組蛋白去乙酰化酶抑制劑小分子抗炎活性的研究

趙詩雨 劉玉甜 匡海學 呂邵娃

[摘要] 目前，炎性反應和免疫反應疾病的治療引起全球醫藥界的重視，尋找新抗炎藥物以及抗炎活性機制成為研究的熱點。組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACI）具有抑制炎癥細胞生長、導致細胞分化和死亡、抑制炎癥形成等特點。最新研究發現，HDACI可以治療炎癥性疾病。HDACI種類復雜、研究較多，但缺少炎癥研究進展的總結性綜述。故本文對HDACI研究進展以及異羥肟酸類、短鏈脂肪酸類、環肽類和苯甲酰胺類HDACI的主要抗炎機制進行綜述，以期為尋找新抗炎藥物及機制提供思路。

[關鍵詞] 組蛋白去乙酰化酶抑制劑;組蛋白去乙酰化酶;炎癥

[中圖分類號] R977.3 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-7210（2020）04（b）-0020-05

Research of small-molecule histone deacetylase inhibitors on anti-inflammatory activity

ZHAO Shiyu ? LIU Yutian ? KUANG Haixue ? LYU Shaowa

Key Laboratory of Basic and Applied Research of North Medicine of Ministry of Education， Heilongjiang University of Chinese Medicine Basic Research on Pharmacodynamic Substances of Traditional Chinese Medicine and Natural Medicine in Heilongjiang Province， Heilongjiang Province， Harbin ? 150000， China

[Abstract] At present， the treatment of inflammatory response and immune response diseases has attracted the attention of the global pharmaceutical community， while the search for new anti-inflammatory drugs and anti-inflammatory activity mechanism has become a research hotspot. Histone deacetylase inhibitor （HDACI） has the characteristics of inhibiting the growth of inflammatory cells， leading to cell differentiation and death， and inhibiting the formation of inflammation. The latest research found that HDACI can be used to treat inflammatory diseases. The types of HDACI are complex with many studies， but they lack a summary review of progress in inflammation. Therefore， this paper summarizes the research progress of HDACI and the main anti-inflammatory mechanism of HDACI， such as hydroxams， short-chain fatty acids， cyclic peptides， and formamide， in order to provide ideas for finding new anti-inflammatory drugs and mechanisms.

[Key words] Histone deacetylase inhibitor; Histone deacetylase; Inflammation

炎性反應是通過先天免疫受體識別受損細胞和污染物病原體，是對抗潛在危害的第一防御反應。炎癥作為常見又十分重要的基本病理過程，可以誘發很多嚴重的炎癥性疾病[1]。在有關炎癥致病機制和發病機制的分子生物學研究中，表觀遺傳學中組蛋白修飾作為一個重要的研究方法，包括乙酰化、甲基化、磷酸化等[2]。近年來，乙酰化的研究結果顯示，對組蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性的抑制，除能夠產生抗腫瘤作用外，還可以有效地促使炎癥細胞周期阻滯、誘導炎癥細胞凋亡、抑制炎癥生成，起到良好的抗炎效果[3-4]。因此，HDAC抑制劑（HDACI）也成為抗炎藥物研究的新熱點[5]。本文從HDACI與抗炎的關系和研究趨勢進行綜述，以期為抗炎藥物研發者提供參考。

1 HDAC與抗炎的關系

1.1 HDAC的組成與家族成員

組蛋白是一種基本的核蛋白質，負責真核生物中染色體纖維的核部分結構。組蛋白修飾主要由組蛋白乙酰基轉移酶（HAT）[6]和HDAC共同調控。見圖1。至今已經發現的18種HDAC被分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種類型[7]。第Ⅰ類HDAC包括HDAC1-3、HDAC1-8，主要存在于細胞核內，與酵母中的RPD3具有同源性。HDAC1-3形成復合物后才具有去乙酰化酶活性，而HDAC8單獨具有去乙酰化酶活性。第Ⅱ類HDAC包括HDAC4-5、HDAC4-7、HDAC4-9，主要存在于細胞核和細胞質中，與酵母Had-1存在序列同源性。現分為兩類，Ⅱa類引入復合物后才具有去乙酰化酶活性，Ⅱb類單獨具有去乙酰化酶活性。第Ⅲ類與酵母SIR2同源，SIRT1-7被統稱為Sirtuins家族[8-10]，其中SIRT1-3有強去乙酰化酶活性，SIRT4-7有弱去乙酰化酶活性。第Ⅳ類HDAC11，存在于細胞核中。因其與已知的HDAC家族僅有微小的同源性，故單獨一類，具有去乙酰化酶活性。

HDAC：組蛋白去乙酰化酶;HAT：組蛋白乙酰基轉移酶

圖1 ? HDAC和HAT作用機制

1.2 HDAC與抗炎的關系

HDAC的高表達是導致炎癥的重要原因，HDAC在協調細胞信號通路與染色質重塑和轉錄因子功能中發揮重要作用，從而在細胞活化、增殖和分化過程中改變或維持特定基因的表達[11]。在疾病的治療過程中，通過合理抑制HDAC，可以有效恢復HDAC的轉錄調節作用、提高染色質的乙酰化水平、活化特定的基因表達、抑制疾病細胞的增殖并促進疾病細胞的凋亡，從而有效控制病理進程[12]。此外，抑制HDAC可誘導炎癥細胞中細胞因子產生細胞凋亡[13-14]。Cross等[15]以組蛋白去乙酰化酶抑制劑（TSA）和煙酰胺為供試品，采用類風濕性關節炎（RA）患者滑膜巨噬細胞研究對Ⅰ/Ⅱ類HDAC的抑制性。結果顯示，抑制HDAC可以選擇性誘導巨噬細胞凋亡，且炎性刺激增強巨噬細胞對HDACI誘導細胞凋亡的敏感性。而且Ⅰ/Ⅱ類HDAC在控制RA中炎癥、血管生成和細胞存活方面具有重要作用。目前，Angiolli等[2]研究HDAC1、HDAC3、HDAC6、HDAC8對RA成纖維滑膜細胞（FLS）炎癥基因表達有潛在貢獻，發現HDAC1、HDAC3、HDAC6、HDAC8與抗炎有密切關系。

2 HDACI抗炎活性成分的研究進展

2.1 異羥肟酸類HDACI對炎性反應和炎癥因子的調控

異羥肟酸類HDACI是研究最早、最深入、結構簡單且活性較高的一類抑制劑[16]。主要包括TSA、SBHA、Suberyolanilide hydroxamid acid（SAHA）等。異羥肟酸類HDACI中最具有代表的是TSA和SAHA。結構見圖2。

HDACI：組蛋白去乙酰化酶抑制劑

圖2 ? 異羥肟酸類HDACI化學結構

2.1.1 TSA抗炎機制研究進展 ?TSA作為第1個被發現具有HDACI性質的天然活性物質，可以特異性地抑制Ⅰ、Ⅱa類HDAC的活性[17]。TSA可以抑制細胞增殖，促使細胞周期阻滯，誘導細胞凋亡，同時降低炎癥因子水平，起到很好的抗炎作用。干小紅等[18]將小鼠肝組織切片進行HE染色，TSA對照組有明顯的炎癥抑制作用，通過TSA的干預對炎癥組織起到保護作用，防止干細胞的壞死和炎癥的發生。通過酶聯免疫吸附法（ELISA）檢測血清γ-干擾素（IFN-γ）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平，TSA干預組血清IFN-γ和TNF-α水平明顯降低。TSA通過保護健康細胞，顯著降低促炎因子，促進炎癥細胞凋亡，進而起到抗炎作用。

郭艷琳等[19]對致炎導致心肌梗死的大鼠模型組長期給予TSA，發現TSA可以對TNF-α、白細胞介素（IL）-1β、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的產生起抑制作用。同時驗證了核因子（NF）-κB作為促炎癥基因表達的樞紐之一，不但可誘導細胞因子的表達，也可誘導iNOS的表達。TSA發揮抗炎作用可能是通過降低TNF-α、IL-1β等炎癥因子水平，降低iNOS表達;亦可能通過NF-κB的活性，下調iNOS表達來實現。

2.1.2 SAHA抗炎機制研究進展 ?SAHA[20-21]是一種含雜化極性分子的羥肟酸，是羥肟酸類的經典成員，在體內和體外實驗中均具有強大的抗炎活性。相關研究顯示[22-23]，SAHA在體內和體外都減少了TNF-α、IL-1β、IL-6和IFN等促炎細胞因子的產生。實驗以結腸炎患者為模型，改變核小體結構，HDAC允許通過轉錄機制進入染色質復合物DNA。動物實驗模型通過SAHA治療后，明顯抑制IFN-γ、IL-6、IL-1β及人巨噬細胞炎性蛋白2（MIP-2）等促炎細胞因子，細胞凋亡顯著增加。細胞實驗模型抑制促炎細胞因子的劑量依賴、細胞凋亡的誘導以及組蛋白去乙酰化的局部增加。同時明顯減少了固有層巨噬細胞NF-κB，其抑制與促炎細胞因子的顯著抑制相關。值得注意的是，無論是在體內還是體外，SAHA均能顯著抑制促炎細胞因子的產生。

2.2 短鏈脂肪酸類HDACI對炎性反應和炎癥因子的調控

短鏈脂肪酸類是一類結構簡單的HDACI[24]，這類抑制劑穩定性差、選擇性差、體內半衰期短、酶抑制活性低、代謝速度快，一般與其他藥物聯合給藥實現作用。這類HDACI主要有正丁酸、丙戊酸和苯丁酸及其鹽類化合物。見圖3。

HDACI：組蛋白去乙酰化酶抑制劑

圖3 ? 短鏈脂肪酸類HDACI的化學結構

2.2.1 丙戊酸鈉（VPA）抗炎機制研究進展 ?VPA屬于廣譜HDACI，可抑制多種HDAC，臨床上用于癲癇、雙相情感障礙治療。最新的研究顯示[25]，其對炎性反應和纖維化等均有保護作用。Liu等[26]研究顯示，給予VPA可以顯著減少腦脊髓炎大鼠視神經的炎癥，降低INF-γ、TNF-α、IL-1β、IL-17和誘導iNOS的mRNA水平，抑制NF-κB信號通路以及下調CD11b在視神經中的表達。Seet等[27]研究使用結膜瘢痕模型評價VPA對術后炎癥的影響。VPA可以選擇性地調節促炎細胞和分子靶點，從而減輕手術引起的結膜炎癥，VPA通過抑制炎癥和纖維化的關鍵介質，可以有效治療術后炎癥。

2.3 環肽類HDACI對炎性反應和炎癥因子的調控

環肽類HDACI是在各類HDACI中是結構最為復雜的一類，這類抑制劑的數量和類型較多[28]。如環氧酮類、親電子酮類、羥甲基酮類等含酮環肽類HDACI、人工改造合成的含異羥肟酸環肽類HDACI和以Romidepsin（FK228）為代表的含硫環肽類的HADCI。主要包括trapoxin（TPX）、FK228等。見圖4。

HDACI：組蛋白去乙酰化酶抑制劑

圖4 ? 環肽類HDACI的化學結構

2.3.1 FK228抗炎機制研究進展 ?FK228[29-30]是一種不含環氧酮基的環四肽類化合物，作為一種有效HDAC1、HDAC2抑制劑，在無細胞試驗中可達到納摩級別，能有效地抑制細胞生長。除可以調控細胞凋亡和周期相關基因外，還對NF-κB炎癥通路信號有著重要的影響。李夢輝[31]在體外實驗發現，FK228能夠抑制TGF-β1誘導的人類肝星狀細胞活化，并通過調控組蛋白乙酰化水平抑制肝星狀細胞活化從而抑制肝纖維化，肝硬化的發生和發展。其具體機制可能主要與FK228抑制NF-κB核轉位有關。

2.4 苯甲酰胺類HDACI對炎性反應和炎癥因子的調控

苯甲酰胺類抑制劑是一類新型的HDACI，與傳統的異羥肟酸類化合物比較，因含有的獨特的N-（2-氨基苯基）苯甲酰胺藥效基團，使這類HDACI具有更強的HDAC1/2選擇性，并且毒性低、耐受性好[32]。目前進入臨床試驗的苯丙酰胺類HDACI主要有：Entinostat（MS-275）、MGCD0103、CS-055等。見圖5。這類化合物具有抗炎作用，尤其對多種自身免疫型炎癥治療效果明顯。

HDACI：組蛋白去乙酰化酶抑制劑

圖5 ? 苯甲酰胺類HDACI的化學結構

2.4.1 MS-275抗炎機制研究進展 ?MS-275是合成的苯甲酰胺衍生物，可以降低炎癥基因表達起到抗炎作用[33]。Leus等[34]研究MS-275在慢性阻塞性肺疾病（COPD）模型中的作用。結果顯示，在香煙煙霧誘導的C57BL/6小鼠中，MS-275降低了炎癥基因的表達及肺中性粒細胞的流入。在肺間質巨噬細胞中，IL-10的表達僅在mRNA水平上調。MS-275能通過降低促炎因子，有效地減輕由吸煙引起的C57BL/6小鼠中性粒細胞氣道炎癥。

3 結語與展望

HDACI特性以及強大免疫抑制作用，可應用于移植免疫、腫瘤免疫、自身免疫性疾病及神經系統疾病的基礎與臨床研究。作為靶點，為新藥物開發提供新思路。在該領域研究還面臨著諸多問題，如目前尚未明確HDACI在體內如何工作，由組蛋白還是非組蛋白介導。開發對HDAC同工酶或條件性基因敲除小鼠有選擇性的抑制劑可以解決這一領域的一些問題，然而，還需要更多證據證明這些藥物的長期安全性。總之，HDACI在抗炎方面具有廣闊的研究空間和應用前景。

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（收稿日期：2019-07-05 ?本文編輯：王曉曄）