组蛋白去乙酰化酶抑制剂小分子抗炎活性的研究

赵诗雨 刘玉甜 匡海学 吕邵娃

[摘要] 目前，炎性反应和免疫反应疾病的治疗引起全球医药界的重视，寻找新抗炎药物以及抗炎活性机制成为研究的热点。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACI）具有抑制炎症细胞生长、导致细胞分化和死亡、抑制炎症形成等特点。最新研究发现，HDACI可以治疗炎症性疾病。HDACI种类复杂、研究较多，但缺少炎症研究进展的总结性综述。故本文对HDACI研究进展以及异羟肟酸类、短链脂肪酸类、环肽类和苯甲酰胺类HDACI的主要抗炎机制进行综述，以期为寻找新抗炎药物及机制提供思路。

[关键词] 组蛋白去乙酰化酶抑制剂;组蛋白去乙酰化酶;炎症

[中图分类号] R977.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）04（b）-0020-05

Research of small-molecule histone deacetylase inhibitors on anti-inflammatory activity

ZHAO Shiyu   LIU Yutian   KUANG Haixue   LYU Shaowa

Key Laboratory of Basic and Applied Research of North Medicine of Ministry of Education， Heilongjiang University of Chinese Medicine Basic Research on Pharmacodynamic Substances of Traditional Chinese Medicine and Natural Medicine in Heilongjiang Province， Heilongjiang Province， Harbin   150000， China

[Abstract] At present， the treatment of inflammatory response and immune response diseases has attracted the attention of the global pharmaceutical community， while the search for new anti-inflammatory drugs and anti-inflammatory activity mechanism has become a research hotspot. Histone deacetylase inhibitor （HDACI） has the characteristics of inhibiting the growth of inflammatory cells， leading to cell differentiation and death， and inhibiting the formation of inflammation. The latest research found that HDACI can be used to treat inflammatory diseases. The types of HDACI are complex with many studies， but they lack a summary review of progress in inflammation. Therefore， this paper summarizes the research progress of HDACI and the main anti-inflammatory mechanism of HDACI， such as hydroxams， short-chain fatty acids， cyclic peptides， and formamide， in order to provide ideas for finding new anti-inflammatory drugs and mechanisms.

[Key words] Histone deacetylase inhibitor; Histone deacetylase; Inflammation

炎性反應是通过先天免疫受体识别受损细胞和污染物病原体，是对抗潜在危害的第一防御反应。炎症作为常见又十分重要的基本病理过程，可以诱发很多严重的炎症性疾病[1]。在有关炎症致病机制和发病机制的分子生物学研究中，表观遗传学中组蛋白修饰作为一个重要的研究方法，包括乙酰化、甲基化、磷酸化等[2]。近年来，乙酰化的研究结果显示，对组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性的抑制，除能够产生抗肿瘤作用外，还可以有效地促使炎症细胞周期阻滞、诱导炎症细胞凋亡、抑制炎症生成，起到良好的抗炎效果[3-4]。因此，HDAC抑制剂（HDACI）也成为抗炎药物研究的新热点[5]。本文从HDACI与抗炎的关系和研究趋势进行综述，以期为抗炎药物研发者提供参考。

1 HDAC与抗炎的关系

1.1 HDAC的组成与家族成员

组蛋白是一种基本的核蛋白质，负责真核生物中染色体纤维的核部分结构。组蛋白修饰主要由组蛋白乙酰基转移酶（HAT）[6]和HDAC共同调控。见图1。至今已经发现的18种HDAC被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种类型[7]。第Ⅰ类HDAC包括HDAC1-3、HDAC1-8，主要存在于细胞核内，与酵母中的RPD3具有同源性。HDAC1-3形成复合物后才具有去乙酰化酶活性，而HDAC8单独具有去乙酰化酶活性。第Ⅱ类HDAC包括HDAC4-5、HDAC4-7、HDAC4-9，主要存在于细胞核和细胞质中，与酵母Had-1存在序列同源性。现分为两类，Ⅱa类引入复合物后才具有去乙酰化酶活性，Ⅱb类单独具有去乙酰化酶活性。第Ⅲ类与酵母SIR2同源，SIRT1-7被统称为Sirtuins家族[8-10]，其中SIRT1-3有强去乙酰化酶活性，SIRT4-7有弱去乙酰化酶活性。第Ⅳ类HDAC11，存在于细胞核中。因其与已知的HDAC家族仅有微小的同源性，故单独一类，具有去乙酰化酶活性。

HDAC：组蛋白去乙酰化酶;HAT：组蛋白乙酰基转移酶

图1   HDAC和HAT作用机制

1.2 HDAC与抗炎的关系

HDAC的高表达是导致炎症的重要原因，HDAC在协调细胞信号通路与染色质重塑和转录因子功能中发挥重要作用，从而在细胞活化、增殖和分化过程中改变或维持特定基因的表达[11]。在疾病的治疗过程中，通过合理抑制HDAC，可以有效恢复HDAC的转录调节作用、提高染色质的乙酰化水平、活化特定的基因表达、抑制疾病细胞的增殖并促进疾病细胞的凋亡，从而有效控制病理进程[12]。此外，抑制HDAC可诱导炎症细胞中细胞因子产生细胞凋亡[13-14]。Cross等[15]以组蛋白去乙酰化酶抑制剂（TSA）和烟酰胺为供试品，采用类风湿性关节炎（RA）患者滑膜巨噬细胞研究对Ⅰ/Ⅱ类HDAC的抑制性。结果显示，抑制HDAC可以选择性诱导巨噬细胞凋亡，且炎性刺激增强巨噬细胞对HDACI诱导细胞凋亡的敏感性。而且Ⅰ/Ⅱ类HDAC在控制RA中炎症、血管生成和细胞存活方面具有重要作用。目前，Angiolli等[2]研究HDAC1、HDAC3、HDAC6、HDAC8对RA成纤维滑膜细胞（FLS）炎症基因表达有潜在贡献，发现HDAC1、HDAC3、HDAC6、HDAC8与抗炎有密切关系。

2 HDACI抗炎活性成分的研究进展

2.1 异羟肟酸类HDACI對炎性反应和炎症因子的调控

异羟肟酸类HDACI是研究最早、最深入、结构简单且活性较高的一类抑制剂[16]。主要包括TSA、SBHA、Suberyolanilide hydroxamid acid（SAHA）等。异羟肟酸类HDACI中最具有代表的是TSA和SAHA。结构见图2。

HDACI：组蛋白去乙酰化酶抑制剂

图2   异羟肟酸类HDACI化学结构

2.1.1 TSA抗炎机制研究进展  TSA作为第1个被发现具有HDACI性质的天然活性物质，可以特异性地抑制Ⅰ、Ⅱa类HDAC的活性[17]。TSA可以抑制细胞增殖，促使细胞周期阻滞，诱导细胞凋亡，同时降低炎症因子水平，起到很好的抗炎作用。干小红等[18]将小鼠肝组织切片进行HE染色，TSA对照组有明显的炎症抑制作用，通过TSA的干预对炎症组织起到保护作用，防止干细胞的坏死和炎症的发生。通过酶联免疫吸附法（ELISA）检测血清γ-干扰素（IFN-γ）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平，TSA干预组血清IFN-γ和TNF-α水平明显降低。TSA通过保护健康细胞，显著降低促炎因子，促进炎症细胞凋亡，进而起到抗炎作用。

郭艳琳等[19]对致炎导致心肌梗死的大鼠模型组长期给予TSA，发现TSA可以对TNF-α、白细胞介素（IL）-1β、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的产生起抑制作用。同时验证了核因子（NF）-κB作为促炎症基因表达的枢纽之一，不但可诱导细胞因子的表达，也可诱导iNOS的表达。TSA发挥抗炎作用可能是通过降低TNF-α、IL-1β等炎症因子水平，降低iNOS表达;亦可能通过NF-κB的活性，下调iNOS表达来实现。

2.1.2 SAHA抗炎机制研究进展  SAHA[20-21]是一种含杂化极性分子的羟肟酸，是羟肟酸类的经典成员，在体内和体外实验中均具有强大的抗炎活性。相关研究显示[22-23]，SAHA在体内和体外都减少了TNF-α、IL-1β、IL-6和IFN等促炎细胞因子的产生。实验以结肠炎患者为模型，改变核小体结构，HDAC允许通过转录机制进入染色质复合物DNA。动物实验模型通过SAHA治疗后，明显抑制IFN-γ、IL-6、IL-1β及人巨噬细胞炎性蛋白2（MIP-2）等促炎细胞因子，细胞凋亡显著增加。细胞实验模型抑制促炎细胞因子的剂量依赖、细胞凋亡的诱导以及组蛋白去乙酰化的局部增加。同时明显减少了固有层巨噬细胞NF-κB，其抑制与促炎细胞因子的显著抑制相关。值得注意的是，无论是在体内还是体外，SAHA均能显著抑制促炎细胞因子的产生。

2.2 短链脂肪酸类HDACI对炎性反应和炎症因子的调控

短链脂肪酸类是一类结构简单的HDACI[24]，这类抑制剂稳定性差、选择性差、体内半衰期短、酶抑制活性低、代谢速度快，一般与其他药物联合给药实现作用。这类HDACI主要有正丁酸、丙戊酸和苯丁酸及其盐类化合物。见图3。

HDACI：组蛋白去乙酰化酶抑制剂

图3   短链脂肪酸类HDACI的化学结构

2.2.1 丙戊酸钠（VPA）抗炎机制研究进展  VPA属于广谱HDACI，可抑制多种HDAC，临床上用于癫痫、双相情感障碍治疗。最新的研究显示[25]，其对炎性反应和纤维化等均有保护作用。Liu等[26]研究显示，给予VPA可以显著减少脑脊髓炎大鼠视神经的炎症，降低INF-γ、TNF-α、IL-1β、IL-17和诱导iNOS的mRNA水平，抑制NF-κB信号通路以及下调CD11b在视神经中的表达。Seet等[27]研究使用结膜瘢痕模型评价VPA对术后炎症的影响。VPA可以选择性地调节促炎细胞和分子靶点，从而减轻手术引起的结膜炎症，VPA通过抑制炎症和纤维化的关键介质，可以有效治疗术后炎症。

2.3 环肽类HDACI对炎性反应和炎症因子的调控

环肽类HDACI是在各类HDACI中是结构最为复杂的一类，这类抑制剂的数量和类型较多[28]。如环氧酮类、亲电子酮类、羟甲基酮类等含酮环肽类HDACI、人工改造合成的含异羟肟酸环肽类HDACI和以Romidepsin（FK228）为代表的含硫环肽类的HADCI。主要包括trapoxin（TPX）、FK228等。见图4。

HDACI：组蛋白去乙酰化酶抑制剂

图4   环肽类HDACI的化学结构

2.3.1 FK228抗炎机制研究进展  FK228[29-30]是一种不含环氧酮基的环四肽类化合物，作为一种有效HDAC1、HDAC2抑制剂，在无细胞试验中可达到纳摩级别，能有效地抑制细胞生长。除可以调控细胞凋亡和周期相关基因外，还对NF-κB炎症通路信号有着重要的影响。李梦辉[31]在体外实验发现，FK228能够抑制TGF-β1诱导的人类肝星状细胞活化，并通过调控组蛋白乙酰化水平抑制肝星状细胞活化从而抑制肝纤维化，肝硬化的发生和发展。其具体机制可能主要与FK228抑制NF-κB核转位有关。

2.4 苯甲酰胺类HDACI对炎性反应和炎症因子的调控

苯甲酰胺类抑制剂是一类新型的HDACI，与传统的异羟肟酸类化合物比较，因含有的独特的N-（2-氨基苯基）苯甲酰胺药效基团，使这类HDACI具有更强的HDAC1/2选择性，并且毒性低、耐受性好[32]。目前进入临床试验的苯丙酰胺类HDACI主要有：Entinostat（MS-275）、MGCD0103、CS-055等。见图5。这类化合物具有抗炎作用，尤其对多种自身免疫型炎症治疗效果明显。

HDACI：组蛋白去乙酰化酶抑制剂

图5   苯甲酰胺类HDACI的化学结构

2.4.1 MS-275抗炎机制研究进展  MS-275是合成的苯甲酰胺衍生物，可以降低炎症基因表达起到抗炎作用[33]。Leus等[34]研究MS-275在慢性阻塞性肺疾病（COPD）模型中的作用。结果显示，在香烟烟雾诱导的C57BL/6小鼠中，MS-275降低了炎症基因的表达及肺中性粒细胞的流入。在肺间质巨噬细胞中，IL-10的表达仅在mRNA水平上调。MS-275能通过降低促炎因子，有效地减轻由吸烟引起的C57BL/6小鼠中性粒细胞气道炎症。

3 结语与展望

HDACI特性以及强大免疫抑制作用，可应用于移植免疫、肿瘤免疫、自身免疫性疾病及神经系统疾病的基础与临床研究。作为靶点，为新药物开发提供新思路。在该领域研究还面临着诸多问题，如目前尚未明确HDACI在体内如何工作，由组蛋白还是非组蛋白介导。开发对HDAC同工酶或条件性基因敲除小鼠有选择性的抑制剂可以解决这一领域的一些问题，然而，还需要更多证据证明这些药物的长期安全性。总之，HDACI在抗炎方面具有广阔的研究空间和应用前景。

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（收稿日期：2019-07-05  本文编辑：王晓晔）