组蛋白去乙酰化酶抑制剂与肿瘤治疗研究进展*

陈恒屹 综述,何 勇 审校

（第三军医大学大坪医院野战外科研究所呼吸内科，重庆 400010）

·综述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2017.30.037

组蛋白去乙酰化酶抑制剂与肿瘤治疗研究进展*

陈恒屹 综述,何 勇△审校

（第三军医大学大坪医院野战外科研究所呼吸内科，重庆 400010）

组蛋白去乙酰化酶抑制剂；肿瘤细胞死亡；联合治疗

组蛋白及非组蛋白乙酰化状态失衡与肿瘤的发生、发展密切相关，被认为是肿瘤治疗的新靶点。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylase inhibitor，HDACi）通过影响组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyltransferases，HAT）和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）对细胞核内乙酰化与去乙酰化过程的调控，诱导肿瘤细胞分化、抑制肿瘤细胞周期、诱发DNA损伤以及肿瘤细胞死亡，发挥抗癌作用，逐渐成为抗癌治疗和肿瘤靶向治疗联合用药领域的新热点。本文将对HDACi的抗癌作用，特别是在诱导肿瘤细胞程序性死亡中的重要作用的研究进展以及临床应用前景进行综述。

1 HDACs家族和HDACi

HDACs是一个广泛存在于真核生物中的超基因家族，在多种肿瘤细胞中过表达。主要分为4大类，共18个亚型[1]：即Ⅰ类（HDACs 1、2、3 和8）、Ⅱ类（HDACs 4、5、6、7、9和10）、Ⅲ类（SIRT1-SIRT7）、Ⅳ类（HDAC 11）。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类为Zn+依赖性酶。HDACs通过作用于组蛋白和非组蛋白，以及抑癌因子P53等细胞因子直接或间接参与许多重要的细胞通路，调控基因表达，影响肿瘤细胞增殖、分化、迁移和凋亡[1]。

自20世纪90年代以来，人们已获得了多种结构不同的HDACis，据其化学结构可分为6类：（1）异羟肟酸类，如伏立诺他（suberoyl anilide hydroxamic acid， SAHA）、制滴菌素A（Trichostatin A，TSA）；（2）短链脂肪酸类，如异戊酸、丁酸钠；（3）亲电子酮类，如三氟甲基酮；（4）环四肽类，如Romidepsin（depsipeptide，FK228）、Trapoxin；（5）苯甲酰胺类，如mocetinostat（MGCD0103）；（6）其他类化合物。

2 HDACi诱导肿瘤细胞死亡

肿瘤细胞的程序性死亡途径在肿瘤发生、发展和治疗中起重要作用。研究发现，HDACi对肿瘤细胞的凋亡、自噬以及坏死的程序性死亡途径均产生显著影响。

2.1HDACi诱导凋亡 凋亡是介导肿瘤细胞死亡的主要途径，与抗癌药耐药的发生存在密切联系[2]。而HDACi对肿瘤细胞的内源性和外源性凋亡两种途径均有诱导作用。内源性凋亡途径是细胞毒性药物诱导肿瘤细胞凋亡的主要途径，主要由B细胞淋巴瘤因子2（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）家族抗凋亡和促凋亡蛋白的相互作用实现。研究发现，BIM是一种促凋亡BH3-only蛋白，是介导HDACi诱导肿瘤细胞内源性凋亡的关键蛋白。沉默BIM的表达能减少HDACi诱导的线粒体膜电位降低[3]，消除HDACi诱导的细胞凋亡。发生BIM基因缺失的淋巴瘤小鼠模型对SAHA的治疗反应显著降低，在治疗早期即出现肿瘤复发[4]。此外，HDACi还通过促进基因启动子区H3和（或）H4组蛋白乙酰化抑制抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-XL等蛋白基因转录并降低其蛋白表达水平[5]。但与此同时，HDACi也会诱导BIM与抗凋亡蛋白Bcl-2或Bcl-XL形成复合物，减弱HDACi的促凋亡效应，甚至导致肿瘤细胞对HDACi耐药[6]。

外源性凋亡途径又被称为死亡受体途径。研究发现，HDACi可以在基因水平上增加肿瘤细胞TNF相关的凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）的表达，并且与重组人源TRAIL产生协同诱导外源性凋亡的作用[7]。

2.2HDACi诱导自噬 近年来研究发现，乙酰化与去乙酰化在自噬调控过程中发挥重要作用，HDACi在诱导凋亡的同时，可诱导多种肿瘤细胞的非Caspase依赖性的自噬。但HDACi诱导的自噬与细胞死亡之间的关系在不同的肿瘤细胞、肿瘤模型以及联合用药方式中存在不同，其作用及机制尚需进一步探讨，是目前研究的热点之一。

HDACi诱导自噬的机制十分复杂，涉及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、核因子（NF）-κB以及活性氧族（reactive oxygen species，ROS）等信号通路[8-9]。大部分研究认为，HDACi诱导的自噬在肿瘤细胞中发挥着细胞保护作用。经典的自噬抑制剂氯喹可显著增强SAHA在慢性髓细胞性白血病细胞中的抗癌效应，克服Bcr-Abl基因突变介导的靶向治疗药物伊马替尼耐药[10]；并显著增强HDACi诱导的急性髓系白血病细胞死亡[11]。提示自噬抑制剂与HDACi联合用药的方案有望成为特定类型白血病的有效治疗措施。在胶质母细胞瘤中，敲除自噬信号通路关键基因Atg7的表达，SAHA所诱导的凋亡增加[12]。相关研究在口腔鳞状细胞癌细胞、乳腺癌细胞、结肠癌细胞、急性T细胞白血病细胞、恶性横纹肌样瘤、恶性外周神经鞘瘤中亦发现类似结果，即使在使用药物阻断凋亡途径后，抑制自噬同样可以增强HDACi诱导的非凋亡性细胞死亡[12]。

与之相反的是，有部分研究表明，HDACi诱导的自噬可以发挥细胞毒性作用，促进细胞死亡[13-14]。在肝细胞癌中联用自噬抑制剂3-MA或敲除自噬关键基因Atg5基因会减弱SAHA的细胞毒性作用[13]。在T790M基因突变介导的获得性耐药的非小细胞肺癌中，SAHA与不可逆表皮生长因子酪氨酸激酶抑制剂（epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor，EGFR-TKI）联用所诱导的自噬能协同增加肺癌细胞的凋亡[14]。此外，一项在Atg5和Atg7缺失的淋巴瘤小鼠模型中进行的体内研究则发现，抑制自噬未对HDACi诱导的细胞死亡产生明显影响[15]。

2.3HDACi诱导坏死 细胞坏死是细胞程序性死亡的另一种形式。当凋亡途径被Caspase抑制剂抑制后，活化的死亡受体则会激活细胞坏死途径，导致细胞死亡。透射电镜技术观察发现，HDACi会诱导恶性横纹肌样瘤细胞发生坏死样形态改变，表现为细胞肿胀、质膜破裂[16]。另外，SAHA与抗鼠肉瘤病毒癌基因同源物B1（v-Raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1，BRAF）抑制剂联用，通过非caspase依赖性地释放高迁移率族蛋白B1（high-mobility group protein B1，HMGB1），诱导黑色素瘤细胞坏死[17]。此外，ROS的异常产生在 TNF介导的细胞坏死过程中发挥作用，SAHA、TSA、丁酸盐等HDACis诱导的肿瘤细胞ROS的产生和积累很可能是HDACi调控细胞坏死过程的潜在机制。但目前关于HDACi与坏死性细胞死亡之间关系的报道很少，HDACi对细胞坏死的影响有待进一步的研究。

3 HDACi的其他抗癌机制

HDACi在影响肿瘤细胞死亡途径的同时，被证实还可以活化核转录因子NF-κB，诱导促炎症因子生成，进而抑制抗氧化途径，诱导氧化应激反应，导致肿瘤细胞DNA损伤[18]；与此同时，HDACi还下调参与碱基切除修复（base-excision repair,BER）和核苷酸切除修复（nucleotide excision repair,NER） 的相关蛋白，从而抑制氧化损伤的修复和线粒体膜去极化[18]，引起肿瘤细胞ROS累积，进一步加剧DNA损伤。研究发现，由于HDACi对DNA修复的抑制及其所诱导的细胞周期依赖性DNA损伤[19]，以及对转录基因P21的活化[20]，经HDACi处理的肿瘤细胞会发生细胞周期阻滞，使细胞周期停滞在G1/S或G2/M期。此外，HDACi通过激活因组蛋白异常乙酰化而被抑制的基因表达，诱导肿瘤细胞向高分化方向发展。HDACis还可抑制肿瘤血管生成，发挥抗癌效应。

4 HDACi的临床应用前景

4.1HDACi的临床研发 自首个天然化合物TSA于1976年被发现以来，其人工合成的结构类似物SAHA在T细胞淋巴瘤和骨髓异常增生综合征患者中显示出肯定的临床疗效，已于2006年经FDA批准上市，用于血液系统肿瘤的治疗，成为首个进入临床的HDACi。Fujisawa公司的FK228亦于2009年和2011年经FDA批准上市用于皮肤T细胞淋巴瘤和外周T细胞淋巴瘤的治疗。随后，belinostat （PXD101）和Panobinostat （LBH-589）分别于2014年和2015年经FDA批准用于皮肤T细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤的治疗。此外，西达本胺（CS055/HBI-8000）于2009年成为国内首个经SFDA批准进入临床试验的HDACi。CUDC-101、JNJ-26481585、MGCD0103等均已逐渐进入临床研究阶段。

4.2HDACi在实体肿瘤治疗中的局限及解决策略 虽然HDACi在血液系统肿瘤中的治疗地位已被确立，但前期临床数据显示，单用HDACi在实体肿瘤中的疗效远不及血液系统肿瘤,其可能的原因为HDACi在实体肿瘤中抗癌效应的不稳定性[21]。肿瘤对HDACi耐药，以及泛HDACi可能同时在实体肿瘤中发挥抑癌和促癌的双重效应[22]。如前所述，HDACi在促凋亡的同时会诱导部分抗凋亡蛋白表达水平升高，并促进促凋亡蛋白与抗凋亡蛋白复合物的形成，减弱促凋亡效应，且在抗凋亡蛋白高表达的实体肿瘤中，Bcl-XL、Mcl-1等的高表达也会减弱HDACi的促凋亡作用[23]；HDACi所诱导的自噬在多种肿瘤细胞中发挥保护作用。此外，HDACi在部分肿瘤中可以活化核转录因子NF-κB[24],并诱导IL-8等炎症因子的释放[21]，产生促癌效应。因此，开发高选择性HDACi、探索HDACi在不同肿瘤中的异质性作用，尤其是基于HDAC抑制的联合用药方案成为进一步研究的重点。

4.3HDACi联合用药策略 联合用药是肿瘤治疗中提高疗效、减少不良反应的发生和克服耐药的重要策略。近年来，已有大量研究探索基于HDAC抑制的联合用药方案在实体肿瘤治疗中的作用。

首先，HDACi与其他抗癌治疗方案联用协同增加抗癌治疗效果。HDACi诱导的凋亡增加非小细胞肺癌对培美曲塞的敏感性[25]，并在横纹肌肉瘤、胶质母细胞瘤、膀胱癌等多种肿瘤细胞中发挥化疗增敏的作用。不仅如此，HDACi可在多种肿瘤细胞中调节T细胞趋化因子的表达，与PD-1抑制剂联用提高免疫治疗反应[26]；增加骨肉瘤、胶质瘤、乳腺癌、肺癌等对放疗的敏感性。

其次，HDACi能克服部分肿瘤细胞对化疗或靶向治疗药物耐药。如，HDACi能克服缺氧诱导的P53突变肺癌细胞对顺铂耐药，在发生BIM多态性改变非小细胞肺癌中，通过恢复BIM的功能恢复该细胞对第1代和第3代EGFR-TKI的敏感性[27]；并通过诱导凋亡克服T790M基因突变介导的EGFR-TKI耐药[14]。

再次，针对HDACi在抗癌治疗中的不足或促癌效应进行干预，可进一步增强HDACi的抗癌效果。研究发现，HDACi与血管生成抑制剂、腺苷二磷酸核糖转移酶抑制剂、mTOR抑制剂、NF-κB抑制剂等联用可协同杀伤乳腺癌细胞[28]、肝癌细胞[29]等。在高表达抗凋亡蛋白的肿瘤中，联合使用HDACi和抑制抗凋亡蛋白表达的药物能协同增强HDACi的促凋亡效应。在肺癌和结肠癌中，同时联用自噬抑制剂可增强HDACi对化疗或放疗的增敏作用[25,30]。

目前，已有多个基于HDACi的联合用药方案已进入临床研究阶段（clinicaltrails.gov）。随着大量新型HDACi的持续开发、对HDACi抗癌机制的深入认识以及联合用药策略的不断优化，HDACi已逐渐成为很有前途的新型肿瘤治疗药物，在抗癌治疗领域具有广阔的应用前景。

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国家自然科学基金资助项目（81472189）。

陈恒屹（1983-），主治医师，博士，主要从事晚期肺癌相关临床和基础的研究。△

，E-mail:heyong8998@126.com。

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1671-8348（2017）30-4280-03

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