组蛋白去乙酰化酶6在相关疾病中的研究进展

张文斌，王瑶，焦方舟综述 龚作炯审校

组蛋白的乙酰化调节是一种由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases，HATs)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)这两类具有相反作用的酶共同调节的共价可逆的翻译后修饰[1]。与其余10种HDACs相比, HDAC6在结构和功能上均具有独特性，相关研究已发现HDAC6参与了肿瘤、神经退行性疾病、心血管疾病等疾病的发生发展过程，HDAC6也被认为是相关疾病的潜在治疗靶点。本文主要对HDAC6及其抑制剂的基础及临床研究文献进行综述，为HDAC6在疾病中潜在治疗应用提供有效的依据。

1 HDAC6的结构与功能

乙酰化修饰是一种由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases，HATs)和HDACs共同调节的共价可逆的翻译后修饰。细胞内乙酰化网络及通路涉及细胞的各种活动，而广谱HDAC抑制剂因抑制多种HDACs的活性，因此可能会带来一些不良反应或毒性。与广谱HDAC抑制剂相比，选择性HDAC抑制剂因其特异性可能减少或消除严重的不良反应，其安全性更佳[2]。

哺乳动物体内共有18种HDACs，根据酵母蛋白的同源性可将其分为 4 类：Ⅰ类 HDACs 包括 HDAC 1、2、3 和 8, 该类 HDACs 与酵母 Rpd3(reduced potassium dependency 3)同源;Ⅱ类HDACs与酵母 Hda1(histone deacetylase 1)同系,又根据催化区域的不同细分为Ⅱa(HDAC4、5、7和9)及Ⅱb(HDAC6和10)两类；Ⅲ类 HDACs则包括SIRT1-SIRT7,与酵母转录因子Sir2(silent information regulator 2)同源；Ⅳ类 HDAC与酵母Rpd3或Hda1部分同源,仅包含HDAC11[3]。除Ⅲ类HDACs为辅酶Ⅰ所依赖的去乙酰化酶外，其余3类HDACs 则为Zn+离子依赖的去乙酰化酶。与其他Zn+离子依赖的HDACs相比，HDAC6在结构和功能上均具有独特性。HDAC6是一种含有2个N端的去乙酰化酶结构域和一个C端的泛素结合域的主要位于细胞质的酶，其相对分子量为131kDa，包含1 215个氨基酸残基，是HDACs中分子量最大的酶，由位于Xp11.22-23染色体上的基因编码而来[4]。HDAC6可通过对组蛋白、皮层肌动蛋白、过氧化物还原蛋白(peroxiredoxin， Pre)、α-微管蛋白(α-tubulin)、热休克蛋白90(heat shock protein，HSP90)等底物的乙酰化调控发挥功效[5]。HDAC6在细胞增殖、迁移、凋亡、免疫反应及蛋白降解等方面发挥着重要的作用[2]。

2 选择性 HDAC6 抑制剂

2.1 羟肟酸类HDAC6抑制剂 Tubacin是第一个被报道的选择性HDAC6抑制剂，其可显著升高微管蛋白的乙酰化水平，且不会影响组蛋白的乙酰化水平，但其非药物样结构和高亲脂性限制了其在临床的应用[6]。ACY-1215是第一个进入临床研究的选择性HDAC6抑制剂，其对HDAC6的抑制性是其对HDAC1、HDAC2和HDAC3抑制性的12、10和11倍。 ACY-1215在低浓度时即可使α-微管蛋白的乙酰化水平升高，高浓度才可升高组蛋白H3和H4的乙酰化水平，提示其对HDAC6的特异性[2]。Tubastatin A是一种高选择性HDAC6抑制剂，可在显著增强α-微管蛋白的情况下并不影响组蛋白H3和H4的乙酰化水平，证明其抑制的高度选择性。与Tubacin相比，Tubastatin A的高度选择性及低亲脂性使得其在临床中的应用前景更光明。

Nexturastat A 是一种通过修饰芳基脲类HDAC抑制剂的结构进而合成的高选择性HDAC6抑制剂，有研究发现Nexturastat A对黑色素瘤细胞株有一定程度的抑制增殖作用， 且其对肿瘤异种移植模型有更佳的抑制肿瘤增生的功能，因此其抗癌机制可能是基于调节免疫和炎性反应而非直接对肿瘤细胞的毒性[7]。HPOB是一种羟肟酸小分子选择性HDAC6抑制剂，其对HDAC6的抑制作用约为其他HDACs的30倍以上，有研究显示HPOB还可增强依托泊苷、阿霉素等药物诱导肿瘤细胞凋亡作用， 虽然HPOB会抑制正常细胞的增殖，但不会诱导正常细胞的凋亡[8]。还有研究报道HPOB还可通过调节线粒体介导的细胞凋亡途径对皮质醇刺激的PC-12细胞起到一定的保护作用[9]。

2.2 其他HDAC6抑制剂 4-羟基苯甲酸衍生物也有选择性抑制HDAC6活性的作用，其可调节前列腺癌细胞的细胞迁移和细胞增殖，并通过升高HSP90的乙酰化水平进而调控雄激素受体的降解[10]。此外，还有含硫锌离子结合基团类化合物诸如硫醇类、磺胺类衍生物也有一定的HDAC6选择抑制性作用，但目前相关研究较少，其作用机制仍需要进一步的研究。

3 HDAC6与相关疾病

目前，HDAC6在肿瘤、神经退行性疾病、炎性疾病等诸多疾病发生发展过程中的研究越来越得到重视，其在相关疾病中的作用及作用机制也有了一定的研究。相关基础与临床研究也表明HDAC6抑制剂对肿瘤、炎性疾病及神经退行性疾病等有一定的治疗作用，HDAC6也成为多种疾病潜在的治疗靶点。

3.1 HDAC6与肿瘤疾病 HDAC6与肿瘤的发生发展关系密切，其通过调控正常细胞转化为肿瘤细胞、肿瘤细胞侵袭性的形成等方面参与了肿瘤的发生发展过程。HDAC6在正常细胞转化为肿瘤细胞的过程中发挥着重要的作用。Ras癌基因在肿瘤的发生发展中有着重要的作用，HDAC6缺陷的细胞及小鼠对致癌Ras依赖的细胞转化抵抗力更强，这可能与HDAC6可通过调控Ras及其下游的PI3K和MAPK信号通路的激活促进肿瘤的发生相关。同时，该研究发现HDAC6在肿瘤细胞获得抗“失巢凋亡”能力有着关键性的作用，在HDAC6缺陷的肿瘤细胞其锚定独立生长的能力及在小鼠体内形成肿瘤的能力也受到抑制[11]。

与正常细胞相比，转化细胞内错误折叠蛋白的累积增加，肿瘤细胞需泛素—蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system, UPS)途径或自噬途径以加速错误折叠蛋白的水解以维持细胞的稳态，而抑制HDAC6活性可增强蛋白酶体抑制剂的细胞毒性，促进肿瘤细胞凋亡，此外，对蛋白酶体抑制剂耐药的肿瘤细胞联合使用蛋白酶体抑制剂及HDAC6抑制剂也有促凋亡效应[6]。

血管生成在肿瘤进展和转移中有着关键性的作用，而HDAC6作为一个重要的靶点参与了这一过程。动物及细胞实验均证明抑制HDAC6可通过HIF-1α/VEGFA信号通路促进肝细胞癌的血管生成[12]。HDAC6在内皮细胞促血管生成作用还与HDAC6介导的细胞极化、细胞迁移、毛细血管样结构的生成等途径关系密切。

HDAC6也可能通过增强肿瘤的转移及侵袭性而对患者的预后产生不良影响。HDAC6可促进黑色素瘤细胞增殖、形成和迁移，同时抑制肿瘤细胞凋亡，增强肿瘤的转移与侵袭性，使疾病进展[13]。HDAC6还可通过皮层肌动蛋白对肌动蛋白依赖性细胞运动进行调节，进而促进F-纤维型肌动蛋白依赖的细胞转移[14]。

3.2 HDAC6与神经退行性病变 神经退行性疾病(ND)主要由神经元功能丧失所致，错误折叠蛋白的异常累积是包括阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、帕金森病(Parkinson's diseases，PD)等ND的一个共同特征[15]。细胞内UPS功能改变使其降解错误折叠蛋白能力受损，而HDAC6在细胞内错误折叠蛋白的识别及降解中发挥着重要的作用，因此，其成为治疗神经退行性疾病的潜在靶点。

AD神经元细胞中tau蛋白的过度磷酸化降低了其对微管的亲和力并引起细胞骨架的紊乱，最终导致细胞死亡。与正常饮食组相比，AD患者其大脑皮质和海马体HDAC6表达显著增高。HDAC6可通过调节微管蛋白的乙酰化水平进而调控微管的功能和稳定性，抑制HDAC6既可增强tau蛋白的降解，还可对β-淀粉样肽诱导的细胞损伤进行修复，对AD发生发展起到一定的抑制作用[16]。这表明HDAC6与AD发生发展关系密切，而HDAC6抑制剂也可能是治疗AD的潜在药物。

PD是一种以多巴胺能系统紊乱、α-突触核蛋白组成的路易体为特征性标志物的遗传性疾病。当细胞内错误折叠蛋白积累时，HDAC6过表达可有效调控细胞内α-突触核蛋白水平，起到一定的保护作用,而抑制HDAC6则可降低具有隔离毒性物质和增强自噬等保护作用的包涵体水平，加重PD的进展[17]。

3.3 HDAC6与情绪障碍 HDAC6在情绪障碍中起到重要的作用，抑制HDAC6可以起到抗抑郁的作用。与野生型小鼠相比，HDAC6基因敲除的小鼠在旷场试验中更活跃，在高架十字迷宫实验中焦虑程度更低，在尾悬挂实验和强迫游泳实验中表现出更强的抗抑郁效果[18]。 此外，在小鼠尾悬挂实验和社会失败应激致抑郁样模型中使用脑渗透性HDAC6抑制剂可产生抗抑郁效果[19]。上述研究均表明HDAC6在情绪障碍中的重要作用，也使得HDAC6成为治疗情绪障碍的新的靶点。

3.4 HDAC6与心血管疾病 在自发性高血压心力衰竭、慢性缺氧性右室肥大等心室压力超负荷模型中均发现HDAC6活性的增高，但在生理性心肌肥大的动物模型中其表达无明显增加。有研究显示Tubastatin A干预可降低血管紧张素-Ⅱ(angiotensin Ⅱ， Ang Ⅱ)诱导的高血压小鼠模型受损的内皮依赖性血管舒张功能，并降低Ang Ⅱ诱导的小鼠高血压。此外，使用HDAC6抑制剂或沉默HDAC6表达也被证实可降低血压水平并对心脏起到保护作用[20]。这表明HDAC6可能在血压调节中发挥着重要作用。

HDAC6还与肺动脉高压关系密切，在肺动脉高压患者及大鼠模型的肺和远端肺动脉中均发现HDAC6表达增强[21]。肺动脉细胞包括平滑肌细胞和内皮细胞，其增殖和凋亡的失衡是肺动脉高压发生发展的重要机制[22]。使用HDAC6抑制剂Tubastatin A可抑制肺动脉高压平滑肌细胞抗凋亡及增殖能力，并改善肺动脉高压大鼠右心室收缩压和肺动脉平均压。此外， HDAC6沉默小鼠在缺氧条件下其右心室收缩压、肺动脉平均压、心输出量、肺循环总阻力均显著低于野生型小鼠，证实抑制HDAC6对慢性缺氧性肺动脉高压小鼠有保护作用[21]。这为肺动脉高压的治疗提供了一个新的治疗思路与靶点。

3.5 HDAC6与炎性疾病 类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种以炎性滑膜炎为特征的慢性炎性疾病，使用选择性HDAC6抑制剂可减少TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎因子的表达，改善滑膜炎性反应，降低类风湿关节炎评分，证实了HDAC6在RA中的抗炎效果[23]。在炎性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)的研究中，使用HDAC6抑制剂BML-281可通过阻断右旋糖酐硫酸钠所致的IBD小鼠中性粒细胞的活化和结肠浸润起到一定的抗炎作用[24]。还有研究发现HDAC6抑制剂LTB2可减少结肠炎小鼠直肠出血和腹泻症状，且该抑制剂的疗效优于临床常用的美沙拉秦[25]。

在慢性哮喘的研究中，HDAC6抑制剂Tubastatin A可降低小鼠的气道炎性反应、气道重构和气道高反应性[26]。长期接触香烟烟雾是慢性阻塞性肺疾病的主要危险因素之一，而用Tubastatin A进行干预可显著改善香烟烟雾所致的气道功能障碍，而抑制HDAC6的表达也可能成为治疗COPD潜在的治疗手段[27]。

此外，还有研究发现与模型组相比，使用选择性HDAC6抑制剂可能通过抑制TNF-α和IL-6的表达显著提高脂多糖(LPS)诱导的脓毒血症模型小鼠的5日生存率(60% vs. 20%)[28]。在急性肝功能衰竭的研究中，使用选择性HDAC6抑制剂也可抑制模型组小鼠炎性因子的合成与释放，并降低急性肝衰竭小鼠的病死率[2]。

3.6 HDAC6与肾病 常染色体显性多囊肾与多发性肾囊肿的进行性增大有关，并可导致肾功能衰竭，除肾移植外目前对其尚未发现有效的治疗措施。有研究发现选择性HDAC6抑制剂Tubacin可抑制肾上皮细胞细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)依赖囊性纤维化跨膜转导调节因子及囊性细胞增生[29]。此外，Yanda等[30]发现HDAC6抑制剂ACY-1215可通过降低细胞内cAMP和Ca2+水平来降低囊肿生长。

肾纤维化是一种以成纤维细胞增殖和细胞外基质(ECM)异常积累为特点的病理改变，是慢性肾病进展为肾衰竭的重要通路。HDAC6抑制剂Tubastatin A或HDAC6基因沉默也可通过Smad3信号通路减轻高血压所致的小鼠肾脏纤维化及炎性反应[31]。还有研究发现HDAC6可通过对α-微管蛋白的去乙酰化诱导肾纤维化[32]。因此，HDAC6可能成为一个治疗肾纤维化的潜在靶点。

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是一种严重的高病死率临床综合征，其以肾小球滤过率快速下降为特征，并可增加患者慢性肾脏病的发生风险[33]。有研究发现使用选择性HDAC6抑制剂可通过抑制AKI小鼠HDAC6的表达减轻内质网应激介导的细胞凋亡，进而对AKI小鼠肾脏起到保护作用[34]。此外，Tang等[35]发现HDAC6抑制剂Tubastatin A或HDAC6沉默可抑制顺铂诱导的细胞凋亡，对顺铂诱导的AKI产生一定的保护作用。

4 总结与展望

综上所述，作为一种结构和功能都很独特的HDACs，HDAC6在多种疾病的发生发展中起到重要的作用，HDAC6及其抑制剂的临床和基础研究也取得了众多的研究成果。尽管HDAC6在肿瘤或非肿瘤性疾病中的作用及相关机制仍需要更进一步的基础和临床研究，但HDAC6作为多种疾病的潜在治疗靶点备受关注，在疾病的治疗中拥有着广阔的应用前景。