组蛋白去乙酰化酶在乳腺癌中的研究进展

【摘要】随着表观遗传学在肿瘤中的深入研究，发现组蛋白去乙酰化酶在大多数恶性肿瘤中都有不同程度的表达上调，乳腺癌作为女性最常见的实体性肿瘤之一，也被证实存在组蛋白去乙酰化酶的表达异常。本文通过回顾近年来组蛋白去乙酰化酶在乳腺癌中的研究状况，简要总结了组蛋白去乙酰化酶在乳腺癌中的表达情况;与雌/孕激素受体的关系及其相互调控机制;组蛋白去乙酰化酶作为临床治疗靶点的应用前景和可能面临的挑战。

组蛋白乙酰化(histone acetylation)与去乙酰化(deacetylation)是组蛋白重要的表观遗传学修饰方式，二者通过组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltransferase，HATs)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDACs)实现相互转化，动态调节基因转录活化与转录抑制间的平衡。研究发现HATs/HDACs调节的失衡是许多肿瘤发生与演进的重要因素［1］，HDACs可从基因转录调控、信号转导、分化凋亡等多种途径促进肿瘤发生，因此被视为肿瘤治疗的新靶点。乳腺癌是女性常见的实体性恶性肿瘤之一，近年的研究发现HDACs在乳腺癌的发生、演进中也具有一定作用，有望为临床难治性乳腺癌提供新的治疗手段和方法，是目前乳腺疾病研究领域关注的热点。

1　组蛋白的结构和修饰方式

真核细胞染色质的基本组成单位核小体(nucleosome)是由4种组蛋白(H2A、H2B、H3和H4)各两个分子构成的八聚体，周围缠绕着146 bp长度的DNA，通过N末端尾部的组蛋白H1连接核小体，使染色质呈致密卷曲结构［2-3］。这种结构不仅有利于DNA与转录因子结合，参与转录调控［4］，还可实现多种可逆性的组蛋白翻译后修饰。组蛋白H1的N端和C端分别富含疏水氨基酸和碱性氨基酸，而H2A、H2B、H3和H4则与H1相反，在N端富含精氨酸、赖氨酸等碱性氨基酸，C端富含缬氨酸、异亮氨酸等疏水氨基酸，这些氨基酸位点即是重要的组蛋白翻译后修饰位点。常见的组蛋白翻译后修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、类泛素化和核糖基化等［5］。组蛋白通过不同位点的修饰，改变原有染色质的结构，从而影响基因转录。

2　HDACs家族成员

1963年Phillips［6］最早发现了组蛋白中赖氨酸的乙酰化修饰，继之Kleff等［7］在1995年又发现了调节乙酰化修饰的酶HATs和HDACs，为研究组蛋白乙酰化/去乙酰化修饰对基因的转录调控奠定了基础。目前，已知的哺乳动物体内的HDACs有18个成员，根据其组织分布特异性和在细胞内的定位可以分为4类［8］: ClassⅠ(HDAC1、2、3、8)与酵母RPD3去乙酰化酶相关，在各种组织广泛表达。除HDAC3以外，其余3个成员均分布于细胞核，HDAC3可分布于细胞核、细胞浆甚至于细胞膜［9］; ClassⅡ(HDAC4、5、6、7、9、10)与酵母HDA1去乙酰化酶同源，但其分布具有组织特异性，HDAC4、5主要表达于心脏、平滑肌以及脑组织; HDAC6主要表达于心、肾、肝以及胰腺组织; HDAC7除了在心脏、平滑肌和胰腺表达外，还在胎盘组织中表达; HDAC9仅表达于平滑肌和脑组织中; HDAC10表达于肾、肝和脾组织中。此类酶在细胞中定位于胞浆和胞核，也可穿梭于胞核与胞浆之间，该类HDACs包括两个亚类:Ⅱa类(HDAC4、5、7、9)，这一亚类的蛋白主要穿梭于细胞核和细胞质之间，并且只在部分细胞组织中表达;Ⅱb类(HDAC6、10)，HDAC6主要定位于细胞质，与多种转录因子的转录调控有关［10］; ClassⅢ是沉默信息调节因子2相关酶类(silent information regulator 2 related enzymes，即Sirtuins)，共有7个成员(Sirt1-7)，其中Sirt1、6、7分布于胞核，Sirt2分布于胞质，Sirt3、4、5位于线粒体内; Class IV(HDAC11)，定位于细胞核，与Class I、II的HDACs有较大差异，但是又含有前两者保守的催化位点，因此被单独归为一类［11］。除ClassⅢSirtuins是依赖NAD+催化的酶以外，其余3类均是依赖Zn2 +催化的酶。

3　组蛋白去乙酰化修饰对基因的调控作用

组蛋白乙酰化/去乙酰化是重要的组蛋白共价修饰方式之一，二者通过HATs和HDACs的动态调节，实现相互转化，对基因表达调控起着重要的作用。HAT将乙酰辅酶A上的疏水乙酰基转移到组蛋白N端的赖氨酸残基末端(乙酰化)，中和赖氨酸残基侧链的正电荷，减弱与DNA链上带负电荷磷酸基团的相互作用，使染色质结构疏松，易于与转录因子结合，启动转录。反之，HDACs通过去掉组蛋白N端的乙酰基(去乙酰化)，使组蛋白带正电荷，从而与带负电荷的DNA紧密结合，染色质恢复致密卷曲状态，与转录因子的结合能力减弱，抑制基因转录［12］。因此，组蛋白通过与HATs或HDACs的短暂结合，实现乙酰化与去乙酰化这一动态循环修饰过程，控制着基因转录的启动与关闭，从而实现靶基因的活化与沉默，是基因转录活化与抑制的重要标志［13-14］，高度乙酰化提示基因转录活化，去乙酰化则表明基因转录抑制或转录沉默。基因转录的活化与沉默对肿瘤细胞的增殖、分化和凋亡起着重要的调控作用［15］，特定启动子区域HDACs的异常表达，可导致抑癌基因的转录抑制，从而诱导肿瘤血管的生成与分化，肿瘤细胞的增殖、迁移、浸润和转移等，促进肿瘤发生与演进。此外，HDACs可通过调节细胞外基质(extracellular matrix，ECM)相关蛋白的基因转录，重塑ECM，进一步促进肿瘤细胞转移和浸润［16］。目前已在肿瘤中发现有相关抑癌基因的组蛋白高度去乙酰化或高表达HDAC，证实组蛋白去乙酰化修饰对肿瘤的发生具有重要作用［17］。

4　HDACs在乳腺癌中的表达

近年来不少研究发现HDACs与乳腺癌的发生发展及其演进过程相关，也期待从中寻找到新的乳腺癌治疗靶点。Suzuki等［18］报道在乳腺正常导管上皮发展为导管原位癌(ductal carcinoma in situ，DCIS)的过程中，导管上皮细胞组蛋白的乙酰化水平会显著降低，而在DCIS发展至浸润性导管癌(in-vasive ductal carcinoma，IDC)的过程中，其组蛋白乙酰化水平却无显著改变，说明组蛋白乙酰化水平的改变在乳腺癌发生发展过程中是一个早期事件。目前研究认为在HDACs的18个家族成员中，HDAC1、2、3和HDAC6与乳腺癌的关系最密切［19-20］，并且这些HDACs在同一乳腺癌中的表达也存在差异［21］。

HDAC1在多种肿瘤组织中表达升高，并且其表达与肿瘤的演进相关。在正常的乳腺导管上皮，HDAC1仅表达于管腔上皮，而不表达于肌上皮［22］。Krusche等［22］在200例浸润性乳腺癌粗针穿刺组织的研究中发现40％患者的肿瘤组织在蛋白水平表达HDAC1; Zhang等［23］在ER/PR阳性的乳腺癌中从蛋白和mRNA水平均检测到HDAC1的表达升高。Müller等［21］在208例乳腺癌组织中进一步证实了HDAC1在ER/PR阳性肿瘤中的表达高于ER/PR阴性肿瘤。国内研究报道HDAC1蛋白的表达与浸润性乳腺癌患者的年龄、临床分期相关，与肿瘤大小、组织学分级以及淋巴结转移状态无关［24］。

在不同的预后分析报道中，HDAC1对患者预后影响不一致。Zhang等［23］的单因素分析显示高表达HDAC1的患者预后较好，患者的总生存期和无瘤生存期均较长，但Krusche等［22］则认为其表达仅与患者无瘤生存期的延长有关，并不影响患者的总生存期。多因素分析结果提示HDAC1并不是判定患者总生存率和无瘤生存率的独立预后因素［23］。Müller等［21］也认为HDAC1的表达与预后无关。目前关于HDAC1在乳腺癌中的部分研究结果尚存在差异，还有待进一步进行研究。

HDAC2被认为是早期阶段促进肿瘤形成的重要酶类，与HDAC1虽属于同一类，但在乳腺癌中的表达与HDAC1存在明显差异。最近的一项研究认为HDAC2的表达与乳腺癌的组织学级别正相关，在高、中和低级别肿瘤中其表达率分别为43.6％、22.8％和10％，并且半数以上(56.7％)的低级别肿瘤仅少部分肿瘤细胞表达［21］。此外，与HDAC1不同的是，在ER/PR阴性和HER2过表达的肿瘤中，HDAC2的表达显著增高，但其高表达与患者预后无关［21］。国内于兆进等［25］也曾报道HDAC2的表达与HER2过表达正相关。

在乳腺癌细胞株的研究中，下调HDAC2的表达，不仅可以促进细胞凋亡［26］，还可使受体阳性的乳腺癌细胞株呈现表达下调或缺失［27］。此外，对他莫昔芬耐药的乳腺癌细胞株，下调HDAC2的表达，可恢复细胞对他莫昔芬治疗的敏感性［27］。因此，目前认为针对HDAC2的抑制剂将有助于高级别、ER/PR阴性、HER2过表达肿瘤患者的治疗。

与HDAC1、2相比，HDAC3在乳腺癌中的研究相对较少。Krusche等［22］报道44％的乳腺癌病例表达HDAC3，并且在ER/PR阳性、增殖活性较低的肿瘤中其表达率更高。但Müller等［21］认为HDAC3在ER/PR阴性的肿瘤中表达更高，这与Krusche等［22］的报道相反，并且其表达与肿瘤级别正相关。因此HDAC3在肿瘤组织中的表达在不同的研究中存在较大差异，尽管如此，目前的研究一致认为HDAC3的表达与患者预后无关，并不影响患者的无瘤生存期和总生存期［21-23］。

HDAC6作为ClassⅡ家族的成员，在胞浆和胞核中均可存在，也可穿梭于胞核与胞浆之间。研究报道HDAC6在正常乳腺导管表达于细胞核［28］，但在乳腺癌中的表达主要位于细胞浆［29-31］。在不同的研究中，HDAC6在乳腺癌中的表达存在较大差异，其表达率为26％～77％［29-31］。Zhang等［29］认为HDAC6在低级别、体积较小(＜2 cm)、ER/PR阳性的肿瘤中表达更显著，且在单因素分析中HDAC6高表达有利于患者无瘤生存期的延长，但对总生存期并无影响，多因素分析发现HDAC6并不是患者独立的预后因素。Saji等［31］认为HDAC6对患者的总生存期和无瘤生存期均无影响，但在ER阳性患者，HDAC6是延长患者无瘤生存期的独立预后因素。然而，Yoshida等［30］在单因素分析中发现HDAC6高表达的患者预后较差，与Zhang等［29］的研究结果相反，但其多因素分析结果与Zhang等［29］的研究结果一致。因此，目前关于HDAC6对乳腺癌患者的预后分析存在结果的不一致性，有待于更多研究进一步明确。

5　HDACs对乳腺癌ER、PR的调节

HDAC家族成员对许多信号通路的转录调节起着重要的作用，其中也包括雌激素和孕激素介导的信号通路。ER、PR是乳腺癌重要的预后和治疗指导指标，已有研究在蛋白和RNA水平发现HDACs 与ER/PR表达具有一定相关性，并进一步揭露了HDACs与ERα、PR之间的关系及可能的调节机制。

ERα的转录调节是极其复杂的，涉及至少7个启动子在不同水平产生的大量转录产物，并且在不同的细胞和组织中，这些转录产物不尽相同［32］。Margueron等［33］和Thomas等［34］在雌激素介导的信号转导通路中发现乙酰化是该通路的关键点，参与调节ER的转录与更新。有研究［35］认为HDAC1促使了ER阴性乳腺癌中ER的表达缺失，因为HDAC1可以使ERα启动子沉默，从而抑制ERα表达。如果用HDAC抑制剂Trichostatin A (TSA)去除ERα启动子上的HDAC1，恢复其组蛋白乙酰化水平，ERα则被重新激活而再度表达［36］。因此，HDAC1的沉默有利于激活ERα阴性细胞，使其再度表达ERα［34］，从而增加对激素拮抗药物的敏感性。

相反，在ER阳性的乳腺癌细胞株中，抑制细胞内HDACs的活性，会使ERα及其应答基因的转录下调［37-38］，导致其表达降低或不表达。Alao等［39］认为HDACs还可能通过特定的机制调节ERα的转录，直接影响ERα的蛋白水平，但该机制目前尚不明确。Reid等［32］则认为ERα的转录调节过程并不是一个直接过程，需要一个(或多个)蛋白的共同参与实现。此外，雌激素通路中的Hsp90分子伴侣复合物对ERα调节也起着关键作用，Hsp90能够结合ERα并使ERα保持其配体结合构象。特异性抑制HDAC6能使Hsp90高度乙酰化，从而减弱Hsp90与ERα的结合能力，使ERα降解［34］。因此，HDACs 对ER通路的调节是一个复杂的体系，目前的认识尚不足以阐述其明确的调节机制，其中可能涉及多种分子间的相互作用，这些分子及其作用机制都有待进一步明确。

PR作为乳腺癌常规检测的另一项激素受体指标，与肿瘤的增殖、浸润以及预后相关。PR的两种亚型PRA和PRB位于同一基因的两个不同位点，二者在组织中的表达处于一个动态平衡。在正常乳腺组织中PRA和PRB的表达水平基本一致，一旦转变为乳腺癌，则会出现调节失常，此时PRA表达会优于PRB［34］。目前部分研究发现HDACs对PR也具有一定调节作用。

Travaglini等［38］通过抑制ER阴性乳腺癌细胞ER启动子上HDACs的表达，发现不仅能使ERα再度表达，也能使PR的表达升高，此外通过siRNA选择性抑制HDAC2则会使ER、PR的mRNA和蛋白表达均下调［37］，然而选择性抑制HDAC6，通过减弱Hsp90与ERα的结合能力，可使ERα降解，但不会对PR产生影响［37］。因此，HDACs对雌激素和孕激素通路的调节既存在协同性又存在差异性，但目前对该调节机制及其相互间的作用仅是一个初步认识。

6　将HDACs作为乳腺癌靶向治疗的挑战与展望

由于HDACs在乳腺癌中有不同程度的表达上调，并且对ER、PR具有一定的调节作用，从而使其成为了乳腺癌治疗研究的新靶点。目前，将HDAC抑制剂与激素拮抗药物联合用于治疗乳腺癌，已进入2期临床试验阶段并达到了预期的理想效果，有待3期临床试验进一步验证。尽管如此，HDAC抑制剂最终推广用于临床乳腺癌的治疗仍然面临着一些问题:如何将这种基于表观遗传学修饰的治疗最有效地作用于实体肿瘤;如何把握和评估治疗剂量;如何在增强疗效的同时降低其对非肿瘤组织的毒副作用等问题和挑战;此外，还需制定相关治疗规范以及开发新的特异性更好的靶向治疗药物。

在目前靶向治疗和个体化治疗的时代，更多的基础研究将着力于探明HDACs促进乳腺癌发生、演进的机制及其与其他乳腺癌相关蛋白间的相互作用及影响;更多的临床试验将解决HDAC抑制剂的临床应用问题，从而使“三阴性”乳腺癌患者能从治疗中获益。

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Recent research of histone deacetylase in breast cancer

(Department of Pathology，North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】With the epigenetic studies in human cancers，histone deacetylase were found up-regulated in most of malignancies.In breast cancer，one of the most common female solid tumors，the abnormal expression of histone deacetylase was also detected.In this work，we will review recent studies about histone deacetylase in breast cancer，and focus on the expression in breast cancer，the relationship and regulatory mechanism with estrogen/progesterone receptor，and possible prospects or challenges when histone deacetylase were used as a clinical therapeutic target.

【Key words】Histone deacetylase，Breast cancer，Estrogen/progesterone receptor

作者简介:王莉(1988-)，女，四川邻水人，硕士研究生，主要从事乳腺临床病理研究。

网络出版时间: 2015-5-1 01∶33网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20150501.1333.031.html

组蛋白去乙酰化酶在乳腺癌中的研究进展

1 组蛋白的结构和修饰方式

2 HDACs家族成员

3 组蛋白去乙酰化修饰对基因的调控作用

4 HDACs在乳腺癌中的表达