組蛋白去乙酰化酶4 與乳腺癌關(guān)系的研究進(jìn)展△

葉小帆，趙云燾，劉奕峰，張嘉樂，李華琴，吳文梅#

1廣東藥科大學(xué)生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院/廣東省生物技術(shù)候選藥物研究重點實驗室，廣州 510006

2廣州新華學(xué)院健康學(xué)院，廣州 510520

世界衛(wèi)生組織（WHO）國際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的2020 年全球癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)顯示，全球新發(fā)乳腺癌首次超過肺癌，成為全球第一大惡性腫瘤[1]。目前，根據(jù)組織學(xué)分類和分子分型可以將乳腺癌分為：Luminal A 型、Luminal B 型、人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）過表達(dá)型和三陰性乳腺癌[2]。目前，手術(shù)聯(lián)合化療是乳腺癌的主要治療手段，但化療藥物具有較強(qiáng)的不良反應(yīng)和耐藥性，影響了患者的生活質(zhì)量和臨床療效[3-4]。近年來，隨著分子生物學(xué)和基因測序技術(shù)的發(fā)展以及乳腺癌分子研究的逐漸深入，分子靶向治療已成為乳腺癌治療的熱點[5-6]。組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）4 被證實在腫瘤中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，與多種細(xì)胞惡變和腫瘤進(jìn)展有關(guān)[7]。目前研究表明，HDAC4基因表達(dá)失調(diào)與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文主要分析HDAC4 調(diào)控乳腺癌發(fā)生發(fā)展的病理機(jī)制，為乳腺癌的分子靶向治療尋求新靶點和治療思路。

1 HDAC 的分類

HDAC基因家族包括18 個成員，根據(jù)這些基因與各自酵母直系的同源性可以將其為分Ⅰ～Ⅳ類[8]：Ⅰ類包括HDAC1、HDAC2、HDAC3 和HDAC8；Ⅱ類包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9 和HDAC10；Ⅲ類包括SIRT1～7；Ⅳ類包括HDAC11。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類共11 個成員被稱為經(jīng)典HDAC，而7 個Ⅲ類成員被稱為sirtuin。Ⅱ類HDAC 可進(jìn)一步分為兩個亞組：Ⅱa 類和Ⅱb類，Ⅱa 類包括HDAC4、HDAC5、HDAC7 和HDAC9，而Ⅱb 類包括HDAC6 和HDAC10[9-10]。

2 HDAC4 的生物信息學(xué)特征

人源性的HDAC4基因片段長度為353.49 kb，位于染色體2q37.3 上，可產(chǎn)生8980 個堿基對[11]，是一種相對分子質(zhì)量大的蛋白，具有延伸的N 端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域和C 端尾巴[12]。研究表明，HDAC4 蛋白不具有結(jié)合DNA 的活性，主要與其他蛋白相互結(jié)合形成具有調(diào)解活性的轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物，并通過誘導(dǎo)組蛋白的去乙酰化使染色體凝聚而抑制轉(zhuǎn)錄，最終阻斷基因表達(dá)[13]。與Ⅰ類HDAC 相比，HDAC4 可在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭，而HDAC4的位置決定了某種蛋白在細(xì)胞和組織中生理和病理方面發(fā)揮的重要作用[14]。HDAC4 在亞細(xì)胞定位的關(guān)鍵是其磷酸化狀態(tài)。磷酸化的HDAC4 可與伴侶蛋白14-3-3結(jié)合，進(jìn)行核輸出[14]。HDAC4的磷酸化可以由一系列不同的激酶介導(dǎo)，包括鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶[15]、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2、蛋白激酶A 和糖原合成酶激酶3[16]。HDAC4 可以使組蛋白和非組蛋白發(fā)生去乙酰化，與Ⅰ類HDAC 不同，HDAC4 僅在與HDAC3 和視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤相關(guān)蛋白48（retinoblastoma associated protein 48，RbAp48）相互作用時才獲得去乙酰酶活性[14]。

3 乳腺癌的癥狀和發(fā)病機(jī)制

早期乳腺癌的癥狀多不明顯，以乳腺腫塊、乳頭溢液、乳腺皮膚異常等局部癥狀為主，臨床表現(xiàn)不明顯，容易被忽視[17]。

乳腺癌的發(fā)病原因有多種，包括遺傳因素、基因突變、機(jī)體免疫功能下降、神經(jīng)功能異常等，其中最主要的是基因突變[18]。惡性腫瘤的發(fā)生是一個長期的、受多因素調(diào)控的過程。近年來，隨著分子生物學(xué)的大力發(fā)展，從癌基因和抑癌基因的角度為乳腺癌的發(fā)生提供了更有力的證據(jù)[19]。研究顯示，與乳腺癌相關(guān)的因子有多種，如HER2、乳腺癌易感基因1（breast cancer susceptibility gene l，BRCA1）、雌激素、孕激素、c-Myc 等[20]。

4 HDAC4 與乳腺癌的關(guān)系

楊東等[21]采用免疫組化法檢測46 例乳腺癌組織、26 例導(dǎo)管內(nèi)原位癌組織及19 例正常乳腺組織中HDAC4 蛋白的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管內(nèi)原位癌和乳腺癌組織中HDAC4 的陽性表達(dá)率分別為46.2%和71.7%，均明顯高于正常乳腺組織的15.8%，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹤0.01）。因此，HDAC4 蛋白在乳腺癌中的表達(dá)可作為乳腺癌的輔助診斷指標(biāo)之一，有望為乳腺癌的診斷及預(yù)后評估提供參考。

目前，化療仍是乳腺癌的主要治療手段，但耐藥性是導(dǎo)致乳腺癌化療失敗的主要原因，也是腫瘤治療中最棘手的問題[22]。Yu 等[23]研究表明，HDAC4是5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）化療耐藥的關(guān)鍵基因，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，HDAC4介導(dǎo)的SMAD4啟動子去乙酰化可能導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞對5-FU 耐藥。同樣，耐藥性也是雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性乳腺癌患者接受他莫昔芬治療的難點[24]。研究表明，ER 陽性MCF-7/TR 細(xì)胞中miRNA-10b 的內(nèi)源性水平顯著升高，其表達(dá)與細(xì)胞侵襲及對他莫昔芬誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的抗性增加相關(guān)，而HDAC4 是miRNA-10b 的新型靶點，HDAC4 的表達(dá)與他莫昔芬的耐藥性呈負(fù)相關(guān)[25]。因此，靶向HDAC4 或可減少miRNA-10b 介導(dǎo)的他莫昔芬耐藥。由此可見，HDAC4 異常表達(dá)對不同藥物治療乳腺癌患者的影響是不同的，HDAC4 對乳腺癌的作用是雙面的。因此，為探尋HDAC4 對乳腺癌更準(zhǔn)確的作用，研究HDAC4 與乳腺癌之間的作用機(jī)制至關(guān)重要，可以為乳腺癌患者提供更優(yōu)的治療策略。

Hsieh 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-125a-5p 通過與HDAC4mRNA 的3'非翻譯區(qū)（3'-untranslated region，3'-UTR）結(jié)合直接靶向和阻斷HDAC4 的表達(dá)，從而抑制乳腺癌細(xì)胞增殖。miRNA-125a-5p 可能通過抑制HDAC4 的表達(dá)抑制乳腺癌的發(fā)生發(fā)展，但具體機(jī)制尚不明確，HDAC4 和乳腺癌之間的作用機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。Mansouri 等[27]采用MCF-7 細(xì)胞檢測橄欖苦苷（oleuropein，OLE）的潛在促凋亡和抗侵襲作用，通過定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT- PCR）檢測HDAC1、HDAC4mRNA 的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OLE 可能通過調(diào)節(jié)MCF-7 細(xì)胞中重要的表觀遺傳因子HDAC4 的表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而抑制細(xì)胞增殖和侵襲。Wang 等[28]研究表明，miRNA-22 可能直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄抑制因子叉頭框蛋白P1（forkhead box P1，F(xiàn)OXP1）和HDAC4 的表達(dá)，并引起組蛋白和p53 乙酰化改變，從而影響p21Cip1/Wafl 和p27Kipl的表達(dá)，進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致S 期細(xì)胞阻滯。由此可見，F(xiàn)OXP1和HDAC4的3'-UTR中的靶位點在進(jìn)化上高度保守，但并未說明miRNA-22 調(diào)控乳腺癌的通路中FOXP1 和HDAC4 之間的相互關(guān)系。

研究顯示，乳腺癌細(xì)胞通過HDAC5 和HDAC7表達(dá)的代償性增加來響應(yīng)HDAC4 耗竭[26]。Wang等[28]的研究采用miRNA-22 抑制劑抑制miRNA-22的表達(dá)，可促進(jìn)182R-6 細(xì)胞中FOXP1 和HDAC4 過表達(dá)，但組蛋白乙酰化并沒有預(yù)期衰減，這可能與HDAC 家族表達(dá)代償性增加來響應(yīng)HDAC4 耗竭有關(guān)。Zhao 等[29]的研究表明，絲氨酰tRNA 合成酶（seryl tRNA synthetase，SerRS）過表達(dá)可抑制脂質(zhì)合成能力，明顯抑制乳腺癌細(xì)胞增殖。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HDAC4 和HDAC5 都能調(diào)節(jié)SerRS 在賴氨酸323 位點的乙酰化，從而調(diào)節(jié)其在乳腺癌細(xì)胞中的核定位[29]。未來在HDAC4 和乳腺癌關(guān)系的研究中，除單一考慮HDAC4 對乳腺癌的影響之外，還需考慮HDAC 家族表達(dá)的代償性，這或許會成為將來通過HDAC4 治療乳腺癌的一個難點，值得臨床進(jìn)一步研究。

由此可見，靶向HDAC4 是解決乳腺癌耐藥性和miRNA 介導(dǎo)乳腺癌的關(guān)鍵靶點。此外，HDAC4似乎存在新身份，與以往HDAC4 致瘤作用機(jī)制有所不同。在今后研究HDAC4 和乳腺癌的相關(guān)機(jī)制時，有必要考慮到HDAC4 對乳腺癌的雙重作用，還需考慮HDAC 家族表達(dá)的代償性，這樣才能為乳腺癌的分子靶向治療尋求新的、更為精確和有效的靶點。

5 HDAC 抑制劑（histone deacetylase inhibitor，HDACi）在乳腺癌治療中的應(yīng)用進(jìn)展

HDACi 以HDAC 為靶點，通過抑制HDAC 活性、調(diào)節(jié)組蛋白的乙酰化狀態(tài)、促進(jìn)抗腫瘤轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)、調(diào)控相關(guān)信號通路，發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[30]。目前已有多項Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗證實了HDACi 在乳腺癌中的療效及安全性，期待更多的Ⅲ期臨床試驗提供更高級別的證據(jù)，為耐藥性乳腺癌患者的治療提供更多選擇。目前，被報道的HDACi大多數(shù)屬于鋅離子依賴型，根據(jù)其與鋅離子結(jié)合基團(tuán)的不同，可將其分為異羥肟酸類、苯酰胺類、環(huán)肽類、羧酸類、親電酮類和三硫代碳酸類6 種類型[31]。Ⅱa 類HDACi 主要是非選擇性泛HDACi，包括羅米地辛（Romidepsin）、伏立諾他（Vorinostat）和貝利司他（Belinostat）。Macabuag 等[32]首次報道了選擇性降解HDAC4 的雙功能降解劑，這些降解劑通過泛素-蛋白酶體途徑發(fā)揮作用，并選擇性地降解HDAC4 而不是其他Ⅱa 類HDAC 亞型（HDAC5、HDAC7 和HDAC9），并探究其在亨廷頓病中的作用。由此可見，雖然HDACi 在乳腺癌的治療中取得了不少突破性進(jìn)展，但在乳腺癌的治療上，針對HDAC4 亞型的選擇性抑制劑還沒有出現(xiàn)，這或許會成為乳腺癌治療中值得探討的方向。

6 小結(jié)與展望

綜上所述，HDAC4 蛋白作為組蛋白去乙酰化酶家族成員之一，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而其在乳腺癌中的異常表達(dá)也得到證實。但對于HDAC4 與乳腺癌間關(guān)系的研究還需進(jìn)一步闡明以下5 個方面問題：①HDAC4 在乳腺癌發(fā)生發(fā)展過程中更詳細(xì)的作用機(jī)制，HDAC4 是如何調(diào)控或抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖？HDAC4 下游的作用靶點有哪些？是如何發(fā)揮作用的？②進(jìn)一步指出SMAD4如何進(jìn)行乙酰化和如何介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞對5-FU 的耐藥，是否存在其他基因與SMAD4 相互作用從而介導(dǎo)了5-FU 的耐藥性。③miRNA-22 直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄抑制因子FOXP1 和HDAC4 的表達(dá)，并引起組蛋白和p53 乙酰化的改變，但FOXP1 和HDAC4 后續(xù)是如何影響p21Cip1/Wafl 和p27Kipl 表達(dá)的機(jī)制尚未闡明。④HDAC4 對乳腺癌的作用是雙面的，檢測HDAC4 在乳腺癌組織中準(zhǔn)確的表達(dá)量，對乳腺癌的治療尤為重要。⑤HDAC 家族表達(dá)存在代償性增加來彌補(bǔ)HDAC4 的耗竭，如何解除HDAC 家族的代償性增加對乳腺癌的治療尤為重要，需進(jìn)一步研究。研究HDAC4 對乳腺癌發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制，可為乳腺癌的治療提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)，從而提高乳腺癌的療效。同時，也可以為其他腫瘤的治療提供借鑒和參考。