組蛋白去乙酰化酶抑制劑在腎臟疾病中的研究進展*

楊曉鵬，田莎莎，郭琿

（1.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西 太原030001；2.山西醫科大學第二醫院 腎內科，山西 太原030001）

真核生物染色質的基本結構單位——核小體，其是由DNA 環繞組蛋白八聚體形成的復合物，其中組蛋白修飾（甲基化、乙酰化、磷酸化、核糖基化等）作為表觀遺傳學調控的方式之一參與染色質的結構重塑和功能改變。組蛋白修飾通過借助組蛋白乙酰轉移酶（histone acetyltransferase, HAT）和組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase, HDAC）動態調節生物體內組蛋白乙酰化的平衡，進而激活或抑制基因表達。近年來，隨著對HDAC 在腎臟疾病研究中的不斷深入，組蛋白脫乙酰酶抑制劑（histone deacetylase inhibitor,HDACi）的應用價值得到了許多關注。本文對HDACi 在腎臟疾病中的應用前景進行綜述。

1 HDAC和HDACi概述

1.1 HDAC

目前已鑒定出18 種HDAC 同工酶，根據其與酵母基因的同源性、亞細胞定位、組織特異性和酶活性分為4 類。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ類HDAC 通過借助Zn2+實現催化活性，沉默信息調節因子2 相關酶（SIRT）（Ⅲ類HDAC）則依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）。Ⅰ類HDAC 與酵母RPD3基因密切相關，包括HDAC 1、2、3 和8[1]。Ⅱ類HDAC 與酵母Hda1基因相關，包括Ⅱa 類（HDAC 4、5、7 和9）和Ⅱb 類（HDAC 6 和10）。Ⅱb 類HDAC 存在2 個催化結構域，其中HDAC6 的第2 個催化結構域具有催化活性，可以對一些非組蛋白底物，如α-微管蛋白、熱休克蛋白90 和皮質酮進行去乙酰化[2]。Ⅲ類HDAC 包括SIRT 1～7。Ⅳ類HDAC 僅包括HDAC 11。目前已發現Ⅰ類HDAC 表達于腎皮質、腎成纖維細胞和腎小管細胞[3]，HDAC 5、6 和11 表達于腎小管細胞[4-5]，HDAC 4 和9 表達于足細胞，SIRT1 表達于腎小管細胞和成纖維細胞[6-7]。研究表明HDAC 的表達和功能異常參與多種腎臟疾病的病理、生理過程，如細胞外基質沉積、氧化應激、炎癥反應及囊腫生長等，而抑制HDAC 的活性則可能作為腎臟疾病的有效治療策略[8]。

1.2 HDACi

HDACi 是具有干擾組蛋白去乙酰化酶功能的化合物，根據所作用的HDAC 類型可分為Zn2+依賴性和NAD+依賴性的HDACi。Zn2+依賴性分為脂肪酸、苯甲酰胺、環肽和異羥肟酸衍生物（見表1）。大多數脂肪酸和苯甲酰胺是Ⅰ類HDAC 抑制劑。環肽特異性抑制Ⅰ類HDAC。多數異羥肟酸類抑制劑具有廣譜活性，因此被稱為pan-HDACi。后者被開發為Ⅲ類HDAC 抑制劑，可以抑制SIRT 的活性[9]。美國FDA 和中國食品和藥物管理局已批準SAHA、FK228、PXD101、LBH589 和CS055 作 為HDACi 應用于臨床治療癌癥[10]。目前，PXD101、MS-275 和SAHA 正處于腎癌的1 期或2 期臨床試驗。

表1 HDACi分類及作用靶點

2 HDACi參與各種腎臟疾病的作用機制

HDAC 的異常活化通過影響基因表達的表觀遺傳調節，與腎臟疾病的發生、發展息息相關。應用HDACi 抑制HDAC 的活化可以改善或逆轉腎臟結構和功能改變，在異羥肟酸衍生物、脂肪酸、苯甲酰胺等HDACi 在腎間質纖維化、糖尿病腎病（diabetic nephropathy, DN）、急性腎損傷等腎臟疾病中均表現出保護作用。

2.1 HDACi與腎間質纖維化

腎間質纖維化是各種慢性腎臟病的共同病理改變，可導致終末期腎衰竭。其特征是上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）、腎間質成纖維細胞活化和細胞外基質（extracellular matrix, ECM）過度積聚。抑制HDAC 活性可以延緩腎間質纖維化進程。

TGF-β/Smad2/Smad3 信號通路可以促進腎間質纖維化的進展，而BMP-7/Smad1/Smad5/Smad8 信號通路則抑制腎間質纖維化的進展。整合素αvβ6 可以激活TGF-β/Smad 信號通路促進腎纖維化的發生、發展[11]。XIONG 等[12]研究發現Ⅱ類HDAC 的激活參與UUO 小鼠腎間質纖維化進程，給予選擇性Ⅱ類HDAC 阻斷劑MC1568 后，αvβ6 表達減少并抑制TGF-β/NF-κB 炎癥通路，而提高了BMP-7、Klotho、基質金屬蛋白酶2 和基質金屬蛋白酶9 的水平，顯著下調腎臟纖連蛋白、膠原蛋白Ⅰ和α-平滑肌肌動蛋白水平，這提示MC1568 可以通過BMP7/TGF-β/Smad 信號通路來延緩腎間質纖維化。此外，新型口服活性異羥肟酸類HDACi CG200745和SB939 均可以抑制TGF-β/Smad 信號通路激活，發揮其抗腎臟纖維化作用[13-14]。選擇性Ⅰ類HDACi 丙戊酸通過抑制TGF-β/Smad 信號通路降低UUO 小鼠細胞黏附分子-1 和趨化因子-1 的表達，減少腎臟巨噬細胞浸潤和肌成纖維細胞的活化，延緩纖維化進程[15]。

腎間質纖維化過程中，Treg 細胞減少，Th17/Treg 比例失衡，使得炎癥進一步放大并加快纖維化進程。在WU 等[16]復制的小鼠UUO 模型中發現，pan-HDACi TSA 可以增強Foxp3基因啟動子中的組蛋白乙酰化來誘導Foxp3 的表達，促進Treg 細胞生成，繼而維持Th17/Treg 平衡延緩腎間質纖維化進程。此外，有學者發現TSA抑制HDAC還將導致細胞因子信號抑制因子1（SOCS1）和SOCS3 啟動子區域的組蛋白超乙酰化，從而上調SOCS1 和SOCS3 的表達，抑制信號傳導及轉錄激活蛋白（STAT3）的磷酸化[17]。

PONNUSAMY 等[7]通 過Sirtinol （SIRT1/SIRT2 選擇性抑制劑）或EX527（SIRT1 抑制劑）作用于腎間質成纖維細胞，發現成纖維細胞活化標志物和增殖標志物的表達均呈劑量和時間依賴性降低。SIRT2抑制劑AGK2 也能抑制腎成纖維細胞的激活，并在較小程度上抑制細胞增殖。以上SIRT1/SIRT2 抑制劑介導的抗纖維化作用與表皮生長因子受體、血小板衍生生長因子受體-B、STAT3的去磷酸化有關。

2.2 HDACi與DN

DN 是糖尿病最主要的微血管病變之一，也是導致終末期腎病的主要病因。多種機制參與DN 的發生、發展，如高血糖、糖基化終產物形成、多元醇途徑激活、活性氧（reactive oxygen species,ROS）生成、氧化應激和線粒體功能障礙等。DN早期表現為腎小球高濾過、系膜細胞肥大和基質沉積，進一步發展為足細胞損傷，引起蛋白尿。

HMG-CoA 還原酶抑制劑他汀類藥物可以降低膽固醇水平。SINGH 等[18]使用阿托伐他汀和依折麥布灌胃處理STZ誘導的糖尿病大鼠，其降血脂無明顯差異，但阿托伐他汀以劑量依賴的方式可增加腎小球系膜細胞H3和H4區域乙酰化，通過抑制HDAC活性發揮腎臟保護作用。另有學者指出他汀類藥物可以通過改變細胞的代謝狀態來調節HDAC 活性[19]。

核因子E2 相關因子2（Nrf2）是細胞內調節氧化還原平衡的重要轉錄因子[20]。DONG 等[21]在STZ 小鼠糖尿病腎病模型中發現丁酸鈉通過抑制HDAC 活性，開放染色質結構，促進轉錄因子與Nrf2基因的啟動子區域結合，進而增加Nrf2基因的表達，胞內過量的Nrf2進入細胞核并啟動其下游靶標血紅素加氧酶-1和醌氧化還原酶的轉錄，阻斷了糖尿病引起的氧化損傷，從而改善DN的炎癥、纖維化等病理改變。

HDAC 參與了DN 的足細胞損傷過程。在高糖處理的小鼠足細胞中HDAC9 表達上調，沉默小鼠足細胞HDAC9 表達可通過JAK2/STAT3 途徑抑制高糖誘導的ROS 生成、細胞凋亡和炎癥反應，并通過恢復Nephrin 和Podocin 的表達水平來減輕足細胞損傷[22]。WANG 等[23]發現HDAC4 在STZ 誘導的db/db 糖尿病小鼠足細胞中表達均上調，并闡明足細胞損傷與HDAC4-STAT1 信號引起的炎癥反應有關，而HDAC4基因沉默恢復了Podocin 的表達并減少濾過屏障功能的受損。

2.3 HDACi與多囊腎

常染色體顯性遺傳多囊腎病（autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD）是人類最常見的遺傳性疾病之一，大多數ADPKD 患者是由PKD1、PKD2基因突變引起的。ADPKD 以雙腎實質多發的囊腫形成，上皮細胞的異常增殖和囊液的分泌為特征表現，引起繼發性腎功能損害，最終導致終末期腎病。

囊性纖維化跨膜轉導調節因子是一種環腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate, cAMP） 激活的氯通道，在ADPKD 囊性組織的頂端上皮中表達。PKD1或PKD2基因突變引起Ca2+穩態失調導致cAMP 水平升高，通過刺激細胞增殖和激活囊性纖維化跨膜轉導調節因子驅動的氯化物分泌，促進囊腫生長和液體積聚。 CEBOTARU 等[24]發現HDAC6 的選擇性抑制劑Tubacin 作用于犬腎上皮細胞后，cAMP 水平降低，進而抑制囊性纖維化跨膜轉導調節因子介導的氯電流來減慢腎囊腫的生長。此外，Tubacin 使囊壁α-微管蛋白和微管的乙酰化水平增加，抑制了囊腫襯里細胞的異常增殖。YANDA 等[25]使用HDAC6 的選擇性抑制劑ACY-1215處理PKD1 突變的小鼠近端小管細胞，發現ACY-1215 也可以通過增加微管蛋白的乙酰化和降低cAMP 水平來延緩囊腫的進展。

pan-HDACi TSA 可通過調節細胞周期來延緩囊腫進展，FAN 等[26]在小鼠PKD1突變的多囊腎模型中發現TSA 其可減少分化抑制因子2 的表達，增加視網膜母細胞瘤蛋白和轉錄因子E2F1 的結合，進而恢復PKD1突變小鼠胚胎腎臟細胞的細胞周期來延緩囊腫的進展；LIVINGSTON 等[27]采用TSA 處理PKD1基因突變小鼠，發現HDAC1 和HDAC3 活性被抑制，從而增加細胞周期蛋白激酶抑制劑p27 的表達而減慢囊腫的生長。此外，TSA 還可通過激活AMP 依賴的蛋白激酶（AMPK）和抑制哺乳動物雷帕霉素靶向基因（mTOR）來增強PKD1基因敲除小鼠的近端腎小管細胞的自噬，進一步延緩囊腫的進展，且TSA 的這一腎臟保護作用可被自噬抑制劑氯喹所阻斷[28]。

2.4 HDACi與急性腎損傷

急性腎損傷（acute kidney injury, AKI）的特點是腎小球濾過率迅速下降，血清肌酐和尿素氮迅速且持續上升，病情兇險，死亡率高。常見病因包括感染、創傷、腎毒性藥物和尿路梗阻等。部分AKI 患者會進展為慢性腎臟病，探究AKI 的有效治療手段至關重要。

在順鉑誘導的AKI 模型中，HDAC1、HDAC2、HDAC3 和HDAC6 的表達增加并加快了小管上皮細胞凋亡，pan-HDACi SAHA 和TSA 可通過AMPK/mTOR 信號通路增強近端腎小管上皮細胞自噬活性減少其凋亡，而自噬抑制劑氯喹及敲除自噬相關蛋白基因則可減弱HDACi 的腎臟保護作用，以上提示HDACi 可通過增強腎臟細胞自噬而發揮腎臟保護作用[29]。其中TSA 的腎臟保護作用還可通過上調活化的小膠質細胞/巨噬細胞WAP 結構域蛋白表達發揮抗炎及抗凋亡作用[30]。在膿毒癥引起的AKI模型中，苯甲酰胺類HDACi MS-275 可通過抑制炎性因子和ROS 的產生，從而減輕凋亡、炎癥及氧化應激誘導的腎組織損傷[31]。

2.5 HDACi與狼瘡腎炎

系統性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus,SLE）是一種多器官自身免疫性疾病，其特征是通過產生致病性抗體形成可沉積在各種組織中的免疫復合物而造成靶器官損傷。腎臟是SLE 常累及的器官之一，臨床多表現為腎炎或腎病綜合征。

漿細胞由B 細胞分化而來，其自身抗體的產生在SLE 的發病機制中起著關鍵作用。選擇性HDAC6 抑制劑Acy-738 通過改變與炎癥和細胞代謝有關的基因轉錄，降低狼瘡小鼠生發中心的活性并抑制B 細胞的激活，減少腎小球區域IgG 和C3 的沉積，改善腎臟病理改變[32]。

3 總結與展望

綜上所述，目前對HDACi 在腎間質纖維化、糖尿病腎病、多囊腎、急性腎損傷和狼瘡腎炎中的作用機制及作為治療靶點有了進一步的認識，但研究僅基于大量動物實驗，缺少人體試驗，實現HDACi對腎臟疾病的治療仍有很多問題亟待解決。如作為治療靶點，大多數實驗研究使用的是異羥肟酸類抑制劑，因其作用靶點廣泛而缺乏特異性，因此其作為藥物的有效性及安全性等問題不可忽視，有必要開發高選擇性的HDACi。目前已有HDACi 進入腎癌Ⅰ期或Ⅱ期臨床試驗，為臨床應用HDACi 治療慢性腎臟病提供了有利的支持。