组蛋白乙酰化修饰在哮喘发病机制中的研究进展

陈绍鹏，曾敏娟，赖天文*

哮喘是一种慢性呼吸系统疾病，包括异常的气道炎症、气道重塑和气道高反应性（AHR），近20年来其发病率从5.5%上升至约8%，给患者家庭及社会带来极大的经济负担［1］。组蛋白乙酰化是目前研究最为广泛和深入的表观遗传修饰之一，主要指组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferase，HAT）和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）的调节作用，调节失衡会引起基因调控紊乱，导致慢性炎症［2］、自身免疫性疾病［3］、癌症［4］等疾病的发生。研究表明HAT、HDAC的改变与哮喘密切相关［5-6］。本文对近年来组蛋白乙酰化修饰在哮喘发病机制中的研究作一综述，为临床治疗提供依据。

1 组蛋白乙酰化概述

组蛋白乙酰化是指在组蛋白氨基端尾部的赖氨酸ε位的氨基处加上乙酰基，该过程可逆。

HAT是将乙酰辅酶A（CoA）的乙酰基转移至组蛋白N端尾部赖氨酸残基上的一组酶。当HAT转移乙酰基到组蛋白的赖氨酸残基上时，带负电荷的乙酰基打破原来组蛋白的平衡，导致脱氧核糖核酸（DNA）序列结构松弛和展开，促进转录因子与DNA序列的接触，使DNA序列的转录增强［7］。哺乳动物主要有3个HAT家族：p300/CREB结合蛋白（p300/CBP）家族、MYST家族和GNAT家族。

HDAC是去除赖氨酸残基上乙酰基的一类蛋白酶。当HDAC去除组蛋白赖氨酸残基中的乙酰基后，组蛋白恢复原来的正电荷，与带负电荷的DNA紧密结合，使转录因子难以接近启动子，从而抑制特定基因的转录。HDAC分为四类：Ⅰ类（HDAC 1-3和8）、Ⅱ类（HDAC 4-7、9和10）、Ⅲ类（SIRT1-7）和IV类（HDAC11）［8］。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类为锌离子（Zn2+）依赖型HDAC，具有相似的去乙酰基结构域，表明单个化合物可以同时抑制Zn2+依赖型HDAC。而Ⅲ类HDAC在催化过程中依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）。

2 组蛋白乙酰化与哮喘

2.1 HAT在哮喘发病中的作用 p300促进/加重哮喘发病，HAT与哮喘密切相关。目前关于HAT对哮喘发病机制的研究主要集中在p300。p300介导ORMDL3组蛋白乙酰化，加重哮喘气道炎症和气道重塑。p300选择性抑制剂——C646抑制哮喘小鼠p300的表达，ORMDL3的表达降低，从而缓解AHR和气道重塑［5］。p300对核因子活化B细胞κ轻链增强子（NF-κB）p65的乙酰化使β-连环蛋白（β-catenin）促进p65的核转位，进而促进了人气道平滑肌（ASM）细胞中白介素（IL）-6的表达［9］。p300依赖的组蛋白H3乙酰化参与了凝血酶诱导的人肺上皮细胞IL-8的表达［10］。细颗粒物暴露和冷应激（PMCS）联合诱导使p300表达显著上调，进而增加CD4+T淋巴细胞IL-4基因启动子中的H3K9和H3K14乙酰化水平，加重哮喘小鼠的炎性反应和氧化还原反应［3］。

p300在哮喘模型大鼠肺组织分离培养出的CD4+T淋巴细胞中的表达增加，Notch1启动子组蛋白的乙酰化水平升高，IL-4、IL-5、IL-13以及NF-κB和AP-1水平亦显著升高，可见p300通过Notch1启动子组蛋白的乙酰化影响哮喘大鼠肺CD4+T淋巴细胞的分化［11］。p300催化H3K27的乙酰化，促进IL-9的强烈表达，诱导辅助T淋巴细胞9（Th9细胞）分化，并介导过敏性气道炎症［12］。此外，P300和CBP调节β-Catenin信号有利于黏液细胞的分化［13］。综上所述，p300可介导Notch1、β-Catenin基因及H3K27位点的乙酰化，影响Th细胞及黏液细胞的诱导分化。

2.2 HDAC 在哮喘发病中的作用 相比于HAT，研究者将更多的目光放在HDAC与哮喘发病的研究上。各个HDAC在哮喘发病中的表达及作用并不相同，同一种HDAC也可能起着不同甚至相反的作用。

2.2.1 Zn2+依赖型HDAC

2.2.1.1 HDAC5、HDAC6、HDAC8促 进 /加 重 哮 喘 发 病

在卵清蛋白（OVA）诱导的过敏性哮喘小鼠肺组织中，HDAC5、HDAC6、HDAC8的表达水平明显升高，支气管肺泡灌洗液（BALF）中IL-4和IL-5水平升高［14］。HDAC8抑制剂PCI可以同步降低HDAC8和半乳糖凝集素-3（Gal-3）的表达、减少M2巨噬细胞极化，改善AHR和过敏性气道炎症［15］。

2.2.1.2 HDAC2、HDAC3、HDAC7、HDAC10、HDAC11抑制/减轻哮喘发病 哮喘患者外周血单个核细胞HDAC2的信使核糖核酸（mRNA）表达水平在重度哮喘患者中明显低于非重度哮喘患者［16］。室尘螨（HDM）诱导的HDAC2+/-小鼠炎性细胞浸润显著增强、肺组织中T辅助因子和IL-17A表达水平升高。IL-17A缺失或抗IL-17A治疗逆转了由HDAC2损伤引起的气道炎症增强［17］。

萝卜硫素通过上调核因子E2相关因子2（Nrf2）的表达和增强HDAC2的活性，恢复了类固醇的敏感性［18］。在重度哮喘患者中，HDAC2可能通过介导类固醇来关闭活化的炎症基因，且磷酸肌醇3-激酶δ（PI3Kδ）的活化使得HDAC2的活性和表达被氧化应激降低，因此可通过PI3Kδ抑制剂增加HDAC2的表达从而逆转类固醇耐药［19］。

在16-HBE细胞中，香烟烟雾提取物（CSE）降低了HDAC2的活性、HDAC3的表达及活性、糖皮质激素受体（GR）的核转位，增加了NF-κB的核表达、1/2磷酸化胞外信号调节激酶（pERK 1/2）与1/2总胞外信号调节激酶（tERK1/2）比值以及炎性因子mRNA的表达，加重了炎性反应［20］。

低表达HDAC7、HDAC9和HDAC10诱导的组蛋白高乙酰化状态加重嗜酸性气道炎症。糖皮质激素（GC）上调HDAC7、HDAC9、HDAC10、HDAC11，特别是HDAC10，是改善气道炎症的机制之一［21］。

2.2.1.3 HDAC1、HDAC4、HDAC9在哮喘中的作用尚未明确

在PMCS联合暴露诱导小鼠哮喘模型研究中，CD4+T淋巴细胞HDAC1明显降低［3］，HDAC1在哮喘模型大鼠肺组织分离培养出的CD4+T淋巴细胞中的表达下降［11］。相反，SU等［14］报道HDAC1的表达水平在OVA诱导的过敏性哮喘小鼠肺组织中明显升高，哮喘小鼠气道阻力显著增强，BALF中IL-4和IL-5水平升高。

转化生长因子-β1（TGF-β1）通过降低微小核糖核酸-206（miR-206）水平，上调HDAC4表达，进而上调周期蛋白D1（cyclin D1）表达，诱导气道平滑肌细胞（ASMCs）增殖，加重气道重塑［22］。在佛波酯（PMA/A23187）诱导人肥大细胞（HMC-1）发生过敏性炎症中，HDAC4作为miR-20a的靶基因表达升高，促进肿瘤坏死因子（TNF）-α、IL-1β等的分泌［23］。相反，SU等［14］报道HDAC4的表达水平在OVA诱导的过敏性哮喘小鼠肺组织中显著下降，肺组织中可见炎性细胞浸润、黏液堆积，BALF中IL-4和IL-5水平升高。

哮喘患者中HDAC9 mRNA表达水平与疾病严重程度呈正相关［24］。相反，ZHANG等［21］报道低表达HDAC9诱导的组蛋白高乙酰化状态可加重嗜酸性气道炎症。

2.2.2 NAD+ 依赖型HDAC

2.2.2.1 SIRT2、SIRT7促进/加重哮喘发病 哮喘患者肺组织中SIRT2表达升高，发挥促炎作用，加重哮喘症状［25］。SIRT2促进了三种过敏原〔尘螨、豚草、烟曲霉（DRA）〕诱导嗜酸粒细胞的招募［26］。此外，SIRT2抑制剂可减少巨噬细胞的交替激活，并显著消除三种过敏原诱导的肺部炎症［1］。SIRT7通过调节转化生长因子-β受体Ⅰ（TGFβR1）的表达，参与TGF-β1诱导的ASM细胞增殖和迁移，提示SIRT7加重哮喘气道重塑［27］。

2.2.2.2 SIRT6抑制/减轻哮喘发病 SIRT6的抗炎作用与T淋巴细胞中转录因子GATA3乙酰化水平降低及Th2免疫应答的减少有关［25］。过表达SIRT6可显著减弱OVA诱导的浸润肺组织中的炎性细胞，细支气管黏液积聚可被有效降低至接近正常水平［28］。此外，SIRT6的过表达影响TGF-β1诱导的上皮细胞-间充质转化（EMT）标志物变化和EMT样细胞行为，降低了细胞的迁移和增殖速率，改善了气道重塑［29］。

2.2.2.3 SIRT1抑制哮喘炎性反应 在人支气管上皮细胞（16HBE细胞）及OVA诱导小鼠的哮喘模型中SIRT1的mRNA和蛋白水平均下调，且SIRT1的下调使IL-6的表达升高，而这一表达可被蛋白激酶B（Akt）抑制剂及SIRT1激活剂逆转［6，30］。此外，SIRT1作为miR-221的靶基因，可逆转哮喘患者HBE细胞损伤［31］。SIRT1抑制了环境颗粒物（PM）暴露后的胆固醇调节元件结合蛋白1（SREBP1），并进一步下调了铁结合核蛋白（PIR）和Nod样受体蛋白3（NLRP3）炎性小体，减轻人肺成纤维细胞炎症［32］。

3 HDAC抑制剂或激活剂治疗哮喘的研究进展

3.1 HDAC抑制剂治疗哮喘 已有研究报道，HDAC6抑制剂——曲古霉素A（TSA）抑制HDAC，可下调适应性过敏免疫反应，减轻气道炎症。TSA减少了大气道血管周围嗜酸粒细胞数量和黏液产生，减轻了哮喘表征［33-34］。

选择性HDAC8抑制剂PCI-34051和地塞米松可减轻哮喘模型鼠的嗜酸性炎症、AHR及气道重塑［34］。

丁酸通过抑制HDAC活性来抑制固有淋巴样2型细胞（ILC2）的增殖，减少IL-13、IL-15的产生，进而改善AHR和气道炎症［35］。

研究者CAO等［36］合成了用于降解I类HDACs的蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs），其中一种PROTACs HD-TAC7对HDAC3具有良好的降解效果，提示PROTACs具有治疗潜力。

3.2 HDAC激活剂治疗哮喘 小剂量大环内酯类药物如阿奇霉素和红霉素能恢复HDAC2的活性。OVA和香烟烟雾诱导的小鼠哮喘模型中HDAC2的蛋白水平降低，但是罗红霉素可以提高HDAC2的表达水平，以降低香烟烟雾暴露的哮喘小鼠的气道炎症［2］。

用miR-21特异性拮抗剂（Ant-21）或pan-PI3K抑制剂LY294002治疗，可以降低PI3K活性并恢复HDAC2水平，进而抑制AHR和恢复类固醇对过敏性气道疾病的敏感性［37］。此外，PI3K抑制剂（BZE235和LY294002）可通过恢复HDAC2活性和抑制核信号转录因子磷酸化来改善严重哮喘患者的GC不敏感性［38］。

体内外实验发现，低剂量茶碱增强了上皮细胞和巨噬细胞中HDAC的活性，浓度在1～10 μM之间的茶碱和恩丙茶碱增加了HDAC2的活性，而高于该浓度则抑制了HDAC2的活性，表明低剂量茶碱可通过增加HDAC2的激活而发挥抗哮喘作用［39］。

穿心莲内酯通过恢复HDAC活性，提高HDAC2蛋白质水平，降低脂多糖/γ-干扰素（LPS/IFN-γ）诱导的IL-27水平和AHR，恢复地塞米松敏感性［40］。

骨化三醇能增强IL-13诱导的哮喘患者ASM细胞HDAC的表达及活性，减弱TNF-α对组胺反应的增强作用［41］。

4 小结

近年来组蛋白乙酰化修饰在哮喘发病机制中的研究概述如图1。目前，对于其在哮喘发病机制中的研究并不深入，不同研究间甚至存在矛盾之处。造成此种现象的原因可能与HAT和HDAC基因表达存在动态变化，或是不同的研究使用的体内外模型存在差异。另一方面，HDAC抑制剂或激活剂能调控哮喘的炎性反应，为临床靶向治疗哮喘提供了理论依据。

图1 组蛋白乙酰化修饰在哮喘发病机制中的研究进展概况Figure 1 Recent five-year advances in histone acetylation in the pathogenesis of asthma

作者贡献：陈绍鹏进行检索文献、撰写论文并对文章负责；曾敏娟进行排版、作图；赖天文进行质量控制及审校。

本文无利益冲突。

本文文献检索策略：

使用PubMed网站的查询框在“All Fields”范围内以“（HAT） AND （asthma）”“（p300） AND （asthma）”“（HDAC）AND （asthma）”和“（SIRT） AND （asthma）”为关键词检索文献，重点关注近5年发表的文献。