去乙酰酶抑制劑在骨性關(guān)節(jié)炎中的應(yīng)用研究

蔡大衛(wèi)　蔣青

【摘要】 目的：對近年來在骨性關(guān)節(jié)炎方面的相關(guān)應(yīng)用研究及新進(jìn)展做了綜合概述。方法：通過對動(dòng)物的體內(nèi)外造模、誘導(dǎo)或抑制的方法，探尋軟骨降解的過程，并模擬機(jī)械應(yīng)力對人軟骨細(xì)胞作用，觀察壓力對軟骨降解的影響。結(jié)果：去乙酰酶抑制劑不僅可以作用于組蛋白，對非組蛋白如轉(zhuǎn)錄因子也有影響，可以延緩軟骨細(xì)胞凋亡，還可調(diào)節(jié)疼痛反應(yīng)。結(jié)論：從體外實(shí)驗(yàn)的分子和細(xì)胞以及體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以看出，去乙酰酶抑制劑的確對于OA有一定治療作用，是潛在的OA臨床治療藥物。

【關(guān)鍵詞】 去乙酰酶抑制劑； 骨性關(guān)節(jié)炎； 組蛋白乙?；?； HDAC分子

去乙酰酶抑制劑是近年來興起的一類新型藥物，可以抑制體內(nèi)組蛋白去乙酰酶的功能，多用于治療癌癥和神經(jīng)退行性疾病。因其較好的治療效果和較少的副作用，去乙酰酶抑制劑開始越來越多應(yīng)用在其他疾病的治療上。本文對近年來在骨性關(guān)節(jié)炎方面的相關(guān)應(yīng)用研究及新進(jìn)展做了綜合概述。

1 基本介紹

1.1 組蛋白乙?；?組蛋白乙?；瘯?huì)使核小體結(jié)構(gòu)松弛因而促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，反之則抑制。組蛋白乙?；癄顟B(tài)受兩種作用相反的酶的調(diào)控，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙酰酶（HDAC）。然而，實(shí)際上乙?；?去乙?；{(diào)控下的基因表達(dá)要更加復(fù)雜，HAT可以作為轉(zhuǎn)錄抑制劑，HDAC也可引發(fā)轉(zhuǎn)錄，在對基因表達(dá)作總體研究后可以發(fā)現(xiàn)抑制HDAC的活性可以同時(shí)誘發(fā)和抑制一些基因表達(dá)[1]。

1.2 HDACs分子 HDACs分子分4類，I類HDACs分子包括HDAC 1、2、3和8，這類主要在細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)。II類HDACs分子有HDAC 4、5、6、7、9和10在胞質(zhì)中表達(dá)，但可以轉(zhuǎn)移到核內(nèi)。III類HDAC就是依賴NADP的sirtuins（SIRT 1～7），目前只已知SIRT 1可有HDAC活性。第IV類HDAC分子只有HDAC 11。

1.3 去乙酰酶抑制劑（HDIs） 目前的臨床應(yīng)用主要在腫瘤治療方面。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以把分為：（1）異羥肟酸（氧肟酸）衍生物，如TSA，SAHA，pyroxamide；（2）短鏈脂肪酸，如：丙戊酸（valproic acid），丁酸鹽（butyrates）和苯乙酸鹽（phenylacetate）；（3）環(huán)狀四肽類和環(huán)氧化物，如：FK228；（4）合成苯甲酰胺衍生物，如：MS-275和CI-994。另外，還有sirtuin抑制劑如sirtinol也屬于HDIs。一些HDIs如TSA可抑制所有HDAC分子，如TSA，而有些如丙戊酸和MS-275可以在低濃度時(shí)選擇性抑制I類HDAC分子，在高濃度時(shí)抑制II類HDAC分子[2]。

2 體外實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

2.1 OA降解代謝類因素

2.1.1 MMP 關(guān)于MMP的研究較多，Young等[3]在SW1353細(xì)胞中證實(shí)TSA和NaBy可以在mRNA水平上抑制IL-1誘導(dǎo)MMPs的表達(dá)（如：MMP1、MMP3、MMP7、MMP8、MMP10、MMP12、MMP13），進(jìn)一步對其中MMP1、MMP13分析發(fā)現(xiàn)HDAi可以抑制其蛋白表達(dá)和活性。Wang等[4]和Zhong等[5]都在人軟骨細(xì)胞中證實(shí)，無論FGF2（成纖維細(xì)胞生長因子-2）或者IL-1誘導(dǎo)，vorinostat和TSA均可以抑制MMP1，MMP13表達(dá)并且上調(diào)TIMP-1的表達(dá)。Saito等[6]利用CTS模擬機(jī)械應(yīng)力對人軟骨細(xì)胞作用，誘導(dǎo)MMP3和MMP13表達(dá)，仍可被TSA和MS-275抑制。Chen等[7]對兔OA造模并且關(guān)節(jié)腔給TSA，發(fā)現(xiàn)其可以抑制模型兔軟骨細(xì)胞的MMP1、MMP3、MMP13的表達(dá)。有學(xué)者在人軟骨細(xì)胞同時(shí)使用多種HDIs（TSA，丙戊酸和MS-275）進(jìn)一步證實(shí)了I類HDAC抑制劑對IL-1誘導(dǎo)的MMP1，MMP13表達(dá)的抑制[8]。

2.1.2 ADAMTS（聚蛋白多糖酶） ADAMTS（聚蛋白多糖酶）已經(jīng)被證明參與了OA軟骨降解的過程，Young等[3]報(bào)道在人軟骨肉瘤細(xì)胞系（SW1353）中，TSA和NaBy可以抑制IL-1誘導(dǎo)的ADAMTS5和ADAMTS9的表達(dá)；ADAMTS1，ADAMTS2，ADAMTS4，ADAMTS7，ADAMTS12，ADAMTS13和ADAMTS20不受HDIs的影響，而ADAMTS15和ADAMTS17則可以被HDIs誘導(dǎo)表達(dá)。其中ADAMTS-5蛋白水解作用最強(qiáng)，Saito[6]用TSA抑制了CTS（周期性張應(yīng)變力）誘導(dǎo)的人軟骨細(xì)胞中ADAMTS-5表達(dá)。

2.1.3 COL2A1 對COL2A1的研究多有爭議，Huh等[8]報(bào)道在兔軟骨細(xì)胞中TSA抑制COL2A1的表達(dá)，并且認(rèn)為是通過上調(diào)Wnt-5a表達(dá)來起作用。而后來Saito等[6]在人軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)TSA促進(jìn)COL2A1的表達(dá)，同時(shí)認(rèn)為這種差異是由于種屬差異造成。有研究發(fā)現(xiàn)人軟骨細(xì)胞中COL2A1增強(qiáng)子區(qū)周圍的組蛋白H3/H4因?yàn)镠DIs而高度乙?；?，這和Saito的研究一致。有學(xué)者稱人軟骨細(xì)胞中SirT1可以通過Sox9轉(zhuǎn)錄激活COL2A1的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子進(jìn)而使表達(dá)增高[9-12]。

2.2 OA炎性因素

2.2.1 NO NO在促炎方面可以增加炎性細(xì)胞因子和PGE2生成，在代謝上也能夠阻止膠原和蛋白多糖合成同時(shí)誘導(dǎo)MMMP活性。受到炎性因子作用后，NO合成酶iNOS表達(dá)增加。Chabane等[13]在人軟骨細(xì)胞發(fā)現(xiàn)HDAC抑制劑TSA和BA可以抑制TNF-a，IL-17，IL-1誘導(dǎo)的亞硝酸鹽的產(chǎn)生，也可以抑制IL-1誘導(dǎo)的iNOS的表達(dá)。有研究用另一種vorinostat在人軟骨細(xì)胞也得到了相同的結(jié)果[14]。

2.2.2 PGE2 PGE2可提高M(jìn)MPs的活性和產(chǎn)量，同時(shí)促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡和調(diào)節(jié)疼痛反應(yīng)，并且能加強(qiáng)其他炎性介質(zhì)的效應(yīng)。已經(jīng)被證明在人軟骨細(xì)胞中，HDAC抑制劑抑制TNF-a，IL-17，IL-1誘導(dǎo)的PGE2產(chǎn)生，也可以抑制IL-1誘導(dǎo)的COX-2表達(dá)。Chabane等[13]在人滑膜成纖維細(xì)胞中使用TSA和BA抑制了IL-1誘導(dǎo)的mPGES-1（促進(jìn)PGE2的終末合成）的蛋白表達(dá)，并認(rèn)為可能是通過HDAC4介導(dǎo)的Egr-1轉(zhuǎn)錄活性改變來抑制mPGES-1啟動(dòng)子激活。endprint

2.3 其他 RUNX-2可以通過軟管細(xì)胞肥大和軟骨機(jī)制降解促進(jìn)OA進(jìn)展，在人軟骨細(xì)胞中有人證實(shí)TSA可以抑制CTS誘導(dǎo)的RUNX-2表達(dá)，并且由于ADAMTS-5啟動(dòng)子有RUNX-2的結(jié)合位點(diǎn)而可能ADAMTS-5是RUNX-2下游的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。Chen等[11]在兔關(guān)節(jié)炎模型對軟骨細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，TSA可以抑制組織蛋白酶（cathepsins）K、B、L、S和胱抑素C的表達(dá)，并結(jié)合TSA對模型動(dòng)物關(guān)節(jié)的改善認(rèn)為這可能是TSA關(guān)節(jié)保護(hù)作用的一個(gè)方面。

3 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

雖然早有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明HDAC抑制劑對RA軟骨破壞有改善作用，但是針對OA研究體內(nèi)實(shí)驗(yàn)尚不多。Chen等[11]使用ACLT切斷的兔子為OA模型，造模4周后開始TSA關(guān)節(jié)腔注射，第9周處死后在肉眼和切片番紅染色下均可見TSA處理組股骨髁遠(yuǎn)較對照組的軟骨損害要輕。Kirsty對C57BL/6J小鼠行DMM造模后TSA皮下注射，第8周處死后分別比較內(nèi)側(cè)脛骨和內(nèi)側(cè)股骨，組織學(xué)評分表明TSA明顯的改善作用。

4 HDAC分子在OA的研究進(jìn)展

Higashiyama等[12]先對比OA患者和正常人關(guān)節(jié)軟骨HDAC1-11的表達(dá)，選取差異最為顯著的HDAC7在SW1353細(xì)胞用siRNA敲除后發(fā)現(xiàn)可抑制MMP13（IL-1誘導(dǎo)依賴和不依賴皆可）的表達(dá)。Chabane等[13]在研究mPGES-1對OA作用時(shí)從HDAC1-6篩選出HDAC4無論是在過度表達(dá)還是敲除下可以分別促進(jìn)和抑制mPGES-1啟動(dòng)子激活。有學(xué)者在SW1353細(xì)胞中分別對不同HDAC分子siRNA敲除后對比MMP13的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)HDAC1，HDAC2，HDAC3，HDAC8等I類HDAC敲除后都可以顯著降低MMP13的表達(dá)[15]，從而說明OA中重要溶膠原的MMP是I類HDAC依賴性的。Hong等[14]發(fā)現(xiàn)在人軟骨細(xì)胞中HDAC1和HDAC2的羧基端區(qū)域（CTDs）具有靶向特定基因的作用，并且這種作用不依賴HDAC酶活性，從而導(dǎo)致了HDAC1和HDAC2對不同軟骨特異性基因的抑制。

5 相關(guān)信號通路

在軟骨細(xì)胞中NF-kB可以受炎性因子刺激后誘導(dǎo)MMP和iNOS表達(dá)，在未受刺激的細(xì)胞中，NF-kB和IkB家族如I-kBα結(jié)合，這種結(jié)合抑制了NF-kB的活性。當(dāng)有炎性介質(zhì)如IL-1β刺激后，IkB被磷酸化降解而NF-kB則活化入核結(jié)合到靶基因如MM和iNOS的啟動(dòng)子區(qū)。Chabane等[13]對HDIs處理的IL-1誘導(dǎo)人軟骨細(xì)胞用EMSA測出轉(zhuǎn)錄因子NF-kB的DNA結(jié)合活性不受HDIs影響。Zhong等[5]在人軟骨細(xì)胞中證實(shí)，vorinostat可抑制I-kBα的降解同時(shí)減少NF-kBp65核轉(zhuǎn)入。Wang等[15]使用OA患者的成纖維樣滑膜細(xì)胞發(fā)現(xiàn)HDIs可以通過增加NF-kB和miR-146a啟動(dòng)子來的結(jié)合降低IL-1誘導(dǎo)的細(xì)胞通路和細(xì)胞因子分泌。

IL-1誘導(dǎo)的MMPs和iNOS表達(dá)可以被MAPK信號通路調(diào)節(jié)，Saito在CTS誘導(dǎo)的人軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，HDIs可以降低MAPK途徑包括ERK1/2， p38，和JNK的磷酸化水平，繼而可能調(diào)節(jié)下游RUNX和ADAMTS-5的活性。有人證實(shí)vorinostat在人軟骨細(xì)胞中可以選擇性抑制p38和ERK1/2，而JNK則不受影響。

6 總結(jié)

目前在體外實(shí)驗(yàn)的分子和細(xì)胞以及體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以看出，去乙酰酶抑制劑的確對于OA有一定治療作用，是潛在的OA臨床治療藥物。但是仍然有大量需要改進(jìn)和研究的地方，如OA是多癥狀疾病但是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)只是針對軟骨破壞做了比較，在疼痛和功能方面均無涉及。同時(shí)關(guān)節(jié)里其他組分如關(guān)節(jié)滑膜和半月板乃至于肌肉還均未研究。從前面可以看出HDAC抑制劑不僅可以作用于組蛋白，對非組蛋白如轉(zhuǎn)錄因子也有影響，而這些分子機(jī)制實(shí)際上并沒有得到具體闡明。和OA發(fā)病及治療相關(guān)HDAC分子也有必要進(jìn)一步研究整理，并且期待對HDAC分子特異性，組織器官特異性的HDIs藥物出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Chabane N，Zayed N，Afif H，et al.Histone deacetylase inhibitors suppress interleukin-1beta-induced nitric oxide and prostaglandin E2 production in human chondrocytes[J].Osteoarthritis Cartilage，2008，16（10）：1267-1274.

[2] Toussirot E，Khan K A，Bertolini E，et al.Histone deacetylase inhibitors： new treatment options for inflammatory joint disease？[J].Joint Bone Spine，2010，77（5）：395-398.

[3] Young D A，Lakey R L，Pennington C J，et al.Histone deacetylase inhibitors modulate metalloproteinase gene expression in chondrocytes and block cartilage resorption[J].Arthritis Res Ther，2005，7（3）：R503-R512.

[4] Wang X，Song Y，Jacobi J L，et al.Inhibition of histone deacetylases antagonized FGF2 and IL-1beta effects on MMP expression in human articular chondrocytes[J].Growth Factors，2009，27（1）：40-49.endprint

[5] Zhong H M，Ding Q H，Chen W P，et al.Vorinostat， a HDAC inhibitor， showed anti-osteoarthritic activities through inhibition of iNOS and MMP expression， p38 and ERK phosphorylation and blocking NF-kappa B nuclear translocation[J].International Immunopharmacology，2013，17（2）：329-335.

[6] Saito T，Nishida K，F(xiàn)urumatsu T，et al.Histone deacetylase inhibitors suppress mechanical stress-induced expression of RUNX-2 and ADAMTS-5 through the inhibition of the MAPK signaling pathway in cultured human chondrocytes[J].Osteoarthritis Cartilage，2013，21（1）：165-174.

[7] Chen W P，Bao J P，Tang J L，et al.Trichostatin A inhibits expression of cathepsins in experimental osteoarthritis[J].Rheumatol Int，2011，31（10）：1325-1331.

[8] Huh Y H，Ryu J H，Chun J S.Regulation of type II collagen expression by histone deacetylase in articular chondrocytes[J].J Biol Chem，2007，282（23）：17123-17131.

[9] Dvir-Ginzberg M，Gagarina V，Lee E J，et al.Regulation of cartilage-specific gene expression in human chondrocytes by SirT1 and nicotinamide phosphoribosyltransferase[J].J Biol Chem，2008，283（52）：36300-36310.

[10] Culley K L，Hui W，Barter M J，et al.Class I histone deacetylase inhibition modulates metalloproteinase expression and blocks cytokine-induced cartilage degradation[J].Arthritis Rheum，2013，65（7）：1822-1830.

[11] Chen W P，Bao J P，Hu P F，et al.Alleviation of osteoarthritis by Trichostatin A， a histone deacetylase inhibitor， in experimental osteoarthritis[J].Mol Biol Rep，2010，37（8）：3967-3972.

[12] Higashiyama R，Miyaki S，Yamashita S，et al.Correlation between MMP-13 and HDAC7 expression in human knee osteoarthritis[J].Mod Rheumatol，2010，20（1）：11-17.

[13] Chabane N，Li X，F(xiàn)ahmi H.HDAC4 contributes to IL-1-induced mPGES-1 expression in human synovial fibroblasts through up-regulation of Egr-1 transcriptional activity[J].J Cell Biochem，2009，106（3）：453-463.

[14] Hong S，Derfoul A，Pereira-Mouries L，et al.A novel domain in histone deacetylase 1 and 2 mediates repression of cartilage-specific genes in human chondrocytes[J].FASEB J，2009，23（10）：3539-3552.

[15] Wang J H，Shih K S，Wu Y W，et al.Histone deacetylase inhibitors increase microRNA-146a expression and enhance negative regulation of interleukin-1beta signaling in osteoarthritis fibroblast-like synoviocytes[J].Osteoarthritis Cartilage，2013，29（1）：8-18.

（收稿日期：2013-11-27） （本文編輯：蔡元元）endprint