组蛋白去乙酰化酶抑制剂抗肿瘤作用研究进展

中国现代应用药学2016年4月第33卷第4期ChinJModApplPharm,2016April,Vol.33No.4·509·组蛋白去乙酰化酶抑制剂抗肿瘤作用研究进展徐春梅1，张子亦2，陈羲2，金露3，丁玲2*(1.桐乡市中医医院，浙江嘉兴314500；2.浙江大学，杭州310058；3.温州医科大学附属第二医院，浙江温州325027)摘要：组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)在肿瘤发生和发展的多个环节中扮演着非常重要的角色，如肿瘤抑癌基因沉默、细胞分化、血管生成、细胞迁移、细胞周期异常、信号传导及细胞附着等。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histonedeacetylaseinhibitors,HDACIs)可以靶向组蛋白去乙酰化酶调控组蛋白的乙酰化，进而调控关键的抑制肿瘤蛋白和原癌基因，是极具潜力的抗肿瘤药物。HDACIs已经在血液/淋巴系统肿瘤治疗方面取得了一定成果，目前已经有2种HDACIs：SAHA(suberoylanilidehydroxamicacid)和FK228被批准用于治疗皮肤T细胞淋巴癌，当前大量的临床试验正在挖掘HDACIs在实体瘤治疗方面的潜力。尽管目前基于细胞的研究发现HDACIs可以诱导肿瘤细胞凋亡，细胞周期抑制，细胞分化，抑制血管生成和自噬等，但HDACIs发挥抗肿瘤活性的分子机制仍未阐明，其对实体瘤的临床治疗效果及相关治疗策略有待进一步确证。关键词：组蛋白去乙酰化酶；组蛋白去乙酰化酶抑制剂；肿瘤；SAHA中图分类号：R966文献标志码：A文章编号：1007-7693(2016)04-0509-05DOI:10.13748/j.cnki.issn1007-7693.2016.04.029ResearchProgressofAntitumorEffectofHistoneDeacetylaseInhibitorsXUChunmei1,ZHANGZiyi2,CHENXi2,JINLu3,DINGLing2*(1.TongxiangChineseMedicineHospital,Jiaxing314500,China;2.ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,Chinal;3.The2ndAffiliatedHospital&YuyingChildren’sHospitalofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325027,China)ABSTRACT:Histonedeacetylases(histonedeacetylase,HDAC)playsaveryimportantroleininitiationandprogressofcancer,suchasthesilenceoftumorsuppressorgene,celldifferentiation,angiogenesis,cellmigration,cellcycleabnormality,signaltransductionandcelladhesion.Histonedeacetylaseinhibitors(HDACIs)whichmaytargethistonedeacetylaseandregulatehistoneacetylation,andthenregulatekeysuppressorproteinsandproto-oncogene,havegreatpotentialinbeinganti-cancerdrugs.HDACIshavemadeachievementsintreatmentofhematologicalmalignances.Therearealready2HDACIs(SAHAandFK228)havebeenapprovedforthetreatmentofcutaneousT-celllymphoma.AlargenumberofclinicaltrialscurrentlyarebeingexcavatedinHDACIspotentialtreatmentofsolidtumors.AlthoughcellresearchbasedonthediscoveryHDACIscaninducetumorcellapoptosis,cellcycleinhibition,celldifferentiation,inhibitionofangiogenesisandautophagy,etc.,butHDACIsexertanti-tumoractivityofthemolecularmechanismsremainunclear,theclinicaltreatmentofsolidtumorseffectsandrelatedtreatmentstrategiesneedstobefurtherconfirmed.KEYWORDS:histonedeacetylase;histonedeacetylaseinhibitor;tumor;SAHA基金项目：浙江省自然科学基金一般项目(LY14H310008)；浙江省教育厅基金(Y201226213)作者简介：徐春梅，女，药师Tel:[phone]E-mail:[e-mail]*通信作者：丁玲，女，博士，副教授Tel:18857192032E-mail:[e-mail]组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histonedeacetylaseinhibitors，HDACIs)表达的改变、降解和突变都与肿瘤的发展相关，这些改变与以下2种途径有关：修饰基因的转录和非组蛋白HDAC底物。尽管HDACs基因在体细胞中的突变很罕见，但是通过一次大规模的测序后发现乳腺癌样本中的HDAC4会发生突变[1]。而且，在人的上皮样癌的细胞系中也发现有突变，并会导致HDAC2蛋白的平截。HDACs通过诱导关键基因的异常转录，从而调控细胞增殖，细胞周期及凋亡。HDACs作为一种多蛋白复合物产生了这种作用，其中包括共遏制因子DNA结合蛋白如核受体辅阻遏子(nuclearreceptorcorepressor，NcoR)，SMRT(silencingmediatorforretinoidandthyroidhormonereceptors)，SIN3转录调控蛋白家族成员A(SIN3transcriptionregulatorfamilymemberA，Sin3A)，NcoR/SMRT与mSin3和HDACs构成复合物在未结合配体的核受体介导的转录抑制过程中发挥重要作用，这种肿瘤抑制基因转录的表达导致了致癌作用。然而，微点阵分析表明HDACIs仅影响了2%~5%基因的表·510·ChinJModApplPharm,2016April,Vol.33No.4中国现代应用药学2016年4月第33卷第4期达[2]，提示除蛋白的转录调控，还存在其他机制影响HDACs对细胞周期的调控。比如，不同的非组蛋白HDACs底物蛋白的乙酰化水平等。例如，HDAC6使热休克蛋白90(heatshockprotein90，Hsp-90)去乙酰化，增强ATP结合，促进有功能的HSP-90伴侣分子复合物的组装[3]。β-catenin也是HDAC6的底物，它经常在退行性甲状腺癌中发生突变。当HDAC6和β-catenin结合，使β-catenin去乙酰化后，表皮生长因子(epidermalgrowthfactor，EGF)会诱导HDAC6异位，导致β-catenin核定位，从而激活Wnt通路和c-myc的活性。这表明了在肿瘤发展过程中，HDAC6是EGF和Wnt通路之间的联系，并且在肿瘤中当Wnt通路下调时，HDAC6的激活有益于肿瘤的生长[4]。此外，在人的早期结肠癌中，结肠息肉肿瘤抑制基因的丢失可以导致Wnt通路依赖性HDAC2表达增加。而HDAC2被认为可以抑制凋亡[5]。乙酰化也可以影响关键的肿瘤抑制蛋白，比如p53、pRb和癌基因蛋白类(如c-Myc和E2F1)。在G1细胞周期中，组蛋白去乙酰化募集反应的活性与E2F-Rb复合物的表达有关。E2F1被乙酰化的赖氨酸残基是高度保守的，与DNA结合区毗邻，并且乙酰化会增加E2F1DNA结合的活性、反式激活的可能性以及半衰期。1HDACs及其抑制剂组蛋白的八聚体包括1个H3-H4四聚体和2个H2A-H2B二聚体，形成了1个核小体，其周围有146bp的DNA包绕。核小体与组蛋白H1以及其他蛋白质相互作用，使DNA进一步压缩形成染色质。组蛋白的N端尾部区域会发生一系列的酶修饰，包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等，这些修饰会对基因表达产生显著的影响，因此也被称为“组蛋白编码”[6]。组蛋白可以在N端赖氨酸残基上发生可逆的、动态的乙酰化。组蛋白乙酰化和去乙酰化在真核细胞的基因表达和染色体结构修饰上发挥了重要作用，这些作用可以影响组蛋白的性质以及组蛋白和其他蛋白或DNA的关系[7]。组蛋白的乙酰化是被组蛋白乙酰化转移酶(histoneacetyltransferase，HATs)控制的，它可以将乙酰基转移到赖氨酸残基链上。HDACs则负性调控组蛋白的乙酰化水平，降低其乙酰化水平，进而调控许多非组蛋白底物，包括与肿瘤生长、细胞周期控制、凋亡、血管生成和细胞迁移有关的蛋白。HDACs家族成员共18个，可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ共4大类，它们在酶催化活性、分子结构、表达模式上以及亚细胞定位有较大差异。HDACIs是潜在的抑制增殖的化合物，它可以诱导细胞凋亡。因此这些药物可作为潜在的抗肿瘤药物，也可以作为HDACs功能分析的工具药。第Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类属于Zn2+依赖的或经典的组蛋白去乙酰化酶类；而第Ⅲ类属于NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶类。第Ⅰ类介导了细胞内大多数去乙酰化活性，第Ⅱ类主要存在于细胞核以及细胞质中，可能参与神经元的核转运，第Ⅲ类与代谢和寿命调控相关，而第Ⅳ的的功能的研究甚少。其中Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ均有特异性抑制剂[8]。所以尽管对Ⅲ类HDACIs有很强的兴趣，当前HDACIs作为抗肿瘤药物主要靶向Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类酶[9]，有多种化合物正在进行临床试验或者其他阶段的临床前研究。HDACIs可以根据它们的化学结构分为氧肟酸盐、环肽类、苯甲酰按类和脂肪酸类[10]；也可以根据它们对不同HDACs的特异性将其分类。昀近，化学蛋白组学将亲和捕获和定量质谱分析结合起来，证实了HDACIs靶向的是HDAC复合物而不是单独的HDACs。比如，相比于其他有相同催化亚基的Ⅰ类复合物，丙戊酸盐对Sin3复合物的影响更小[11]。Sin3A包含多种蛋白质相互作用的结构域，是一个多蛋白的转录共阻遏复合物的核心组分，通过结合该转录阻遏复合物中的HDAC起到转录抑制的作用。许多HDACIs的抑制活性取决于Zn2+依赖性HDAC酶。其中昀典型的一个例子就是曲古菌素A(trichostatinA，TSA)，它是昀早被确证的HDACIs之一。TSA和HDAC类似物结合的晶型结构显示，保守的去乙酰化酶活性中心包括一个管形的袋、一个锌结合区和2个Asp-His(aspartate-histidine)电荷中继网络。TSA的长脂肪链与管形袋的内部结合，脂肪链末端异羟肟基团与锌结合区通过羰基和羟基相连。SAHA的异羟肟基团与锌离子以相同的方式结合，但是相比于TSA，SAHA的脂肪链与管状袋的连接更少，这解释了为什么SAHA的抑制活性要比TSA低[12]。有一些其他的HDACIs也有相同的机制，包括belinostat，givinostat，panobinostat和dacinostat[13]。2SAHA的抗肿瘤机制当前关于HDAC抑制剂的抗肿瘤作用机制研中国现代应用药学2016年4月第33卷第4期ChinJModApplPharm,2016April,Vol.33No.4·511·究认为其增加了细胞内组蛋白的乙酰化程度，调节多种基因的表达水平，抑制肿瘤细胞的增殖、诱导细胞分化和