組蛋白去乙?；概c足細(xì)胞損傷

李 知 侯 慶 綜述 陳朝紅 劉志紅 審校

組蛋白是染色體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，當(dāng)受到各種外界因素影響時(shí)，組蛋白可以發(fā)生多種形式的翻譯后修飾(PTM)，包括乙?；⒓谆?、磷酸化及泛素化等[1]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白的乙?；粌H和基因調(diào)控有關(guān)，還與腫瘤[2]及腎臟疾病[3-5]等多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

生物體內(nèi)組蛋白乙?；钠胶庥蓛煞N相互拮抗的酶類共同保持：組蛋白去乙?；?HDAC)和組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(HAT)。通常認(rèn)為HDAC的作用是將組蛋白賴氨酸尾上的乙?；鶊F(tuán)去除，加強(qiáng)組蛋白的正電荷，使染色體結(jié)構(gòu)更緊湊，不易與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而抑制下游基因表達(dá)，而HAT則作用相反[6]。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，HDAC對(duì)于基因的調(diào)控具有高度選擇性，在不同情況下，可以發(fā)揮激活和抑制兩種不同功能[7]。

HDAC是一類進(jìn)化上高度保守的酶類，目前為止，哺乳動(dòng)物的HDAC家族已發(fā)現(xiàn)18個(gè)成員，根據(jù)與酵母中同源蛋白結(jié)構(gòu)的相似性，可以分為四類，其中Ⅰ類 (HDAC 1,2,3,8),Ⅱa類 (HDAC 4,5,7,9),Ⅱb類(HDAC 6，10)和IV(HDAC 11) 的酶活性依賴于Zn2+，而Ⅲ類HDAC(也稱為 sirtuins),包括SIRT1-7,酶活性則依賴于煙酰胺腺嘌呤核苷酸(NAD+)(表1)[8]。

足細(xì)胞是腎小球中包繞于腎小球基膜(GBM)上的一種終末分化的上皮細(xì)胞，足細(xì)胞損傷是蛋白尿性腎小球疾病中的重要病因[9]。許多原發(fā)性腎小球疾病，如局灶性節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)、膜性腎病(MN)、微小病變腎病(MCD)和繼發(fā)性腎小球疾病,如糖尿病腎病(DN)、狼瘡性腎炎(LN)中，都可以發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞形態(tài)的變化和功能的破壞。盡管足細(xì)胞損傷在腎小球疾病中的地位已被證實(shí)和突出，但是目前靶向足細(xì)胞損傷的治療方法仍然很缺乏[10]。所以，找到參與足細(xì)胞損傷的重要基因和通路對(duì)于后續(xù)探索靶向足細(xì)胞的治療方法至關(guān)重要。本文著眼于HDAC對(duì)足細(xì)胞病理?yè)p傷的調(diào)控和作用，進(jìn)一步探究HDAC和足細(xì)胞損傷之間的關(guān)系。

表1 HDAC家族

HDAC：組蛋白去乙?；?Sirt：沉默信息調(diào)節(jié)因子

Ⅰ類HDAC(HDAC1/3)

Chandel等發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒(HIV)可通過(guò)表觀遺傳途徑調(diào)控維生素D受體(VDR)的表達(dá)從而致使足細(xì)胞的損傷和腎臟損害。HIV感染時(shí)，足細(xì)胞中HDAC1與DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT3b、DNMT1等表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子SNAIL上調(diào)，而SNAIL抑制VDR的表達(dá)，激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)，導(dǎo)致腎臟的損傷[11]。

Liu等[12]發(fā)現(xiàn)HDAC3介導(dǎo)了TGF-β/Smad/miR-30通路對(duì)足細(xì)胞的損傷。 MicroRNA對(duì)維持足細(xì)胞穩(wěn)態(tài)具有重要作用[13]。近來(lái)發(fā)現(xiàn)miR-30家族可以通過(guò)靶向Notch1及p53對(duì)足細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用，而用TGF-β處理足細(xì)胞時(shí)可抑制miR-30的表達(dá)，引起足細(xì)胞的凋亡和骨架破壞，促進(jìn)足細(xì)胞的損傷[14]。Liu等[12]的研究結(jié)果顯示，TGF-β可以促進(jìn)HDAC3 與Smad2/3及NCoR的表達(dá)，三者形成復(fù)合物，結(jié)合于miR-30d啟動(dòng)子上Smad結(jié)合域，抑制miR-30d的表達(dá)。

Ⅱa類HDAC(HDAC4/9)

Wang等[15]發(fā)現(xiàn)高糖(HG)、晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)等足細(xì)胞損傷因子可誘導(dǎo)足細(xì)胞HDAC4表達(dá)上調(diào)，HDAC4通過(guò)調(diào)控下游的STAT-1的乙酰化水平，促進(jìn)STAT-1的入核和活化，引起足細(xì)胞的炎癥、凋亡，并抑制自噬。敲低HDAC4可明顯緩解糖尿病小鼠足細(xì)胞損傷并增加自噬的水平。有研究發(fā)現(xiàn)miR-29a可以通過(guò)調(diào)節(jié)HDAC4來(lái)維持足細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和保護(hù)腎臟功能。在高糖刺激下，miR-29a的表達(dá)下調(diào)使靶基因HDAC4的表達(dá)升高，HDAC4可促使足細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白nephrin去乙?；钚越档?，導(dǎo)致了腎臟功能下降；HDAC4的表達(dá)上調(diào)進(jìn)一步增高miR-29a啟動(dòng)子的組蛋白H3K9去乙?；?(H3K9Ac)，導(dǎo)致miR-29a的轉(zhuǎn)錄活性下降，從而形成損傷的惡性循環(huán)，證明了在高糖刺激損傷足細(xì)胞時(shí)，HDAC4可以通過(guò)表觀途徑抑制miR-29a的轉(zhuǎn)錄活性[16]。

Liu等[17]首次發(fā)現(xiàn)HDAC9在DN中的表達(dá)并證實(shí)了HDAC9通過(guò)JAK2/STAT3通路參與DN的損傷過(guò)程。在高糖處理誘導(dǎo)鼠足細(xì)胞HDAC9表達(dá)顯著升高；db/db小鼠腎組織和DN患者腎組織中， HDAC9表達(dá)同樣增高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在高糖處理的鼠足細(xì)胞中，敲低HDAC9可明顯的緩解JAK2/STAT3通路引起的活性氧生成、細(xì)胞凋亡和炎癥。在糖尿病db/db小鼠模型中，HDAC9的敲除可緩解腎小球硬化、炎癥因子的釋放和腎臟損傷。

Ⅲ類HDAC

沉默信息調(diào)節(jié)因子(silent information regulator)是一組依賴NAD+活性的HDAC亞類，其中部分還具有單二磷酸腺苷核糖體轉(zhuǎn)移酶活性，目前已發(fā)現(xiàn)該亞類酶具有調(diào)節(jié)DNA修復(fù)與重組、染色體穩(wěn)定性及基因轉(zhuǎn)錄等功能。同時(shí)近來(lái)有報(bào)道Sirt可以通過(guò)調(diào)控線粒體功能、能量代謝、熱量限制等方式發(fā)揮一定的腎臟保護(hù)功能[4,18]。已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ類HDAC成員中，Sirt1/3/4/6/7均在足細(xì)胞損傷中具有一定保護(hù)作用。

Sirt1 Sirt1是目前HDAC家族中被研究最多的成員。Chuang等[19]明確了Sirt1在足細(xì)胞中的表達(dá)及其通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子Foxo4(forkhead box O4)轉(zhuǎn)錄后修飾拮抗多種因素誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷。在糖尿病患者中，AGEs的聚集可使Sirt1的表達(dá)下降，Sirt1的下調(diào)引起轉(zhuǎn)錄因子Foxo4乙?；皆龈?，活性增加，從而介導(dǎo)下游促凋亡基因Bcl2l11在足細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，引起足細(xì)胞的凋亡。db/db小鼠中，用吡哆胺抑制AGE的生成時(shí)，Sirt1的表達(dá)回升，乙?；腟TAT3和NF-κB的表達(dá)下調(diào)。同時(shí)，在db/db小鼠中特異性的敲除Sirt1可明顯加重腎臟損傷和蛋白尿。進(jìn)一步明確Sirt1在足細(xì)胞中的功能，Chuang等[20]還發(fā)明了一種基于RNA干擾技術(shù)的誘導(dǎo)或可逆轉(zhuǎn)的Sirt1全身性或足細(xì)胞特異性敲低基因工程小鼠。利用該模型，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠腎臟中整體Sirt1的表達(dá)敲低80%時(shí)，腎小球功能仍基本正常。但在阿霉素處理后產(chǎn)生腎損傷的情況下，Sirt1的敲低可引起更明顯的蛋白尿、腎小球硬化，并加重線粒體損傷，抑制受損線粒體的自噬。在阿霉素誘導(dǎo)腎損傷早期逆轉(zhuǎn)Sirt1的敲低可以抑制腎小球損傷的進(jìn)展，減少足細(xì)胞中異形線粒體的聚集，但不能逆轉(zhuǎn)蛋白尿和腎小球硬化的進(jìn)展。

利用足細(xì)胞特異性敲除Sirt1小鼠，發(fā)現(xiàn)Sirt1的敲除可以加重腎毒血清引起的足細(xì)胞損傷，包括肌動(dòng)蛋白骨架錯(cuò)亂，促進(jìn)足細(xì)胞的進(jìn)一步丟失。進(jìn)一步體外研究證實(shí)，Sirt1可以促使細(xì)胞核中的皮層肌動(dòng)蛋白(cortactin)去乙?；?，使其更易于被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中。而細(xì)胞質(zhì)中的cortactin對(duì)于維持正常細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架具有重要意義，證明Sirt1對(duì)足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)的維持和保護(hù)作用[21]。一項(xiàng)利用OVE26糖尿病小鼠模型的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)Sirt1可以緩解足細(xì)胞的損傷。足細(xì)胞中特異性的過(guò)表達(dá)Sirt1或者新型Sirt1特異性激動(dòng)劑BF175的處理可以明顯的減少蛋白尿的產(chǎn)生并緩解腎小球損傷[22]。，足細(xì)胞中Sirt1表達(dá)水平的下調(diào)可以加重年老相關(guān)性腎小管硬化和蛋白尿，并增加足細(xì)胞的丟失[23]。

Rogacka等[24]報(bào)道了Sirt1與AMPK之間的相互作用參與了足細(xì)胞中高糖誘導(dǎo)的對(duì)胰島素反饋能力的損傷。作者發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期用高濃度糖處理鼠足細(xì)胞后，Sirt1的表達(dá)和活性會(huì)下降，隨之蛋白激酶 AMPK的磷酸化水平降低，由胰島素刺激引起的糖攝入能力出現(xiàn)下降，提示Sirt1-AMPK相互作用在細(xì)胞內(nèi)胰島素相關(guān)信號(hào)通路中的作用，提出了Sirt1對(duì)于細(xì)胞胰島素抵抗產(chǎn)生及相關(guān)損失產(chǎn)生的可能作用，但相關(guān)機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

Sirt1除了在足細(xì)胞表達(dá)并發(fā)揮腎臟保護(hù)作用，還參與腎小管和腎小球細(xì)胞間通訊和功能影響。Hasegawa等[25]發(fā)現(xiàn)腎臟近端小管中Sirt1轉(zhuǎn)基因或敲除小鼠分別能夠減輕或加重糖尿病腎小球損傷，且近端小管敲除Sirt1小鼠在基礎(chǔ)狀態(tài)下即表現(xiàn)出白蛋白尿，表明近端小管Sirt1影響腎小球功能。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)Sirt1參與煙酸代謝，NAD通過(guò)Sirt1轉(zhuǎn)化為煙酰胺單核苷酸(NAM)，體內(nèi)成像技術(shù)證實(shí)小管細(xì)胞合成和分泌的NAM可以逆行至腎小球被足細(xì)胞吸收，足細(xì)胞NAM濃度變化反饋影響Sirt1表達(dá)。過(guò)表達(dá)的Sirt1可以下調(diào)足細(xì)胞緊密連接蛋白(claudin-1)的表達(dá)。claudin-1可激活足細(xì)胞β連環(huán)蛋白(β-catenin)/ Snail通路，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和蛋白尿的產(chǎn)生[25]。

Sirt3 錳超氧化物歧化酶 (MnSOD )是一種線粒體中重要的活性氧物質(zhì)ROS清除酶，其可以將超氧化物轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化物,從而被其他過(guò)氧化物酶水解，起到抗氧化的作用[26]。已有研究證實(shí)Sirt3可以通過(guò)介導(dǎo)MnSOD的去乙?；?，提高M(jìn)nSOD的酶活性，提高抗氧化能力[27]。在一項(xiàng)測(cè)試尼可地爾協(xié)同加強(qiáng)依那普利治療慢性腎臟疾病的研究中，作者發(fā)現(xiàn)尼可地爾可以利用磺酰脲受體(SUR)結(jié)合到足細(xì)胞線粒體內(nèi)皮上的K-ATP 通道，通過(guò)上調(diào)Sirt3來(lái)增強(qiáng)線粒體內(nèi)MnSOD的表達(dá)，證實(shí)足細(xì)胞中Sirt3可以通過(guò)調(diào)控MnSOD的乙?；剑岣咦慵?xì)胞的抗氧化能力[28]。

Sirt4 Shi等[29]證實(shí)在高糖誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型中，Sirt4可以抑制足細(xì)胞的凋亡。在高糖刺激的情況下，過(guò)表達(dá)Sirt4可以促進(jìn)足細(xì)胞的增殖，抑制凋亡相關(guān)蛋白NOX1,Bax和磷酸化p38表達(dá)，同時(shí)下調(diào)腫瘤壞死因子α(TNF-α),白細(xì)胞介素1β(IL-1β)和IL-6等炎癥因子的水平，證實(shí)Sirt4在DN中存在足細(xì)胞保護(hù)作用。

Sirt6 Liu等[30]利用STZ及db/db兩種糖尿病小鼠模型和ADR小鼠模型，發(fā)現(xiàn)Sirt6可以通過(guò)抑制Notch1和Notch4啟動(dòng)子上組蛋白H3K9乙酰化水平，抑制損傷情況下Notch通路的活性，從而抑制足細(xì)胞炎癥和凋亡，并維持足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架的穩(wěn)態(tài)和促進(jìn)自噬的發(fā)生。此研究不僅證實(shí)了Sirt6在病理情況下對(duì)足細(xì)胞的保護(hù)作用，還發(fā)現(xiàn)Sirt6在包括FSGS、MN、IgA腎病、DN等不同的足細(xì)胞病患者腎臟組織中表達(dá)均下降，且表達(dá)水平與這些患者的估算的腎小球?yàn)V過(guò)率(eGFR)和蛋白尿水平呈相關(guān)性，提示Sirt6表達(dá)下調(diào)可能是足細(xì)胞病共同的損傷因素，為靶向Sirt6治療足細(xì)胞病提出了可能性[30]。而另一項(xiàng)研究利用足細(xì)胞特異性敲除Sirt6小鼠模型確認(rèn)了Sirt6對(duì)于維持腎小球功能和足細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要性[31]。

Sirt7 一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)miRNA20b可以通過(guò)靶向抑制Sirt7的表達(dá)來(lái)促進(jìn)足細(xì)胞凋亡。當(dāng)足細(xì)胞過(guò)表達(dá)Sirt7時(shí)可以緩解高糖誘導(dǎo)的凋亡，Sirt7的敲低可以促進(jìn)凋亡的產(chǎn)生，提示Sirt7在高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞中具有保護(hù)作用，具體機(jī)制文獻(xiàn)并未提示[32]。但有證據(jù)顯示Sirt7在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，抗DNA損傷中具有一定作用[33-34]。

Ⅳ類HDAC(HDAC11)

關(guān)于HDAC11與足細(xì)胞損傷的相關(guān)研究目前比較缺乏。已有相關(guān)研究指出HDAC11在腎臟缺血再灌注(I/R)中可以通過(guò)誘導(dǎo)下游血漿纖溶酶原激活物抑制劑-1的表達(dá)進(jìn)一步加重I/R的損傷[35]。

小結(jié):關(guān)于HDAC在腎臟及足細(xì)胞病理?yè)p傷中作用的研究越來(lái)越多，對(duì)從乙?；稗D(zhuǎn)錄后修飾方面尋找對(duì)足細(xì)胞損傷的治療提出了更多的可能性。本文總結(jié)了已發(fā)現(xiàn)的HDAC家族各亞型與足細(xì)胞損傷之間的關(guān)系(表1)。但是，對(duì)于探索HDAC具體參與調(diào)控?fù)p傷機(jī)制的方式和信號(hào)通路仍然很少，包括其上游的調(diào)控。目前已有研究發(fā)現(xiàn)microRNA對(duì)HDAC的表達(dá)和功能具有一定的調(diào)控功能[12,16,32]。同時(shí)，對(duì)于不同的HDAC之間的區(qū)別和聯(lián)系也引起了關(guān)注。隨著近年來(lái)曲古抑菌素A、伏立諾他、丙戊酸等HDAC抑制劑的研發(fā)和應(yīng)用，促進(jìn)了HDAC在腎臟病發(fā)生發(fā)展中作用的研究[8,36]。但易忽視廣譜抑制劑對(duì)各個(gè)HDAC成員之間的功能差異和異質(zhì)性，所以針對(duì)不同HDAC成員抑制劑的研究和發(fā)現(xiàn)有重要意義，其對(duì)于進(jìn)一步研究不同的HDAC在腎臟疾病及足細(xì)胞損傷過(guò)程中扮演的角色有著推動(dòng)作用。