組蛋白去乙?；讣捌湟种苿┡c結(jié)直腸癌的關(guān)系

何佩珊，龍嘉莉，何清蓮，殷玉婷，廖燕秋，雷 雪，李紫琪，朱 偉 （廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東東莞 523808）

提 要：表觀遺傳學(xué)異常與腫瘤的關(guān)系一直備受關(guān)注。近年研究顯示，翻譯后修飾在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中起重要作用。組蛋白去乙酰化酶(HDACs)可在轉(zhuǎn)錄和翻譯后水平調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。該文綜述了結(jié)直腸癌中HDACs在翻譯后修飾水平的致癌機(jī)制及HDACs抑制劑的應(yīng)用前景。

2018年最新數(shù)據(jù)顯示，結(jié)直腸癌(Colorectal Cancer，CRC)的全球發(fā)病率在36種常見癌癥中居第3位，占所有癌癥病例的6.1%，死亡病例占所有癌癥死亡數(shù)量的5.8%[1]。CRC的發(fā)病原因尚未明確，基因突變是公認(rèn)的致癌因素。隨著研究的深入，大量實(shí)驗(yàn)表明表觀遺傳修飾中參與翻譯后修飾(Posttranslational Modifications，PTMs)的乙?；饔门cCRC的發(fā)生發(fā)展密不可分[2]。其中，組蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylase，HDACs)是一類蛋白酶，在人體中可以使染色質(zhì)致密，抑制mRNA的合成，或通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子、原癌基因和信號(hào)介質(zhì)等發(fā)揮翻譯后修飾作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[3]。而組蛋白去乙?；敢种苿?Histone Deacetylase Inhibitor,HDACi)則在HDACs轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上發(fā)揮抑制作用。本文就HDACs在CRC方面的作用機(jī)理以及HDACi的應(yīng)用前景作一綜述。

1 HDACs和HATs與CRC的關(guān)系

HDACs催化去除組蛋白或非組蛋白底物上的乙酰基，影響基因轉(zhuǎn)錄或蛋白穩(wěn)定性，而HDACs過表達(dá)后，可通過使抑癌基因沉默等途徑誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生[4]。組蛋白乙?；?Histone Acetyitransferases，HATs)是一類促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的酶，可以可逆性地將乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白氨基末端特定賴氨酸殘基，抑制組蛋白與DNA結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[2]。HDACs和HATs在人體內(nèi)相互作用，保持動(dòng)態(tài)平衡，任何一方過表達(dá)或抑制都將打破增殖與凋亡的平衡，引發(fā)腫瘤。通常，根據(jù)哺乳動(dòng)物分類把HDACs家族分為4類18個(gè)亞型：(1)HDAC Ⅰ類，與酵母還原性鉀依賴蛋白3(Deacetylase Reduced Potassium Dependency-3，Rpd3)同源，包括HDAC1、2、3、8，可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞分化和凋亡，在CRC細(xì)胞中可見HDAC1、2、3的異常表達(dá)，但在不同細(xì)胞系的表達(dá)量有明顯差異；(2)HDAC Ⅱ類，與酵母組蛋白去乙?；?(Histone Deacetylases-1, Hda1)同源，分Ⅱa(包含HDAC4、5、7、9)和Ⅱb(包含HDAC 6、10)兩個(gè)亞型，其中HDAC4、5、7的上調(diào)已被證明與誘導(dǎo)CRC血管生成有關(guān)，HDAC6的高表達(dá)與CRC預(yù)后不良有關(guān)；(3)HDAC Ⅲ型，是酵母去乙酰酶沉默信息調(diào)節(jié)器2家族(Deacetylase Silent Information Regulator-2, Sir2)在哺乳動(dòng)物中的類似物，包括SIRT1到SIRT7，其中SIRT1的過表達(dá)或下調(diào)影響CRC的進(jìn)展；(4)HDAC Ⅳ類，只包含HDAC 11，目前認(rèn)為其與腫瘤發(fā)生無關(guān)[5]。

2 HDACs的作用機(jī)制

2.1 HDAC-p53通路

野生型p53(wtp53)是一種抑癌基因，細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的信號(hào)能誘導(dǎo)wtp53過表達(dá)并在細(xì)胞核內(nèi)大量積累，通過G1/S期阻滯或G2/M期阻滯減慢細(xì)胞分裂并進(jìn)行DNA修復(fù)，修復(fù)失敗則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[6]。然而，p53在腫瘤中最常出現(xiàn)突變，突變型p53(mutp53)在CRC中陽性檢出率極高，增高的mutp53提示CRC患者預(yù)后不良[7]。Alzoubi等[8]發(fā)現(xiàn)，HDAC2 和mutp53的過表達(dá)與CRC的預(yù)后不良呈相關(guān)性。在多種癌癥中HDAC1、2、3的致癌通路都有wtp53的參與[2]。在CRC中，HDAC2可以與wtp53結(jié)合并抑制wtp53的功能，使癌細(xì)胞免于凋亡，而足量的HATs 能使wtp53乙?；⑴cHDAC2分離且誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，因此HDACs和HATs量的平衡是wtp53發(fā)揮抑癌基因功能的重要因素[9]。

KRAS(CIP1/WAF1，p21)屬于RAS基因家族成員之一，是一種細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(CDK Inhibitor，CKI)，同時(shí)也是p53重要的下游靶點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，HDAC4可以通過特異性蛋白1(Specificity Protein 1，SP1)介導(dǎo)，募集在KRAS啟動(dòng)子上并抑制KRAS的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)CRC細(xì)胞的生長和生存[10]。還有文獻(xiàn)指出HDAC4也可以直接影響p53的結(jié)構(gòu)和功能[11]。由此可見，HDAC4可能單獨(dú)抑制KRAS轉(zhuǎn)錄或通過抑制p53/KRAS途徑阻止G1/S期停滯，促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖。而Huang等[12]則發(fā)現(xiàn)敲低HDAC2誘導(dǎo)KRAS上調(diào)并進(jìn)一步引起細(xì)胞凋亡的過程無需p53參與，其復(fù)雜的分子機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。此外，其他分型的HDAC與p53通路的機(jī)制尚未見有文獻(xiàn)報(bào)道。

2.2 HDAC-EGFR通路

表皮生長因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR)屬酪氨酸激酶型受體，其結(jié)構(gòu)包含胞外配體結(jié)合域、輸水跨膜區(qū)和胞質(zhì)酪氨酸激酶域，最早在20世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)并認(rèn)為其突變或過表達(dá)可引發(fā)腫瘤[13]。例如，EGFR胞外配體結(jié)合域與鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Sodium-glucose Cotransporter 1，SGLT1)整合并介導(dǎo)葡萄糖跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平，當(dāng)EGFR下調(diào)時(shí)可使SGLT1表達(dá)缺失，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平降低，直接影響腫瘤細(xì)胞生長[14]。磷酸肌醇3-激酶(PI3K)、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(Signal Transducers and Activators of Transcription 3, STAT3)和自噬相關(guān)基因Beclin1都是EGFR下游通路的重要信號(hào)分子，EGFR酪氨酸激酶域與配體結(jié)合并激活EGFR二聚化作用后主要調(diào)節(jié)Ras和Beclin1促進(jìn)細(xì)胞自噬，通過PI3K-PDK1-AKT-mTOR和STAT3相關(guān)信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞自噬[15]。以上通路的異常激活可促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖和發(fā)展。

Chou等[16]研究顯示，CREB結(jié)合蛋白(CREB-binding Protein, CBP/CREBBP)、SP1和HDAC3可能是EGFR啟動(dòng)子的開關(guān)，共同促進(jìn)EGFR的轉(zhuǎn)錄，影響CRC的預(yù)后。此外，HDAC4可能通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular Regulated Protein Kinases 1/2, ERK1/2)通路使上皮滲漏相關(guān)蛋白緊密連接蛋白2(Claudin-2)表達(dá)增加，而過表達(dá)的Claudin-2參與調(diào)控CRC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[17]。以上研究表明，HDACs可通過多種途徑上調(diào)EGFR，促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展。

2.3 HDACs相關(guān)的其他通路

DNA損傷相關(guān)蛋白(Ku70)在生理情況下與水溶性相關(guān)蛋白Bax和HDACs相互結(jié)合，防止游離的Bax進(jìn)入線粒體，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡[13]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在CRC中HDACi可以誘導(dǎo)Ku70乙酰化，使Bax蛋白游離并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[18]。這提示HDACi發(fā)揮了HATs的作用，再次驗(yàn)證了HDACs和HATs量的平衡在CRC發(fā)生中的重要性。Minucci等[9]提出，HDAC6在胞質(zhì)內(nèi)大量激活熱休克蛋白90(Heat Shock Protein 90，HSP90)并與蛋白相互結(jié)合，穩(wěn)定和保護(hù)腫瘤細(xì)胞靶蛋白分子構(gòu)象。研究發(fā)現(xiàn)CRC中HDAC6上調(diào)可影響CRC的預(yù)后，其中可能涉及HDAC6與HSP90相關(guān)通路，但具體機(jī)制仍需更深入的研究[19]。

3 HDACi作用機(jī)制與應(yīng)用前景

HDACi是一類可以干擾HDACs作用的化合物，其通過基因水平和蛋白水平抑制細(xì)胞內(nèi)應(yīng)激反應(yīng)通路、增加活性氧的產(chǎn)生等抑制癌細(xì)胞的增殖并阻斷血管生成，以其毒性小、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)一直備受關(guān)注[20]。一般根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)將HDACi分為4類：(1)羥肟酸類，包括曲古抑菌素A(TSA)、伏立諾他(SAHA)、帕比司他(LBH589)、貝利司他(PXD101)；(2)環(huán)肽類，包括羅米地辛(FK228)；(3)聯(lián)苯酰胺類，包括恩替諾特(MS-275)和MGCD0103；(4)短鏈脂肪酸類，包括丙戊酸(VPA)、苯基丁酸(PBA)和丁酸鹽[21]。

3.1 HDACi的常見應(yīng)用

恩替諾特、丙戊酸等藥物在CRC細(xì)胞中被證實(shí)其能通過介導(dǎo)p53的DNA損傷應(yīng)答作用等途徑發(fā)揮抗癌作用[22]。伏立諾他可通過下調(diào)胸苷酸合酶(Thymidylate Synthase, TS)表達(dá)抑制mutp53的表達(dá)，經(jīng)伏立諾他處理后的CRC細(xì)胞出現(xiàn)KRAS上調(diào)和乙?；M蛋白H3和H4增加現(xiàn)象，且呈時(shí)間和劑量依賴性[23]。但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，伏立諾他對(duì)包括CRC在內(nèi)的實(shí)體腫瘤敏感性差，該現(xiàn)象可能與mutp53的上調(diào)有密切聯(lián)系[24]。這提示mutp53可能在CRC中通過其他調(diào)節(jié)軸削弱伏立諾他的療效，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

研究表明，低濃度丁酸鹽可激活BAX/BCL2通路刺激腫瘤細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗腫瘤增殖作用[25]。丁酸酯是丁酸鹽的化學(xué)合成產(chǎn)物，十字花科蔬菜產(chǎn)生的蘿卜硫素是一種類似丁酸酯的HDACi，在CRC細(xì)胞和小鼠模型中具有抗癌特性[26]。Waby等[27]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽促進(jìn)SP1乙?；⒓せ頚RAS啟動(dòng)子，通過細(xì)胞周期停滯影響CRC細(xì)胞生長。由此可見，丁酸鹽可通過多種途徑發(fā)揮作用，在CRC治療的研究中占重要地位。

KRAS還是EGFR重要的下游調(diào)控基因，野生型KRAS上調(diào)是CRC治療效果的有效指標(biāo)，但突變型KRAS可不受EFGR調(diào)控而直接激活RAS-ERK通路產(chǎn)生效應(yīng)。正常情況下，EGFR激活產(chǎn)生活化的野生型KRAS被快速滅活，而在KRAS突變的腫瘤細(xì)胞中EGFR的持續(xù)激活加速腫瘤細(xì)胞的增殖[28]。目前針對(duì)EGFR蛋白的靶向治療藥物仍以非HDACi藥物占主導(dǎo)，如西妥昔單抗和帕尼單抗[29]，但由于進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)KRAS突變體可以直接繞過EFGR通路激活ERK/AKT磷酸化，削弱非HDACi的作用，使耐藥性問題日漸凸顯，故迫切需要尋求更有效的藥物療法。研究表明，聯(lián)合酪氨酸激酶抑制劑拉帕替尼和HDACi帕比司他處理發(fā)揮協(xié)同作用以抑制CRC細(xì)胞的增殖和集落形成。同樣，在LoVo細(xì)胞KRAS突變體CRC異種移植模型中，這兩種藥物組合作用比任何一種單獨(dú)的藥物顯示出更強(qiáng)的抗腫瘤活性[30]。故深入研究HDACi藥物的作用機(jī)理對(duì)CRC治療有廣闊的前景。

HDACi6能使HSP90發(fā)生乙酰化修飾，削弱HSP 90對(duì)腫瘤細(xì)胞蛋白的保護(hù)作用，還可以使HSP90的三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate，ATP)功能失活，導(dǎo)致HSP90介導(dǎo)的信號(hào)通路被破壞[31]。帕比司他單獨(dú)使用時(shí)，可通過促進(jìn)組蛋白H3和H4及HSP90的乙酰化來發(fā)揮作用。17-AAG是一種 HSP90抑制劑，其與帕比司他聯(lián)合用藥抗腫瘤的效果更佳[32]。17-AAG已經(jīng)進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)，而帕比司他仍處于I期評(píng)估階段，其在CRC的作用仍有待觀察。

3.2 HDACi的免疫療法

HDACi是強(qiáng)有力的免疫增強(qiáng)抗腫瘤藥物，能提高單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的效率，如提高NKG2D(NK-gene 2D)配體在CRC細(xì)胞的表達(dá)，因此利用HDACi可作為腫瘤免疫治療的輔助藥物[33]。HDACi還能增加癌細(xì)胞免疫原性，如使用伏立諾他和帕比司他藥物處理后，CRC細(xì)胞可在完整的免疫系統(tǒng)作用下誘導(dǎo)免疫原性死亡[34]。然而，由于伏立諾他、丙戊酸等藥物在一定條件下對(duì)自然殺傷(NK)細(xì)胞有毒性，具有雙重作用，故HDACi治療方案的選擇必須慎重，且需要更多的研究對(duì)其作用加以驗(yàn)證。

Okada等[35]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)K228與5-FU聯(lián)合使用可使主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHC Ⅱ)類分子和KRAS蛋白表達(dá)增加，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，使CRC對(duì)化療作用更敏感。有學(xué)者認(rèn)為，HDACi可輔助細(xì)胞因子、抗原呈遞組分和T細(xì)胞亞群的作用共同調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境，利用免疫抑制劑聯(lián)合化學(xué)免疫療法有望對(duì)CRC以及其他腫瘤患者的治療起到良好的效果[36]。另外，丁酸鹽可通過抑制巨噬細(xì)胞下調(diào)促炎細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)維持腸道穩(wěn)態(tài)[37]。然而，目前HDACi治療CRC未在臨床進(jìn)行大范圍使用，仍需大量研究來論證其作用效果和安全性。

4 展望

表觀遺傳學(xué)在癌癥診斷和治療方面的應(yīng)用，尤其是乙酰化作用在抗癌中的應(yīng)用越來越為廣大學(xué)者們所熱衷。HDACs作為乙酰化作用過程中重要的蛋白酶，通過多種細(xì)胞通路誘導(dǎo)或促進(jìn)CRC的發(fā)生和發(fā)展，其中還有大量未知及復(fù)雜的通路有待挖掘和研究。HDACi具有抗腫瘤作用強(qiáng)和不良反應(yīng)小的特點(diǎn)，在藥物治療方面彰顯了極強(qiáng)的優(yōu)勢，同時(shí)在CRC免疫療法方面也有很好的協(xié)同作用，有望被廣泛應(yīng)用于CRC的臨床治療。深入研究基于乙?；饔玫寞煼?，對(duì)CRC患者的治療和生存期的延長方面具有重要臨床意義。