2是COPD廣泛存在的生物標(biāo)志物之一，組蛋白介導(dǎo)的蛋白修飾在減輕糖皮質(zhì)激素抵抗中占重要地位。國外學(xué)者研究證實組蛋白乙酰化酶(histone acetylase，HAT)與HDAC參與基因轉(zhuǎn)錄和激活，核心組蛋白的乙酰化活性在染色質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域比非活躍區(qū)域高。核心組蛋白分子末端第5個賴氨酸殘基(Lys)通過HAT催化被乙酰化后，發(fā)生DNA解聚現(xiàn)象，促進炎癥基因轉(zhuǎn)錄和炎性蛋白表達。HDAC參與組蛋白去乙酰化，使Lys去乙酰化，帶正電荷且與組蛋白結(jié)合以沉默炎癥基因阻斷轉(zhuǎn)錄[9-11]。因此，越來越多的研究結(jié)果表明，發(fā)生乙酰化的組蛋白影響細胞的生物學(xué)狀態(tài)促進炎性基因轉(zhuǎn)錄，使炎性細胞呈高表達狀態(tài)，提示HAT與HDAC的動態(tài)平衡調(diào)節(jié)，關(guān)乎到炎性基因的轉(zhuǎn)錄和炎性反應(yīng)程度。

2 HDAC-2與COPD的糖皮質(zhì)激素治療

目前，糖皮質(zhì)激素廣泛用于延緩或控制COPD患者病情發(fā)展，但與治療哮喘相比，可用的抗炎療法由于COPD患者對糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)降低而減弱或療效有限[12]。糖皮質(zhì)激素治療COPD時，進入機體后先與糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)的亞型之一GRα結(jié)合成GRα-GC復(fù)合物，并與發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的熱休克蛋白90(heat shock protein 90， hsp90)分離進入細胞核，通過增強細胞核內(nèi)HDAC-2的表達及去乙酰化作用，使染色體結(jié)合更緊密，從而抑制炎癥基因的轉(zhuǎn)錄與表達[13-14]。在煙霧、環(huán)境等有害顆粒產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)及促炎癥因子形成等作用下，糖皮質(zhì)激素核轉(zhuǎn)移減少和組蛋白去乙酰酶活性減弱，去乙酰化作用降低，抑制促炎性基因表達的能力受損，使糖皮質(zhì)激素作用降低形成糖皮質(zhì)激素抵抗現(xiàn)象[15]。賴天文[16]研究提出，健康非吸煙受試者痰液細胞中的HDAC-2明顯高于COPD患者，而經(jīng)煙霧顆粒暴露下的患者HDAC-2表達水平受抑制，從該研究中可得出煙霧顆粒刺激形成的氧化應(yīng)激反應(yīng)使HDAC-2表達降低，且相關(guān)炎癥因子表達較正常組高，明顯減弱了糖皮質(zhì)激素作用。因此，針對糖皮質(zhì)激素受體激活途徑及調(diào)節(jié)HDAC-2的治療可能逆轉(zhuǎn)COPD患者的糖皮質(zhì)激素抵抗。HDAC通過發(fā)生去乙酰化過程后與多種轉(zhuǎn)錄因子(如炎性轉(zhuǎn)錄因子核因子，NF-κB)發(fā)生效應(yīng)，使炎癥蛋白的表達下降[17]。轉(zhuǎn)錄因子在參與細胞炎癥、免疫反應(yīng)和細胞存活的細胞因子、趨化因子和粘附分子的表達中起重要作用[18]。香煙煙霧暴露等復(fù)雜因素刺激下引起的氣道慢性炎癥機制是COPD主要發(fā)病機制之一，而驅(qū)動COPD相關(guān)的炎癥中起著關(guān)鍵的因素，如氧化應(yīng)激，這些都可導(dǎo)致NF-κB活化及抗蛋白酶防御受損，自身抗體產(chǎn)生，通過滅活HDAC-2引起激素抵抗而放大炎癥反應(yīng)[19-20]。伊園等[21]經(jīng)動物實驗證明，使用HDAC阻斷劑可削弱生理濃度的糖皮質(zhì)激素對脂多糖誘導(dǎo)的TNF-α、IL-1β等炎癥因子的抑制作用。孫雪皎[22]研究亦表明，增加HDAC-2的表達可以減輕煙霧顆粒暴露下人單核細胞的激素抵抗。對于上調(diào)COPD患者HDAC-2減輕糖皮質(zhì)激素的抵抗，目前研究認為主要是通過抑制患者體內(nèi)炎癥因子(IL-8、IL-17、TNF-α、MCP-1等)釋放從而減輕炎癥反應(yīng)。而相關(guān)的機制是通過減少HDAC-2磷酸化，抑制NF-κB信號通路，從而減輕COPD患者體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，逆轉(zhuǎn)對糖皮質(zhì)激素的抵抗[23]。因此，組蛋白去乙酰化過程參與了糖皮質(zhì)激素的抗炎效應(yīng)，這也是為什么如今可以考慮通過恢復(fù)HDAC-2活性以逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的抵抗，從而為COPD的治療帶來新的策略。

3 參與調(diào)節(jié)HDAC-2的常用西藥

COPD相關(guān)藥物治療中，參與HDAC-2調(diào)節(jié)的西藥主要有大環(huán)內(nèi)酯類、茶堿、抗氧化劑等。HDAC-2活性的降低會影響COPD患者對激素治療的敏感性，導(dǎo)致疾病無法得到緩解，藥物使用效果欠佳。因此，在臨床上，我們認為能否通過運用大環(huán)類脂類、茶堿、抗氧化劑等藥物上調(diào)COPD患者體內(nèi)細胞對HDAC-2的表達，從而產(chǎn)生對糖皮質(zhì)激素的增敏作用，逐步形成聯(lián)合用藥體系，以達到最佳血藥濃度治療COPD的治療效果。

3.1大環(huán)內(nèi)酯類藥物對HDAC-2的調(diào)節(jié) 大環(huán)內(nèi)酯類藥物有上調(diào)HDAC-2表達的作用。大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過抑制NF-κB或磷酸肌苷3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/Akt及其他轉(zhuǎn)錄因子來抑制炎癥基因表達降低炎癥因子釋放，這種抗炎癥作用機制可能與其他抗生素作用無關(guān)[24]。L.J.Miao等[25]研究發(fā)現(xiàn)，大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過上調(diào)機體HDAC-2蛋白的表達，抑制炎癥因子如IL-8、MCP-1的釋放，且HDAC-2的下降與IL-8、MCP-1等炎癥因子表達增高呈負相關(guān)，通過HDAC-2介導(dǎo)的組蛋白修飾在COPD炎癥反應(yīng)中有積極作用。S.Mikura等[26]動物實驗表明，在肺氣腫模型中，紅霉素可以緩解氣道、肺實質(zhì)和肺血管系統(tǒng)的炎癥，保護肺泡的結(jié)構(gòu)完整，支氣管肺泡灌洗液中的炎癥細胞(如嗜中性粒細胞、淋巴細胞和巨噬細胞)明顯減少。M.Li[27]等在一項細胞實驗中提出，HDAC-2具有調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而影響炎癥基因表達，并且證實紅霉素可以通過增加由香煙煙霧提取物(CSE)損害的HDAC-2蛋白表達來逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素抵抗。該研究提示，大環(huán)內(nèi)酯類藥物調(diào)節(jié)HDAC-2緩解COPD患者慢性氣道炎癥的治療方法是有療效的。高增艷[28]以Western-bolt法測定COPD模型的肺組織中HDAC-2的表達，結(jié)果顯示COPD模型組大鼠HDAC-2表達量減少。然而，經(jīng)紅霉素處理后，HDAC-2在大鼠體內(nèi)的活性增加，糖皮質(zhì)激素抗炎作用增強，從而逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的抵抗，這可能與PI3K信號通路有關(guān)。Y.Kobayashi[29]等采用一種新型大環(huán)內(nèi)酯類藥物(SOL，CEM-101)作用于經(jīng)氧化應(yīng)激刺激的U937細胞，發(fā)現(xiàn)其能抑制PI3K途徑增加組蛋白去乙酰化酶HDAC-2活性，且在動物實驗中驗證了該藥物聯(lián)合使用抑制嗜中性粒細胞作用效果優(yōu)于單用糖皮質(zhì)激素。這意味著大環(huán)內(nèi)酯類藥物可以上調(diào)HDAC-2改善COPD患者出現(xiàn)的糖皮質(zhì)激素抵抗現(xiàn)象，可能成為治療COPD炎癥控制的一個新靶點。

3.2茶堿對HDAC-2的調(diào)節(jié) 在臨床上使用茶堿治療COPD已有數(shù)十年歷史，但因其不良反應(yīng)多而被其他藥物替代，使得茶堿類藥物無法在臨床上廣泛運用。近些年，學(xué)者們在臨床及實驗上研究低劑量茶堿的應(yīng)用價值，并證實小劑量茶堿聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療COPD取得較好的治療效果，其作用主要依靠干預(yù)糖皮質(zhì)激素抗炎機制提高治療療效[30]。運用茶堿治療COPD時，可降低中性粒細胞的趨化性、黏附性、脫粒性，可以直接松弛支氣管平滑肌，還可通過刺激氣道纖毛的擺動頻率并促進小氣道黏液分泌來改善纖毛的清除功能。茶堿的運用，尤其對茶堿的濃度使用有嚴(yán)格要求，大劑量的茶堿運用會給COPD患者帶來嚴(yán)重的副作用，甚至是出現(xiàn)茶堿中毒癥狀，與之相反，低劑量聯(lián)合糖皮質(zhì)激素使用則被證明在抑制COPD的氣道炎癥方面是有效的且安全的[31]。提示目前臨床上使用低劑量茶堿抑制炎癥是否安全得到保障。T.Yasuo等[32]研究證實氧化應(yīng)激處理降低了HDAC-2的活性，而茶堿聯(lián)合地塞米松通過阻斷PI3K通路δ亞型減輕組蛋白乙酰化，從而抑制炎性基因的轉(zhuǎn)錄，提示了茶堿的聯(lián)合使用在恢復(fù)HDAC-2活性，逆轉(zhuǎn)COPD的糖皮質(zhì)激素抵抗發(fā)揮重要作用。X.Sun等[33]研究發(fā)現(xiàn)，茶堿可通過激活HDAC-2蛋白活性恢復(fù)由煙霧顆粒誘導(dǎo)的糖皮質(zhì)激素敏感性，且使HDAC-2活性恢復(fù)至控制水平與低劑量茶堿相關(guān)而非高劑量。王曉晟等[34]研究觀察中得出，與單用糖皮質(zhì)激素相比，茶堿聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療的患者肺功能、CAT評分均明顯改善，此外，HDAC-2在外周血單核細胞活性顯著高于單用糖皮質(zhì)激素，進一步證實茶堿能夠恢復(fù)HDAC-2活性增加COPD患者本身對糖皮質(zhì)激素的敏感性。基于這一理論可知，茶堿的聯(lián)合應(yīng)用可能是提高糖皮質(zhì)激素治療COPD抗炎療效的有效途徑之一。

3.3抗氧化劑對HDAC-2的調(diào)節(jié) 在感染性疾病中，由于機體氧化和抗氧化失衡導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷加重，所以當(dāng)COPD患者處于慢性期合并感染時，氧化應(yīng)激損傷程度則更嚴(yán)重。呼吸道最重要的抗氧化劑是過氧化氫酶，位于下呼吸道上皮內(nèi)襯液，且覆蓋了氣道上皮細胞，煙霧顆粒穿透上皮內(nèi)襯液屏障后，到達氣道上皮細胞并破壞氣道結(jié)構(gòu)[35]。應(yīng)用抗氧化劑干預(yù)COPD實驗[36]中提出氧化應(yīng)激能增強組蛋白乙酰化，激活炎性基因轉(zhuǎn)錄可引起HDAC-2上的酪氨酸殘基被硝化，導(dǎo)致其失活、泛素化和降解。目前，一項研究[37]表明，使用抗氧化應(yīng)激劑依達拉奉治療COPD中指出，依達拉奉聯(lián)合布地奈德組血清及肺泡灌洗液中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、TNF-α及炎性因子IL-17，均低于布地奈德組。因此，我們可得出，抗氧化作用可降低機體炎癥反應(yīng)，改善機體對糖皮質(zhì)激素的抵抗且其機制與HDAC-2的調(diào)節(jié)有關(guān)。谷胱甘肽合成的底物N-乙酰半胱氨酸(NAC)是當(dāng)前內(nèi)源性抗氧化劑中應(yīng)用較為廣泛且能阻斷組織損傷的黏液溶解劑，NAC的黏液和抗氧化作用在COPD的治療中具有重要的價值，聯(lián)合應(yīng)用糖皮質(zhì)激素可以顯著降低COPD患者惡化的幾率[38]。另外，H.N.Tse 等[39]試驗表明，高劑量NAC治療一年可顯著改善小氣道功能，降低COPD患者的發(fā)作頻率，提示使用NAC治療COPD可能是有益的。

4 小結(jié)與展望

COPD治療中的糖皮質(zhì)激素抵抗機制一直作為學(xué)術(shù)研究的焦點。如今，諸如大環(huán)內(nèi)酯類、茶堿、抗氧化劑等藥物可通過上調(diào)COPD患者體內(nèi)的HDAC-2活性提升機體對糖皮質(zhì)激素抗炎敏感性，此外還有其他類型藥物，如：趨化因子受體拮抗劑、PI3K抑制劑等均能通過相關(guān)機制減輕糖皮質(zhì)激素抵抗，但相關(guān)藥物均未進入臨床試用階段。亦有研究[40]發(fā)現(xiàn)，部分中藥有效成分如：姜黃素等可抑制P38/NF-κB等信號通路減輕COPD患者炎癥釋放，提示部分中醫(yī)藥可能是減輕COPD患者糖皮質(zhì)激素抵抗的有效途徑之一。在臨床上，糖皮質(zhì)激素是治療COPD的重要藥物，但患者容易出現(xiàn)糖皮質(zhì)激素抵抗降低了疾病的治療效果，這也成為當(dāng)今治療COPD的一個難點。對于目前臨床及實驗研究中，提高HDAC-2蛋白表達的西藥研究主要集中在大環(huán)類脂類藥物、茶堿、抗氧化劑等方面，與糖皮質(zhì)激素合用能夠提高糖皮質(zhì)激素抗炎癥效應(yīng)，并使COPD患者使用同等劑量達到更好治療效果。期待新型茶堿、激素制劑及其他能增加HDAC-2活性藥物研究發(fā)展，為今后COPD應(yīng)用糖皮質(zhì)激素治療展開新的領(lǐng)域。