组蛋白去乙酰化酶抑制剂在宫颈癌治疗中的研究进展

何 涵,史乃元,刘彦希,张 巍

(1.延边大学医学院，吉林 延吉 133002;2.吉林医药学院，吉林 吉林 132013)

宫颈癌是全球女性第四大常见癌症，人乳头瘤病毒(HPV)已被确定为导致宫颈癌的主要因素。通常基因突变是宫颈癌治疗研究的主要方向，但研究表明，许多表观遗传因素也参与宫颈癌的潜在发病机制，其中异常DNA甲基化和组蛋白修饰引起的表观遗传改变已在宫颈癌中得到广泛研究。本文通过总结参与组蛋白修饰的组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)以及HDACs抑制剂(HDACs inhibitors，HDACIs)与宫颈癌的关系综述其进展。

1 HDACs

1.1 HDACs简介

HDACs是表观遗传调节剂，可调节组蛋白尾部、染色质构象、蛋白质-DNA相互作用，甚至转录。HDACs也是转录后修饰剂，可调节与几种病理生理状态有关的蛋白质乙酰化[1]。编码HDACs基因的表达改变和突变与肿瘤发展有关，因为它们都诱导调节重要细胞功能(如细胞增殖、细胞周期调节和细胞凋亡)关键基因的异常转录。因此，HDACs是最有希望的癌症治疗靶点之一，它促使人们研究和开发HDACs抑制剂[2]。

HDACs依据氨基酸序列分为四大类[3]:ClassⅠ包括HDAC 1、2、3和8；ClassⅡ包括HDAC 4、5、6、7、9和10；ClassⅢ也称为Sirtuins/SIRT 1-7，需要尼古丁腺嘌呤二核苷酸作为辅助因子；ClassⅣ是指HDAC11。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类是依赖于Zn2+的HDAC。

1.2 HDACs与宫颈癌的关系

1.2.1宫颈癌中的Ⅰ类HDACs

HDAC1单独转染HeLa细胞时主要分布在细胞核中。然而，与NF-κB1的A20结合抑制剂(ABIN1)共转染时，将其位置转移到了细胞质。ABIN1直接与HDAC1结合下调HDAC1泛素化并通过调节HDAC1水平调节p53水平[4]。NF-κBp50亚基是炎症的重要调节剂，据研究，它还在抑制肿瘤中起作用。p50形成同型二聚体，其主动抑制NF-κB依赖性炎症基因表达并对炎症过程发挥重要作用。p50:p50的这种抑制活性被认为部分是由于表观遗传抑制HDAC1的相互作用介导的。然而，这种突变体p50的表达与中性粒细胞的化学吸引力增强和已知炎症基因的乙酰化有关，这表明p50:HDAC1相互作用对控制炎症的重要性[5]。

HDAC2和HDAC3对主轴组装检查点信号产生巨大影响[6]。HDAC3在恶性肿瘤的进展中发挥重要作用，尤其是在增殖、凋亡、转移、血管生成和抗癌药物耐药性方面。HDAC3还可以抑制p53、p27[7]。HDAC8抑制剂可抑制DNA修复机制，阻滞细胞周期过程，诱导细胞凋亡并改变基因表达[8]。HDAC8不仅在细胞质中表达，而且在HeLa细胞的核仁中也有表达。它可能是一种改变α微管蛋白功能的初级微管蛋白脱乙酰酶。微管蛋白的过度乙酰化可以稳定微管，抑制细胞迁移和细胞周期的有丝分裂期[9]。

1.2.2宫颈癌中的Ⅱ类HDACs

Qin[10]等研究发现，HDAC6在宫颈癌的发生、发展中起着重要的作用，下调HDAC6表达可能是一种有用的分子治疗方法，其去乙酰化活性受翻译后修饰和蛋白质-蛋白质相互作用的调节。HDAC6还与微管相关以促进细胞运动[11]。Connexin32(Cx32)是一种间隙连接蛋白，于各种组织中广泛表达并在调节细胞间通讯和生理活动中发挥作用。HDAC6的抑制导致Cx32在HeLa细胞中的积累。C端的五个赖氨酸乙酰化靶标已鉴定出Cx32的这些相对乙酰化的五种赖氨酸在控制细胞增殖[12]。

1.2.3宫颈癌中的Ⅲ类HDACs

Sirtuins(SIRT)构成一类具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖性脱乙酰酶或腺苷二磷酸核糖基转移酶活性的蛋白质。已在哺乳动物中鉴定出七个SIRT家族成员，从SIRT1(因其在血管老化中的作用而得到最佳研究)到SIRT7。三种蛋白质位于细胞核中，三种位于线粒体中，只有一种主要位于细胞质中[13]。

研究人员发现，使用HeLa细胞作为阳性对照，一旦SIRT的去乙酰化功能被抑制，他们就不能去除来自芳胺N-乙酰转移酶2(NAT2)的乙酰基团，这使该蛋白质更稳定从而增加NAT2的活动[14]。SIRT1沉默的HeLa细胞中P53的乙酰化增加。SIRT1沉默的HeLa细胞通过减少DNA损伤、细胞内活性氧物质的积累和细胞凋亡途径的激活来抵抗依托泊苷或过氧化氢治疗[15]。SIRT1只影响乙酰化水平，但不影响剪接因子SC35(也称为SRSF2)的磷酸化水平。基于HEK-293FT和HeLa细胞的进一步研究显示，SIRT1 作用于剪接因子SC35，以调节TAU外显子10的选择性剪接[16]。此外，SIRT1控制HPV16复制并可以通过病毒蛋白E1和E2带入病毒基因组[17]。在HeLa细胞中，JNK介导的去乙酰化SIRT2促进氧化应激诱导的细胞死亡。相反，抑制SIRT2会减少H2O2介导的细胞死亡[18]。为了阐明感染会诱导去乙酰化酶SIRT2的修饰，使其靶向染色质、HeLa细胞和小鼠胚胎成纤维细胞用于感染实验。丝氨酸25的磷酸化状态SIRT2在李斯特菌感染中很重要，相反去磷酸化控制其亚细胞定位[19]。SIRT2特异性地使RhoGDI(Rho蛋白的关键调节因子，调节细胞信号转导和能量)的K52去乙酰化并减缓宫颈癌细胞增殖[20]。SIRT3定位于线粒体，是一种通过对多种底物进行脱乙酰作用的多功能蛋白质脱酰酶。细胞衰老代表细胞周期因各种压力而永久退出；它受p53和视网膜母细胞瘤蛋白肿瘤抑制因子的控制，构成了一种有效的抗癌机制。P53可以被包含组蛋白去乙酰化酶(HDAC1)的蛋白质复合物去乙酰化。SIRT3也有可能使P53脱乙酰[21]。在人类中，SIRT5基因编码4种SIRT5蛋白异构体，即SIRT5iso1、SIRT5iso2、SIRT5iso3和SIRT5iso4。除 SIRT5iso4 在子宫中表达外，SIRT5iso1-3 在除膀胱、脂肪和气管外几乎所有人体组织中均有表达[22]。糖原合酶激酶是一种高度保守的丝氨酸苏氨酸蛋白激酶，参与许多生命活动，如各种蛋白质的糖原合成、胰岛素调节、转录激活和动物发育调节。HeLa细胞中GSK3β的乙酰化和磷酸化过表达SIRT1-SIRT7[23]。

2 HDACIs

2.1 HDACIs简介

HDACI通过促进组蛋白乙酰化和非组蛋白底物乙酰化发挥抗癌活性。HDACIs通常由三个结构域组成：锌结合基团、帽组和连接上述两部分的链接器[24]。Trichostatin A(TSA)首先是从吸湿链霉菌中获得，通常用作HDAC的特异性抑制剂，但Ⅲ类HDAC除外[25]。缺氧诱导因子1(HIF-1)是一种氧敏感转录因子，与肿瘤转移、患者预后不良和血管生成等相关。

2.2 宫颈癌治疗中的HDACIs

目前，很多研究者们已经利用HDACIs对HPV细胞系(HeLa细胞、CasKi细胞和SiHa细胞)进行了一系列研究。尽管没有大量关于选择性抑制HDACIs的文献信息，但一些研究描述了天然产物和合成化合物对宫颈癌的抗癌作用，这些化合物中有许多是HDAC泛抑制剂。本部分将总结这些化合物，阐述它们所具有良好的抗宫颈癌活性。

TSA在赖氨酸674处乙酰化HIF-1α，促进了HeLa细胞在有氧条件下的TSA抗性，表明HIF-1α乙酰化影响了癌症治疗的耐药性[26]。SAHA是一种非选择性HDACI，可以显着降低E6和E7活性，并通过减少DNA修复反应选择性诱导HPV感染细胞凋亡[27]。研究表明，SAHA的非选择性可能是其临床副作用的原因，但也限制了其作为研究癌症相关化学工具的使用。所以，SAHA在接头的C4位置进行了修饰，以探索活性和选择性。几种C4修饰的SAHA类似物表现出双重HDAC6/8选择性，可作为一种化学工具来阐明其功能在癌症中的作用[28]。Oxamflatin是另一种HDACI，增加了E-cadherin以时间和浓度依赖性方式在宫颈癌细胞系中的表达[29]。

丙戊酸(VPA)也是一种HDACI，可诱导组蛋白的乙酰化，影响DNA和组蛋白的甲基化状态，参与E-cadherin的重新表达[30]。OH-VPA是一种VPA衍生物,与VPA相比，其具有更好地抗增殖作用。研究表明，在HeLa细胞中，OH-VPA可能与HDAC抑制有关，因其生化活性而导致细胞ROS水平失衡[31]。

PXD101是FDA于2014年批准用于治疗外周T细胞淋巴瘤的有效HDACI[32]。研究表明，HDAC1是PXD101的主要靶标之一，因为敲除HDAC1的HeLa细胞降低了其对PXD101的敏感性[33]。PXD101治疗能够以剂量依赖性方式增加包括HeLa细胞在内的几种肿瘤细胞系中组蛋白H4的乙酰化。

帕比司他是一种口服HDACI，对多种癌细胞具有抗癌作用。它被批准用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤[34]。在宫颈癌细胞中，发现帕比司他以剂量和时间依赖性方式增加组蛋白H3乙酰化并降低细胞活力。对于SiHa细胞，帕比司他处理阻滞了G2/M期；而对于HeLa细胞，阻滞了细胞周期的G0/G1期。帕比司他可能具有几种凋亡机制，如提高细胞内活性氧水平、破坏线粒体膜电位、增加p21和caspase-9水平以及降低Bcl-xL基因表达的能力[35]。

3 小 结

目前，越来越多的发展中国家已建立完善有效的宫颈癌筛查系统,大幅度降低了宫颈癌的死亡率。近来检测Hr-(DN MTs)感染虽有助宫颈不典型增生分类,但意义还不明确,因此,需要新的筛查方法。表观遗传学中，乙酰化还与甲基化、泛素化、自噬[36]和琥珀酰化[37]相互作用。虽然病毒感染不易逆转，但表观遗传变化足够可逆，因此能够被调节。乙酰化影响生物体的功能，乙酰化调节紊乱与许多疾病密切相关。过去的十年里，在靶向DNA甲基化和去甲基化、组蛋白乙酰化和去乙酰化、组蛋白乙酰化识别与疾病相关酶和蛋白质的药物研发方面取得重大进展。许多小分子药物已用于临床试验治疗癌症和其他疾病。结合表观遗传基因组学、蛋白质组学等现代技术，疾病大数据分析有望准确诊断个体患者可能的发病机制，从而进行精准治疗。未来，以表观遗传学为基础的技术和治疗可能为治疗宫颈癌带来新的思路。