組蛋白去乙?；概c支氣管哮喘的關(guān)系

劉慶清，王榮麗

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

?

組蛋白去乙?；概c支氣管哮喘的關(guān)系

劉慶清，王榮麗

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

組蛋白去乙?；?HDAC)是一類廣泛存在于真核細(xì)胞中的蛋白酶，通過使組蛋白去乙?；鴮虮磉_(dá)調(diào)控起重要作用。支氣管哮喘患者由于氧化應(yīng)激、Th1/Th2失衡，肺組織中HDAC的活性降低。HDAC可通過維持Th1/Th2平衡、使糖皮質(zhì)激素受體去乙酰化、調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的功能在支氣管哮喘的發(fā)病及治療中發(fā)揮作用。

支氣管哮喘；組蛋白去乙酰化酶；表觀遺傳學(xué)

支氣管哮喘(哮喘)是一種由遺傳和環(huán)境因素造成的慢性氣道炎癥性疾病。T淋巴細(xì)胞群的不平衡效應(yīng)在氣道炎癥的發(fā)展過程中起重要作用[1]，其中主要是由Ⅱ型輔助性T細(xì)胞(Th2)免疫應(yīng)答介導(dǎo)的炎癥。近年來研究表明，表觀遺傳學(xué)在哮喘的發(fā)病中也可能起重要作用[2]，即環(huán)境因素可以通過引起機(jī)體表觀遺傳學(xué)變化，從而在哮喘的發(fā)病過程中起重要作用。表觀遺傳學(xué)機(jī)制涉及DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA等，可以較好地解釋遺傳與環(huán)境的相互作用。研究認(rèn)為，組蛋白去乙?；?HDAC)是炎癥基因誘導(dǎo)及細(xì)胞增殖的重要始動因素[3]，提示其在哮喘的發(fā)生發(fā)展過程中可能起一定作用，本研究對此作一綜述。

1 HDAC及其基因的表達(dá)

核小體由DNA和核心組蛋白構(gòu)成。組蛋白不同的氨基酸殘基可被不同的轉(zhuǎn)錄后修飾來調(diào)節(jié)[4]。其中乙?；揎検怯山M蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(HAT)和HDAC來調(diào)節(jié)的。HAT通過使組蛋白特殊的賴氨酸殘基乙?；?，其電荷發(fā)生改變，核小體由緊密變得松弛，進(jìn)而與DNA的親和力降低，壓縮的染色質(zhì)變得松散，使轉(zhuǎn)錄因子易與DNA結(jié)合，促進(jìn)炎癥基因的表達(dá)。而HDAC則與HAT相反，可以抑制基因的表達(dá)。此外，HAT與HDAC還可以與一些非組蛋白如基因轉(zhuǎn)錄因子、共調(diào)節(jié)因子以及DNA修復(fù)蛋白相互作用。HAT/HDAC的可逆性修飾可使部分信號通路分子改變或者影響部分基因轉(zhuǎn)錄，在哮喘的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。

2 HDAC與哮喘的關(guān)系

2.1 HDAC抑制哮喘的發(fā)生 哺乳動物的HDAC分為四類。Ⅰ類HDAC(HDAC1～3，8)存在于細(xì)胞核內(nèi)，并且在所有細(xì)胞中廣泛表達(dá)。Ⅱ類HDAC(HDAC 4～7，9，10)主要在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，根據(jù)細(xì)胞類型不同表現(xiàn)為特異性。Ⅲ類HDAC是尼克酰胺腺苷酸依賴的去乙?；窼irtuins(SIRT 1～7)，SIRT1、6、7存在于細(xì)胞核內(nèi)，SIRT2主要在細(xì)胞質(zhì)中，SIRT 3～5存在于線粒體中[5]。Ⅳ類HDAC只包含1個成員HDAC11，主要在細(xì)胞核中表達(dá)，表達(dá)具有組織特異性。

哮喘是由多種細(xì)胞和細(xì)胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，涉及氣道高反應(yīng)性，若長期反復(fù)發(fā)作，可導(dǎo)致氣道重塑。有研究發(fā)現(xiàn)，在哮喘患者的氣道標(biāo)本及肺泡灌洗液的巨噬細(xì)胞中，HAT活性升高，HDAC活性降低，與正常對照組相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義；且哮喘患者體內(nèi)乙酰化程度升高與炎癥細(xì)胞、炎癥介質(zhì)增多密切相關(guān)[6]。李羚等[7]采用卵清白蛋白(OVA)致敏構(gòu)建哮喘小鼠模型，結(jié)果顯示，哮喘組HDAC活性較其余組均降低，而HAT活性較激素治療組明顯升高。有研究表明，內(nèi)源性HDAC活性對維持Th1細(xì)胞免疫應(yīng)答和T型細(xì)胞免疫應(yīng)答平衡及抑制過度Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答起至關(guān)重要的作用[8]。說明HDAC活性與哮喘的發(fā)生有關(guān)，哮喘患者HDAC的活性降低。有研究利用OVA誘導(dǎo)哮喘BALB/c小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在肺泡灌洗液中HDAC活性與Th2細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-13呈負(fù)相關(guān)，而HAT的活性與IL-13呈正相關(guān)[9]。HDAC或HAT與細(xì)胞因子的關(guān)系在細(xì)胞培養(yǎng)中也同樣存在，在細(xì)胞培養(yǎng)中與Th1細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞因子IFN-γ的水平與HDAC的活性呈正相關(guān)，說明HDAC活性涉及維持Th1/Th2的平衡，避免了Th2細(xì)胞免疫的過度表達(dá)，Th2細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子減少，氣道炎癥得到改善，從而抑制了哮喘的發(fā)生。

2.2 HDAC抑制哮喘發(fā)生的機(jī)制

2.2.1 維持Th1/Th2平衡 最近研究顯示，HDAC在Th1/Th2反應(yīng)的產(chǎn)生與維持過程中起重要作用。有研究用特異性的HDAC1基因敲除的T淋巴細(xì)胞小鼠構(gòu)建一個體內(nèi)過敏氣道炎癥反應(yīng)模型，結(jié)果顯示Th2細(xì)胞型哮喘的所有關(guān)鍵因子都增加，氣道內(nèi)炎癥反應(yīng)加重、嗜酸性粒細(xì)胞趨向增多、黏液高分泌、肺實質(zhì)炎癥，同時出現(xiàn)了氣道抵抗。由Th2細(xì)胞介導(dǎo)的IL-4也增多，這說明缺乏HDAC1與提高Th2型細(xì)胞因子產(chǎn)生有關(guān)聯(lián)[6]。應(yīng)用非選擇性HDAC抑制劑曲古抑菌素A(TSA)可以使T淋巴細(xì)胞乙酰化增加，傾向于Th2細(xì)胞反應(yīng)，使Th1細(xì)胞與Th2細(xì)胞的平衡打破[10]，從而誘發(fā)哮喘。但HDAC在維持Th1/Th2平衡的作用有待進(jìn)一步研究。

2.2.2 使糖皮質(zhì)激素受體(GR)去乙?；?在哮喘發(fā)生發(fā)展過程中，氧化應(yīng)激通過誘導(dǎo)炎癥基因表達(dá)從而產(chǎn)生氣道炎癥。其中氧化還原敏感的核因子κB(NF-κB)通過激活細(xì)胞因子，在炎癥中扮演著重要角色。糖皮質(zhì)激素的抗炎作用涉及抑制NF-κB介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄，這也與轉(zhuǎn)錄后修飾(包括HAT/HDAC修飾)使染色質(zhì)重構(gòu)有關(guān)[11]。HDAC可以使GR去乙?；R通過招募HDAC2與NF-κB、AP-1轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合物，從而抑制促炎基因表達(dá)炎癥相關(guān)蛋白質(zhì)[12]，減輕了哮喘患者氣道炎癥反應(yīng)。

2.2.3 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的功能 過敏性哮喘是以亢進(jìn)的Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答為主要特點，Treg能夠抑制Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答，從而防止哮喘的發(fā)生。已有研究表明，F(xiàn)OXP3叉頭結(jié)構(gòu)域乙酰化后與IL-2基因啟動子結(jié)合，從而使IL-2的表達(dá)降低，Treg的功能得以有效發(fā)揮[13]。Treg內(nèi)的FOXP3以一種復(fù)合體形式存在，該復(fù)合體內(nèi)含有HAT及HDAC。FOXP3的活性是由HAT和HDAC轉(zhuǎn)錄后修飾調(diào)節(jié)的，F(xiàn)OXP3在HAT作用下乙?；贖DAC作用下去乙?；瑥亩謩e增強(qiáng)或者抑制其活性[14]。研究表明，基因缺失或敲除至少兩個Ⅱa類HDAC(HDAC7和HDAC9)，能使Treg在體內(nèi)和體外的抑制功能增強(qiáng)[15]，提示HDAC通過調(diào)節(jié)Treg的功能來影響氣道炎癥。

2.3 HDAC在哮喘治療中的作用

2.3.1 1,25-二羥維生素D31,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]是維生素D3的生物活性代謝產(chǎn)物，是一種已知的參與礦物質(zhì)代謝和骨骼平衡的甾體類激素。研究表明，在哮喘患者中如存在低水平的血清維生素D，會損害患者肺功能、增加氣道高反應(yīng)及糖皮質(zhì)激素依賴性[16]，但其分子轉(zhuǎn)錄機(jī)制仍不清楚。Zhou等[17]建立OVA致敏哮喘小鼠模型，研究結(jié)果顯示，OVA致敏哮喘小鼠中相應(yīng)的細(xì)胞因子、HDAC水平降低，而NF-κB升高。用1,25-(OH)2D30.25 μg處理OVA致敏哮喘小鼠后，其肺泡灌洗液中炎癥因子水平和氣道炎癥反應(yīng)降低;1,25-(OH)2D3處理組和預(yù)處理組NF-κB p65 mRNA、蛋白表達(dá)降低，而HDAC2 mRNA、蛋白表達(dá)及酶活性增加。此外1,25-(OH)2D3和地塞米松對細(xì)胞因子釋放、NF-κB p65表達(dá)的抑制、HDAC2表達(dá)及活性的增加有協(xié)同作用。在1,25-(OH)2D3聯(lián)合地塞米松治療組HDAC2的表達(dá)高于單獨用地塞米松治療。提示1,25-(OH)2D3可能通過提高HDAC2水平來增強(qiáng)糖皮質(zhì)激素的功能。因此推斷1,25-(OH)2D3和地塞米松在增加HDAC2的表達(dá)和提高其酶活性方面可能存在協(xié)同效應(yīng)。以上提示1,25-(OH)2D3在治療哮喘中可能通過激活HDAC2來發(fā)揮作用[17]，但關(guān)于維生素D3是否參與HDAC的調(diào)節(jié)以及如何參與尚不清楚。

2.3.2 HDAC抑制劑 糖皮質(zhì)激素和β受體激動劑是目前治療哮喘的主要手段，但二者不直接對氣道重塑起作用，如氣道壁結(jié)構(gòu)改變、纖維化或者氣道上皮的敏感性和損傷[18]。HDAC抑制劑對HDAC和非組蛋白有特定的、廣泛的作用。其中一些制劑現(xiàn)在已用來治療腫瘤，但越來越多的研究認(rèn)為其在治療哮喘方面也有一定作用。Banerjee等[19]的研究表明，在小鼠哮喘模型中TSA可以減輕由乙酰甲膽堿誘導(dǎo)的氣道高反應(yīng)，而不改變肺泡灌洗液中淋巴細(xì)胞數(shù)和細(xì)胞因子水平。并證實TSA在人類肺組織活檢中有減少細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度和對抗支氣管收縮的作用。說明TSA在對抗炎癥方面無作用，而是直接影響氣道平滑肌的收縮。這與Choi等[20]的研究結(jié)果相反，Choi等認(rèn)為在抗原誘導(dǎo)哮喘小鼠模型中，TSA能抑制氣道炎癥，包括嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)和肺泡灌洗液中IL-4的水平。結(jié)果不同可能與TSA的使用劑量不同及其治療時間長短有關(guān)。目前對經(jīng)典的HDAC Rpd3/Hda1蛋白家族抑制劑的研究已較為廣泛和深入，該抑制劑能夠通過多種途徑殺傷腫瘤細(xì)胞[21]。目前已發(fā)現(xiàn)多種抑制劑能夠在微摩爾或納摩爾水平上有效抑制HDAC的酶活性，并且已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗階段。TSA在哮喘中的擴(kuò)張支氣管作用與抗癲癇藥丙戊酸(廣譜HDAC抑制劑)的效果一致，用丙戊酸處理的小鼠缺氧模型中發(fā)現(xiàn)，丙戊酸能夠減少血管重塑和纖維化[22]。另有研究表明，丙戊酸通過干擾B細(xì)胞增殖來抑制初始B細(xì)胞向漿細(xì)胞分化，提示丙戊酸可通過影響B(tài)淋巴細(xì)胞而發(fā)揮廣譜抗炎效應(yīng)[23]。Ichikawa等[24]在OVA激發(fā)哮喘小鼠模型的研究中表明，SIRT1激活劑SRT1720和白藜蘆醇可以抑制脾細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子α和IL-6，同時也減少脾細(xì)胞增殖。此外SRT1720能減少肺部炎性滲出和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。

哮喘是一種異質(zhì)性的多因素疾病，隨著對表觀遺傳學(xué)的深入研究，環(huán)境因素影響基因的表達(dá)也越來越受到重視。表觀遺傳學(xué)認(rèn)為環(huán)境與機(jī)體相互作用導(dǎo)致哮喘發(fā)生，其中以組蛋白乙酰化/去乙?；揎棡橹?。這為哮喘的發(fā)生發(fā)展、治療等提供了新的靶點。在哮喘患者中，HDAC的表達(dá)或活性可能降低，但組蛋白乙?；?去乙酰化修飾與其他炎癥因子、轉(zhuǎn)錄因子等相互影響、相互作用的機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。目前相關(guān)研究多限于動物實驗和細(xì)胞實驗，其在臨床上的療效還需進(jìn)一步研究。

[1] Apter AJ. Advances in adult asthma diagnosis and treatment in 2012: potential therapeutics and gene-environment interactions[J]. J Allergy Clin Immunol, 2013,131(1):47-54.

[2] García MP, García-García A. Epigenome and DNA methylation in oral squamous cell carcinoma[J]. Methods Mol Biol, 2012,(863):207-219.

[3] Adcock IM, Ford P, Ito K, et al. Epigenetics and airways disease[J]. Respir Res, 2006(7):21.

[4] Miller KM, Jackson SP. Histone marks: repairing DNA breaks within the context of chromatin[J]. Biochem Soc Trans, 2012,40(2):370-376.

[5] Gong F, Miller KM. Mammalian DNA repair: HATs and HDACs make their mark through histone acetylation[J]. Mutat Res, 2013,750(1-2):23-30.

[6] Grausenburger R, Bilic I, Boucheron N, et al. Conditional deletion of histone deacetylase 1 in T cells leads to enhanced airway inflammation and increased Th2 cytokine production[J]. J Immunol, 2010,185(6):3489-3497.

[7] 李羚,潘珍珍,賀建,等.組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶與組蛋白去乙?；冈谙l(fā)病中的作用研究[J].中國當(dāng)代兒科雜志, 2015,17(6):629-633.

[8] Cui ZL, Gu W, Ding T, et al. Histone modifications of Notch1 promoter affect lung CD4+T cell differentiation in asthmatic rats[J]. Int J Immunopathol Pharmacol, 2013,26(2):371-381.

[9] Zhang HP, Fu JJ, Fan T, et al. Histone deacetylation of memory T lymphocytes by You-Gui-Wan alleviates allergen-induced eosinophilic airway inflammation in asthma[J]. Chin Med, 2015(10):9.

[10] Batra S, Balamayooran G, Sahoo MK. Nuclear factor-kappaB: a key regulator in health and disease of lungs[J]. Arch Immunol Ther Exp (Warsz), 2011,59(5):335-351.

[11] Schuliga M. NF-kappaB Signaling in chronic inflammatory airway disease[J]. Biomolecules, 2015,5(3):1266-1283.

[12] Barnes PJ. Corticosteroid resistance in patients with asthma and chronic obstructive pulmonary disease[J]. J Allergy Clin Immunol, 2013,131(3):636-645.

[13] Tao R, de Zoeten EF, Ozkaynak E, et al. Deacetylase inhibition promotes the generation and function of regulatory Tcells[J]. Nat Med, 2007,13(11):1299-1307.

[14] Wang L, Liu Y, Han R, et al. FOXP3+regulatory T cell development and function require histone/protein deacetylase 3[J]. J Clin Invest, 2015,125(3):1111-1123.

[15] Beier UH, Wang L, Han R, et al. Histone deacetylases 6 and 9 and sirtuin-1 control Foxp3+regulatory T cell function through shared and isoform-specific mechanisms[J]. Sci Signal, 2012,5(229):45.

[16] Searing DA, Zhang Y, Murphy JR, et al. Decreased serum vitamin D levels in children with asthma are associated with increased corticosteroid use[J]. J Allergy Clin Immunol, 2010,125(5):995-1000.

[17] Zhou Y, Wang GF, Yang L, et al. Treatment with 1,25(OH)2D3induced HDAC2 expression and reduced NF-kappaB p65 expression in a rat model of OVA-induced asthma[J]. Braz J Med Biol Res, 2015,48(7):654-664.

[18] Royce SG, Karagiannis TC. Histone deacetylases and their inhibitors: new implications for asthma and chronic respiratory conditions[J]. Curr Opin Allergy Clin Immunol, 2014,14(1):44-48.

[19] Banerjee A, Trivedi CM, Damera G, et al. Trichostatin A abrogates airway constriction, but not inflammation, in murine and human asthma models[J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2012, 46(2):132-138.

[20] Choi JH, Oh SW, Kang MS, et al.Trichostatin A attenuates airway inflammation in mouse asthma model[J]. Clin Exp Allergy, 2005,35(1):89-96.

[21] Zhang J, Zhong Q. Histone deacetylase inhibitors and cell death[J]. Cell Mol Life Sci, 2014,71(20):3885-3901.

[22] Royce SG, Karagiannis TC. Histone deacetylases and their role in asthma[J]. J Asthma, 2012,49(2):121-128.

[23] Kienzler AK, Rizzi M, Reith M, et al. Inhibition of human B-cell development into plasmablasts by histone deacetylase inhibitor valproic acid[J]. J Allergy Clin Immunol, 2013,131(6):1695-1699.

[24] Ichikawa T, Hayashi R, Suzuki K, et al. Sirtuin 1 activator SRT1720 suppresses inflammation in an ovalbumin-induced mouse model of asthma[J]. Respirology, 2013,18(2):332-339.

王榮麗(E-mail：scybwrl@sina.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.37.038

R562.25

A

1002-266X(2016)37-0110-03

2016-04-27)