组蛋白去乙酰化酶抑制剂抗肿瘤作用机制研究进展

组蛋白去乙酰化酶抑制剂抗肿瘤作用机制研究进展肿瘤是一种严重威胁人类健康的疾病。肿瘤细胞中组蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylase，HDAC）异常表达，组蛋白大部分呈低乙酰化状态，基因表达异常。HDAC抑制剂（histonedeacetylaseinhibitor，HDACi）能使肿瘤细胞中组蛋白乙酰化水平提高，诱导特定基因激活表达，导致肿瘤细胞的凋亡，因此受到了药物研发人员十分广泛的重视。目前已有HDACi（SAHA和FK228）作为药物在临床中得到了应用。更多的HDACi（MS275、LBH589和PXD101等）则处在相应的药物研发阶段之中。研究表明，HDACi通过纠正肿瘤细胞中组蛋白异常的乙酰化状态，作用于细胞中多条信号转导通路，产生较强的抗肿瘤活性。现对HDACi的作用机制研究进展作一简单综述。内容阻滞细胞周期123诱导自我吞噬4诱导细胞凋亡抑制血管新生发挥协同作用5一、阻滞细胞周期HDACi可以使肿瘤细胞发生细胞周期阻滞，抑制肿瘤细胞生长。HDACi通过诱导肿瘤细胞中CDK抑制剂（p15、p21等）的表达，抑制cyclins和CDK的表达，诱导肿瘤细胞发生G1或G2/M期停滞，从而抑制肿瘤细胞增殖。EunJooNoh等研究表明，HDACi曲古抑菌素A（trichostatinA，TSA）作用于Hela细胞时能降低CyclinB1，Plk1和Survivin的蛋白水平，同时上调CDK抑制剂p21CIP/WAF-1的表达，导致细胞周期停滞于G2/M期。二、诱导细胞凋亡HDACi可以从胞外凋亡和胞内凋亡两条途径诱导肿瘤细胞凋亡。胞外凋亡途径：细胞中死亡受体（deathreceptor，DR）与相应的配体结合后，诱导激活caspase-8和caspase-3介导的细胞凋亡通路，导致细胞凋亡。HDACi可以上调肿瘤细胞中DR及其配体的表达，激活胞外凋亡途径使肿瘤细胞凋亡。胞内凋亡途径：细胞中Bax和Bak能诱导线粒体释放细胞色素C（cytochromec，CytoC），CytoC释放到细胞质后诱导活化caspase-9和caspase-3等，激活胞内凋亡途径。Bcl-2和Bcl-xL能抑制Bax和Bak的这种作用。HDACi作用于肿瘤细胞时能活化Bax和Bak等促凋亡蛋白，抑制Bcl-2和Bcl-xL等抗凋亡蛋白的表达，诱导肿瘤细胞凋亡。此外，胞外凋亡途径中caspase-8激活后，能够裂解BID为tBID，导致CytoC的释放和Bax等蛋白的高表达，引起caspase-9的活化，激活胞内凋亡途径。两条途径相互联系共同发挥作用，导致肿瘤细胞凋亡。Soo-JungPark等研究发现TSA能增强TRAIL对人卵巢癌细胞的诱导凋亡活性。当人卵巢癌细胞对TRAIL耐药时，在TRAIL诱导条件下，TSA能显著活化caspase-8和BID。Caspase-8活化后直接裂解活化下游效应器caspase-3，诱导细胞凋亡。BID裂解活化导致CytoC的释放和Bax蛋白的高表达，进而导致Bcl-2和Bcl-xL蛋白的缺失，最终导致caspase-9的活化，激活胞内凋亡途径。三、抑制血管新生HDACi能够抑制肿瘤血管生成，使肿瘤细胞因缺血、缺氧而部分死亡，从而延缓肿瘤生长和抑制肿瘤转移。HDACi抑制肿瘤细胞中HIF-1α及VEGF的表达，诱导HIF-1α和VEGF受体的降解，上调pVHL的表达，抑制肿瘤血管生成。Kwon等发现FK228在体内和体外都具有较强的抑制血管生成作用。Hela细胞用FK228处理24h后，和未处理细胞相比，细胞中刺激血管生成的因子如VEGF、VEGF受体、FLT1和FLK1等的表达都受到很强的抑制作用，而抑制血管生成的因子如pVHL和NF2都被诱导表达。四、诱导自我吞噬HDACi通过诱导肿瘤细胞发生自我吞噬发挥其抗肿瘤活性。参与调节肿瘤细胞自噬作用的主要有mTOR蛋白复合物、Beclin1复合物和Bcl-2家族蛋白。mTOR能够抑制自噬相关基因1（autophagy-relatedgene1，Atg1）激酶的活性，而Atg1激酶在自噬初期自噬体形成阶段具有关键作用。Beclin1与Vps34/p150形成的复合物在自噬体形成阶段促进细胞的自噬作用。Beclin1与tg14/Atg14L/Barkor形成的复合物则在自噬体成熟阶段促进自噬作用。Bcl-2蛋白主要通过与Beclin1相互作用抑制细胞自噬。HDACi作用于肿瘤细胞时，通过抑制mTOR和Bcl-2家族蛋白的表达，上调Beclin1和Atg蛋白水平等途径，促进肿瘤细胞的自我吞噬。Qi等研究指出在HelaS3细胞中，SAHA可以有效的诱导自噬体的形成。LC3是自噬体的一个重要组成部分，与自噬体细胞膜形成密切相关。当SAHA作用于HelaS3细胞24h后，Beclin1和Atg7蛋白水平升高，LC3-Ⅱ的表达也升高，从而促进自噬小泡的形成。五、发挥协同作用HDACi和其他抗肿瘤化合物联用时往往能增强这些化合物的抗肿瘤活性。Lee等研究发现SNDX-275和melphalan联合作用于MM（multiplemyeloma）细胞时表现出强大的协同作用。SNDX-275是一种HDACi，在细胞培养模型中表现出潜在的抗MM活性，melphalan是一种烷化试剂，通过破坏细胞DNA表现出较强的抗MM活性。当二者联用时，SNDX-275增强了melphalan对MM细胞的诱导凋亡和细胞周期阻滞活性。这可能是由于SNDX-27使核心组蛋白乙酰化后，染色质结构松散，DNA更加暴露，从而增强了melphalan对细胞DNA的破坏作用。综上所述，HDACi作用于肿瘤细胞时，可以诱导肿瘤细胞周期阻滞和凋亡，促进肿瘤细胞自我吞噬。此外，HDACi还可以抑制肿瘤新血管的生成，在和其他抗肿瘤化合物联用时也可以有效的发挥协同作用，抑制肿瘤生长。此外，HDACi的作用底物既有组蛋白，也有许多非组蛋白，如HSP90、α-tubulin等蛋白，因此HDACi广泛参与调节细胞内的各种生化反应。作为一类新型的广谱抗肿瘤药物，HDACi具有很好的临床应用前景。随着分子生物学研究的深入，HDACi抗肿瘤作用机制进一步的阐明，有望发现更好的组蛋白去乙酰化酶抑制剂。