組蛋白去乙酰化酶6在相關疾病中的研究進展

張文斌，王瑤，焦方舟綜述 龔作炯審校

組蛋白的乙酰化調節是一種由組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyltransferases，HATs)和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)這兩類具有相反作用的酶共同調節的共價可逆的翻譯后修飾[1]。與其余10種HDACs相比, HDAC6在結構和功能上均具有獨特性，相關研究已發現HDAC6參與了腫瘤、神經退行性疾病、心血管疾病等疾病的發生發展過程，HDAC6也被認為是相關疾病的潛在治療靶點。本文主要對HDAC6及其抑制劑的基礎及臨床研究文獻進行綜述，為HDAC6在疾病中潛在治療應用提供有效的依據。

1 HDAC6的結構與功能

乙酰化修飾是一種由組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyltransferases，HATs)和HDACs共同調節的共價可逆的翻譯后修飾。細胞內乙酰化網絡及通路涉及細胞的各種活動，而廣譜HDAC抑制劑因抑制多種HDACs的活性，因此可能會帶來一些不良反應或毒性。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重的不良反應，其安全性更佳[2]。

哺乳動物體內共有18種HDACs，根據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,又根據催化區域的不同細分為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在結構和功能上均具有獨特性。HDAC6是一種含有2個N端的去乙酰化酶結構域和一個C端的泛素結合域的主要位于細胞質的酶，其相對分子量為131kDa，包含1 215個氨基酸殘基，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[4]。HDAC6可通過對組蛋白、皮層肌動蛋白、過氧化物還原蛋白(peroxiredoxin， Pre)、α-微管蛋白(α-tubulin)、熱休克蛋白90(heat shock protein，HSP90)等底物的乙酰化調控發揮功效[5]。HDAC6在細胞增殖、遷移、凋亡、免疫反應及蛋白降解等方面發揮著重要的作用[2]。

2 選擇性 HDAC6 抑制劑

2.1 羥肟酸類HDAC6抑制劑 Tubacin是第一個被報道的選擇性HDAC6抑制劑，其可顯著升高微管蛋白的乙酰化水平，且不會影響組蛋白的乙酰化水平，但其非藥物樣結構和高親脂性限制了其在臨床的應用[6]。ACY-1215是第一個進入臨床研究的選擇性HDAC6抑制劑，其對HDAC6的抑制性是其對HDAC1、HDAC2和HDAC3抑制性的12、10和11倍。 ACY-1215在低濃度時即可使α-微管蛋白的乙酰化水平升高，高濃度才可升高組蛋白H3和H4的乙酰化水平，提示其對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α-微管蛋白的情況下并不影響組蛋白H3和H4的乙酰化水平，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用前景更光明。

Nexturastat A 是一種通過修飾芳基脲類HDAC抑制劑的結構進而合成的高選擇性HDAC6抑制劑，有研究發現Nexturastat A對黑色素瘤細胞株有一定程度的抑制增殖作用， 且其對腫瘤異種移植模型有更佳的抑制腫瘤增生的功能，因此其抗癌機制可能是基于調節免疫和炎性反應而非直接對腫瘤細胞的毒性[7]。HPOB是一種羥肟酸小分子選擇性HDAC6抑制劑，其對HDAC6的抑制作用約為其他HDACs的30倍以上，有研究顯示HPOB還可增強依托泊苷、阿霉素等藥物誘導腫瘤細胞凋亡作用， 雖然HPOB會抑制正常細胞的增殖，但不會誘導正常細胞的凋亡[8]。還有研究報道HPOB還可通過調節線粒體介導的細胞凋亡途徑對皮質醇刺激的PC-12細胞起到一定的保護作用[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，其可調節前列腺癌細胞的細胞遷移和細胞增殖，并通過升高HSP90的乙酰化水平進而調控雄激素受體的降解[10]。此外，還有含硫鋅離子結合基團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，但目前相關研究較少，其作用機制仍需要進一步的研究。

3 HDAC6與相關疾病

目前，HDAC6在腫瘤、神經退行性疾病、炎性疾病等諸多疾病發生發展過程中的研究越來越得到重視，其在相關疾病中的作用及作用機制也有了一定的研究。相關基礎與臨床研究也表明HDAC6抑制劑對腫瘤、炎性疾病及神經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。

3.1 HDAC6與腫瘤疾病 HDAC6與腫瘤的發生發展關系密切，其通過調控正常細胞轉化為腫瘤細胞、腫瘤細胞侵襲性的形成等方面參與了腫瘤的發生發展過程。HDAC6在正常細胞轉化為腫瘤細胞的過程中發揮著重要的作用。Ras癌基因在腫瘤的發生發展中有著重要的作用，HDAC6缺陷的細胞及小鼠對致癌Ras依賴的細胞轉化抵抗力更強，這可能與HDAC6可通過調控Ras及其下游的PI3K和MAPK信號通路的激活促進腫瘤的發生相關。同時，該研究發現HDAC6在腫瘤細胞獲得抗“失巢凋亡”能力有著關鍵性的作用，在HDAC6缺陷的腫瘤細胞其錨定獨立生長的能力及在小鼠體內形成腫瘤的能力也受到抑制[11]。

與正常細胞相比，轉化細胞內錯誤折疊蛋白的累積增加，腫瘤細胞需泛素—蛋白酶體系統(ubiquitin-proteasome system, UPS)途徑或自噬途徑以加速錯誤折疊蛋白的水解以維持細胞的穩態，而抑制HDAC6活性可增強蛋白酶體抑制劑的細胞毒性，促進腫瘤細胞凋亡，此外，對蛋白酶體抑制劑耐藥的腫瘤細胞聯合使用蛋白酶體抑制劑及HDAC6抑制劑也有促凋亡效應[6]。

血管生成在腫瘤進展和轉移中有著關鍵性的作用，而HDAC6作為一個重要的靶點參與了這一過程。動物及細胞實驗均證明抑制HDAC6可通過HIF-1α/VEGFA信號通路促進肝細胞癌的血管生成[12]。HDAC6在內皮細胞促血管生成作用還與HDAC6介導的細胞極化、細胞遷移、毛細血管樣結構的生成等途徑關系密切。

HDAC6也可能通過增強腫瘤的轉移及侵襲性而對患者的預后產生不良影響。HDAC6可促進黑色素瘤細胞增殖、形成和遷移，同時抑制腫瘤細胞凋亡，增強腫瘤的轉移與侵襲性，使疾病進展[13]。HDAC6還可通過皮層肌動蛋白對肌動蛋白依賴性細胞運動進行調節，進而促進F-纖維型肌動蛋白依賴的細胞轉移[14]。

3.2 HDAC6與神經退行性病變 神經退行性疾病(ND)主要由神經元功能喪失所致，錯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的一個共同特征[15]。細胞內UPS功能改變使其降解錯誤折疊蛋白能力受損，而HDAC6在細胞內錯誤折疊蛋白的識別及降解中發揮著重要的作用，因此，其成為治療神經退行性疾病的潛在靶點。

AD神經元細胞中tau蛋白的過度磷酸化降低了其對微管的親和力并引起細胞骨架的紊亂，最終導致細胞死亡。與正常飲食組相比，AD患者其大腦皮質和海馬體HDAC6表達顯著增高。HDAC6可通過調節微管蛋白的乙酰化水平進而調控微管的功能和穩定性，抑制HDAC6既可增強tau蛋白的降解，還可對β-淀粉樣肽誘導的細胞損傷進行修復，對AD發生發展起到一定的抑制作用[16]。這表明HDAC6與AD發生發展關系密切，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紊亂、α-突觸核蛋白組成的路易體為特征性標志物的遺傳性疾病。當細胞內錯誤折疊蛋白積累時，HDAC6過表達可有效調控細胞內α-突觸核蛋白水平，起到一定的保護作用,而抑制HDAC6則可降低具有隔離毒性物質和增強自噬等保護作用的包涵體水平，加重PD的進展[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試驗中更活躍，在高架十字迷宮實驗中焦慮程度更低，在尾懸掛實驗和強迫游泳實驗中表現出更強的抗抑郁效果[18]。 此外，在小鼠尾懸掛實驗和社會失敗應激致抑郁樣模型中使用腦滲透性HDAC6抑制劑可產生抗抑郁效果[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。

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

HDAC6還與肺動脈高壓關系密切，在肺動脈高壓患者及大鼠模型的肺和遠端肺動脈中均發現HDAC6表達增強[21]。肺動脈細胞包括平滑肌細胞和內皮細胞，其增殖和凋亡的失衡是肺動脈高壓發生發展的重要機制[22]。使用HDAC6抑制劑Tubastatin A可抑制肺動脈高壓平滑肌細胞抗凋亡及增殖能力，并改善肺動脈高壓大鼠右心室收縮壓和肺動脈平均壓。此外， HDAC6沉默小鼠在缺氧條件下其右心室收縮壓、肺動脈平均壓、心輸出量、肺循環總阻力均顯著低于野生型小鼠，證實抑制HDAC6對慢性缺氧性肺動脈高壓小鼠有保護作用[21]。這為肺動脈高壓的治療提供了一個新的治療思路與靶點。

3.5 HDAC6與炎性疾病 類風濕關節炎(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，改善滑膜炎性反應，降低類風濕關節炎評分，證實了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可通過阻斷右旋糖酐硫酸鈉所致的IBD小鼠中性粒細胞的活化和結腸浸潤起到一定的抗炎作用[24]。還有研究發現HDAC6抑制劑LTB2可減少結腸炎小鼠直腸出血和腹瀉癥狀，且該抑制劑的療效優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、氣道重構和氣道高反應性[26]。長期接觸香煙煙霧是慢性阻塞性肺疾病的主要危險因素之一，而用Tubastatin A進行干預可顯著改善香煙煙霧所致的氣道功能障礙，而抑制HDAC6的表達也可能成為治療COPD潛在的治療手段[27]。

此外，還有研究發現與模型組相比，使用選擇性HDAC6抑制劑可能通過抑制TNF-α和IL-6的表達顯著提高脂多糖(LPS)誘導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性腎囊腫的進行性增大有關，并可導致腎功能衰竭，除腎移植外目前對其尚未發現有效的治療措施。有研究發現選擇性HDAC6抑制劑Tubacin可抑制腎上皮細胞細胞內環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)依賴囊性纖維化跨膜轉導調節因子及囊性細胞增生[29]。此外，Yanda等[30]發現HDAC6抑制劑ACY-1215可通過降低細胞內cAMP和Ca2+水平來降低囊腫生長。

腎纖維化是一種以成纖維細胞增殖和細胞外基質(ECM)異常積累為特點的病理改變，是慢性腎病進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Smad3信號通路減輕高血壓所致的小鼠腎臟纖維化及炎性反應[31]。還有研究發現HDAC6可通過對α-微管蛋白的去乙酰化誘導腎纖維化[32]。因此，HDAC6可能成為一個治療腎纖維化的潛在靶點。

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是一種嚴重的高病死率臨床綜合征，其以腎小球濾過率快速下降為特征，并可增加患者慢性腎臟病的發生風險[33]。有研究發現使用選擇性HDAC6抑制劑可通過抑制AKI小鼠HDAC6的表達減輕內質網應激介導的細胞凋亡，進而對AKI小鼠腎臟起到保護作用[34]。此外，Tang等[35]發現HDAC6抑制劑Tubastatin A或HDAC6沉默可抑制順鉑誘導的細胞凋亡，對順鉑誘導的AKI產生一定的保護作用。

4 總結與展望

綜上所述，作為一種結構和功能都很獨特的HDACs，HDAC6在多種疾病的發生發展中起到重要的作用，HDAC6及其抑制劑的臨床和基礎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機制仍需要更進一步的基礎和臨床研究，但HDAC6作為多種疾病的潛在治療靶點備受關注，在疾病的治療中擁有著廣闊的應用前景。