組蛋白去乙酰化酶3調控免疫細胞的發育和功能①

張婷 鄭全輝（華北理工大學基礎醫學院，唐山063210）

組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）是一組表觀遺傳修飾蛋白，通過催化組蛋白或非組蛋白賴氨酸殘基的去乙酰化調節基因表達，一般來說，組蛋白乙酰化導致染色質呈開放狀態，基因轉錄活躍，而組蛋白去乙酰化導致染色質呈致密狀態，抑制基因轉錄。根據蛋白結構、細胞定位、表達方式等差異，哺乳動物HDAC可分為四大類共18個成員［1］。HDAC3屬于第Ⅰ類HDACs，其結構與酵母Rpd3蛋白序列高度同源，但與其他Ⅰ類HDAC成員（HDAC1、HDAC2、HDAC8）的專一細胞核定位不同，HDAC3可在胞核和胞漿中穿梭［2］。HDAC3在機體組織細胞中廣泛表達。近年來研究發現，在免疫系統中、HDAC3對于多種免疫細胞的發育、分化及功能發揮均具有重要調控作用，本文對此進行綜述。

1 HDAC3對T淋巴細胞亞群的調控作用

早在1998年，DANGOND等［3］采用mRNA差異表達分析和5'RACE方法，從人T細胞中克隆獲得HDAC3基因，并且發現HDAC3在受到絲裂原和抗CD3抗體刺激的T細胞中表達增加，提示HDAC3可能在T細胞的活化和增殖過程中發揮重要作用。KIERNAN等［4］在PMA活化的Jurkat T淋巴細胞系中也發現，HDAC3介導的p65去乙酰化是活化T細胞NF-κΒ信號通路的關鍵步驟，提示HDAC3在介導免疫急性期反應以及炎癥反應的重要性。另外，在對比多發性硬化癥（MS）患者和正常對照T細胞對組蛋白去乙酰化酶抑制劑TSA凋亡敏感性的研究中，ZHANG等［5］發現MS患者T細胞對TSA誘導的細胞凋亡產生抗性，這種抗凋亡活性與MS患者T細胞中HDAC3的表達增加同時伴隨促凋亡蛋白p53及其下游信號分子的表達降低有關。

近年來采用特異基因敲除技術，研究者對HDAC3在T細胞亞群發育和功能中的作用有了更深入的了解。首先THAPA等［6］發現CD4/Cre酶介導的HDAC3敲除不影響傳統αβT細胞在胸腺的發育和數量，但導致恒定型自然殺傷細胞（invariant NKT，iNKT）的產生顯著降低；而采用iNKT細胞特異轉錄因子PLZF/Cre酶介導的HDAC3敲除小鼠，研究者發現iNKT細胞死亡顯著增加，但不能被抗凋亡Bcl-2和Bcl-xL基因轉染所糾正。進一步研究發現HDAC3缺失的iNKT細胞中Cyto-ID和LC3A/B表達明顯增加，同時營養受體GLUT1、CD71和CD98的表達明顯降低，表明自噬功能降低可能是HDAC3缺失iNKT細胞死亡的主要原因［7］。WANG等［8］采用Foxp3/Cre酶和CD4/Cre酶分別在調節性T細胞（regulatory T cells，Treg）和傳統αβT細胞特異敲除HDAC3，發現HDAC3對于Treg的產生和免疫抑制功能的發揮具有重要調控作用：HDAC3缺失導致胸腺自然生成的Treg（nTreg）中IL-2的表達顯著增加并伴隨其免疫抑制功能的顯著降低，HDAC3敲除小鼠生長到4~6周時會死于嚴重的自身免疫性疾病，而給HDAC3敲除小鼠輸注正常小鼠的FOXP3+Treg細胞可以減緩自身免疫病的發生，延長小鼠壽命；同時研究者還發現：HDAC3缺失導致外周傳統αβT細胞在誘導條件下產生的Treg（iTreg）顯著下降，同時還產生大量炎癥性細胞因子如IL-2、IL-6和IL-17。另 外，HSU等［9］和WANG等［10］在CD4/Cre介 導 的HDAC3敲除小鼠中進一步發現，HDAC3敲除導致外周免疫器官中成熟CD4+T細胞和CD8+T細胞的數量均顯著減少，并且T細胞表面CD55分子表達降低，但同時CD69和CD44等細胞活化分子表達增加，因此認為HDAC3敲除導致的外周T細胞減少與經典補體途徑激活和活化誘導的細胞凋亡有關。

采用T細胞在胸腺早期發育分子Lck/Cre和CD2/Cre酶介導的HDAC3敲除小鼠，研究者發現HDAC3缺陷T細胞在胸腺CD4/CD8雙陽性階段發育障礙，進而導致胸腺CD4和CD8單陽性T細胞產生減少以及脾臟成熟CD4+和CD8+T細胞數量的顯著降低，而且，CD4+T細胞的降低程度明顯高于CD8+T細胞［11］。同時，HDAC3缺陷CD4/CD8雙陽性T細胞中Runx3和Patz的表達異常增加，導致胸腺CD4單陽性T細胞生成比率進一步降低，而CD8單陽性T細胞比率相對增加［12］。另外，HDAC3在T細胞發育早期敲除導致嘌呤受體P2X7表達增加，致使CD4/CD8雙陽性T細胞對胸腺皮質ATP誘導細胞凋亡的敏感性增加［13］。研究發現，CD2/Cre酶介導的HDAC3敲除T細胞中RORγt表達顯著增加，造成外周殘存CD4+T細胞向Th17細胞分化，并導致HDAC3敲除小鼠易發炎性腸病［14］。進行T細胞受體αβ鏈轉基因只能糾正Lck/Cre酶介導的HDAC3敲除小鼠T細胞發育缺陷，但對CD2/Cre酶介導的HDAC3敲除小鼠T細胞的發育缺陷沒有影響。以上研究結果提示：HDAC3在胸腺T細胞的不同發育和分化階段通過不同機制發揮調控作用，而這種調控對CD4+T細胞發育和分化的影響尤為重要。

2 HDAC3對B淋巴細胞亞群的調控作用

B細胞受體重鏈基因片段重排對于B細胞在骨髓的發育和體液免疫應答功能至關重要。STEN‐GEL等［15］等采用Mb1/Cre酶在B前體細胞中敲除HDAC3，結果發現HDAC3敲除小鼠骨髓中B220+CD43+B前體細胞明顯增加，但在脾臟中成熟B細胞缺失。定量測序結果表明B細胞受體重鏈基因片段VDJ重排缺陷是HDAC3敲除誘發B細胞發育停滯的主要原因。進一步采用CD19/Cre酶介導的HDAC3敲除小鼠，研究者發現HDAC3敲除小鼠在抗原刺激條件下，外周免疫器官生發中心形成缺陷同時伴隨漿母細胞產生的顯著降低，RNA測序結果表明CD86、CD83和CXCR5表達異常增加與HDAC3敲除小鼠生發中心B細胞增殖和漿細胞生成缺陷密切相關［16］。Blimp-1是驅動B細胞終末分化成漿細胞的關鍵調控蛋白，Blimp-1在B細胞中低表達而在漿細胞中表達明顯增加［17］。TANAKA等［18］研究發現HDAC3是調節Blimp-1在B細胞終末分化過程中表達變化的主要蛋白，HDAC3缺失導致漿細胞生成減少，抗體產生水平降低［19］。

3 HDAC3對巨噬細胞的調控作用

巨噬細胞是一群具有異質性的固有免疫細胞，按功能差異可分為非活化巨噬細胞（M0）、經典途徑激活巨噬細胞（M1）和替代途徑激活巨噬細胞（M2）。M1型巨噬細胞通常由IFN-γ和TLR配體如細菌脂多糖（LPS）等誘導M0產生，在多種疾病中具有促進T細胞增殖和炎癥發展的作用；而M2型巨噬細胞主要由Th2型細胞因子如IL-4和IL-13等誘導M0產生，具有抑制炎癥反應、促進組織纖維化和抗寄生蟲感染的作用［19］。MULLICAN等［20］研究發現：HDAC3在巨噬細胞中可通過催化染色質組蛋白賴氨酸的去乙酰化抑制IL-4及其下游眾多基因的表達。HDAC3缺失導致巨噬細胞向M2型轉化，并可減輕曼氏血吸蟲卵感染造成的肺部炎癥反應；SAN‐CHEZ等［21］發現HDAC3的特異抑制劑RGFP966可降低M1型泡沫巨噬細胞的產生，促進M2型巨噬細胞活化，促進脊髓損傷恢復。另外，CHEN等［22］發現HDAC3缺失巨噬細胞與野生型巨噬細胞相比，在受到LPS刺激時IFN-β信號不能被有效激活并導致其下游大量炎性基因表達缺失。HOEKSEMA等［23］發現HDAC3在動脈粥樣硬化損傷部位表達增加并與M1巨噬細胞數量呈正相關，而HDAC3缺失巨噬細胞中促纖維化TGFB1基因表達增加，導致動脈粥樣斑塊膠原沉積增加，斑塊穩定性增強，最終抑制動脈粥樣硬化對機體造成的進一步損傷。此外，研究發現HDAC3也在多種其他M2型巨噬細胞分化抑制機制中發揮作用［24-25］。

總之，近年來對于HDAC3在免疫細胞中的作用及機制研究日漸增多，研究結果表明HDAC3在多種免疫細胞的發育、分化和功能發揮的多個環節發揮作用。而且，HDAC3不僅作用于以上特異種類的免疫細胞，在多能造血干細胞階段，HDAC3通過維持染色質結構和基因組的穩定性促進免疫細胞的正常分化，HDAC3在此階段缺失導致淋巴樣祖細胞不能進行有效DNA復制，發生細胞周期S期阻滯并最終導致淋巴細胞生成的顯著減少［26］。另外，HDAC3還可通過與免疫細胞相互作用的基質細胞或靶細胞，間接調控這些免疫細胞的發育與功能，例如：GOLDFARB等［27］報道HDAC3是調控胸腺髓質上皮細胞發育Notch信號途徑的重要組分，HDAC3表達缺失可導致腺髓質上皮細胞發育受阻并伴隨T細胞陰性選擇障礙。NK細胞主要通過其表面表達的活化和抑制相關調節性受體發揮作用，FOLGUERAS等［28］發現HDAC3是NK細胞活化受體NKG2D配體（NKG2DL）分子的關鍵抑制因子，抑制HDAC3的表達可顯著增強NK細胞對病毒感染或腫瘤等靶細胞的識別和殺傷功能［29］。目前，多種組蛋白去乙酰化酶抑制劑已用于腫瘤、炎性疾病、感染性疾病等多種疾病的臨床治療研究，由于HDAC3在多種免疫細胞及其相關細胞中廣泛表達并且其作用機制復雜［30］，對HDAC3在不同免疫細胞發育、分化和功能調控作用的進一步探討，既有助于深入了解表觀遺傳學調控機制對免疫系統的影響，同時也將對以上疾病的免疫學治療提供新的思路和線索。