HDAC-2在COPD治療中的研究進(jìn)展

黃文鋒 吳嘉冬 李明晶 林業(yè)欣 綜述 陳斯寧 審校

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣西 南寧 530011)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見(jiàn)的、可預(yù)防、可治療的疾病，具有持續(xù)性呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受阻的臨床表現(xiàn)[1]。大多數(shù)COPD患者主要由中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及其他炎癥細(xì)胞聚集在氣道和肺組織中引起慢性氣道炎癥，導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素抵抗[2]。因其發(fā)病率高，從而加重患者、家庭及社會(huì)的精神、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3]。據(jù)“全球疾病負(fù)擔(dān)研究項(xiàng)目(The Global Burden of Disease Study)”估計(jì)，隨著全球發(fā)展中國(guó)家吸煙者人數(shù)比例的不斷上升及發(fā)達(dá)國(guó)家老齡化趨勢(shì)增快，到2030年，COPD將升居全球死亡原因的第3位，預(yù)計(jì)死亡人數(shù)將接近全球死亡總數(shù)的8.5%[4]。年齡和吸煙是COPD和其他疾病的主要危險(xiǎn)因素，也是經(jīng)常導(dǎo)致COPD患者出現(xiàn)多種并存病的因素[5]。 如何較好的控制及治療COPD，是目前許多學(xué)者不斷討論的問(wèn)題，糖皮質(zhì)激素作為常用的治療藥物，目前發(fā)現(xiàn)COPD患者存在糖皮質(zhì)激素抵抗，且與組蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase-2，HDAC-2)相關(guān)[6]。

1 HDAC-2參與調(diào)控COPD炎癥因子表達(dá)

研究發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)參與了許多疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程，包括炎性疾病、衰老、代謝紊亂等。HDAC-2為HDAC家族的亞型蛋白之一，主要存在于細(xì)胞核中，在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、炎癥基因的表達(dá)等發(fā)揮重要作用，低活性可增加組蛋白乙?；潭炔⒋龠M(jìn)炎癥因子表達(dá)，也是COPD患者引起糖皮質(zhì)激素抵抗的主要相關(guān)蛋白[7]。Y.Qu等[8]從COPD患者肺組織或支氣管上皮細(xì)胞提取蛋白，證實(shí)HDAC-2是COPD氣道或肺組織影響炎癥基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)控因子。該研究提示了HDAC-2是COPD廣泛存在的生物標(biāo)志物之一，組蛋白介導(dǎo)的蛋白修飾在減輕糖皮質(zhì)激素抵抗中占重要地位。國(guó)外學(xué)者研究證實(shí)組蛋白乙?；?histone acetylase，HAT)與HDAC參與基因轉(zhuǎn)錄和激活，核心組蛋白的乙?；钚栽谌旧|(zhì)基因轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域比非活躍區(qū)域高。核心組蛋白分子末端第5個(gè)賴氨酸殘基(Lys)通過(guò)HAT催化被乙?；?，發(fā)生DNA解聚現(xiàn)象，促進(jìn)炎癥基因轉(zhuǎn)錄和炎性蛋白表達(dá)。HDAC參與組蛋白去乙?；?，使Lys去乙?；?，帶正電荷且與組蛋白結(jié)合以沉默炎癥基因阻斷轉(zhuǎn)錄[9-11]。因此，越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，發(fā)生乙?；慕M蛋白影響細(xì)胞的生物學(xué)狀態(tài)促進(jìn)炎性基因轉(zhuǎn)錄，使炎性細(xì)胞呈高表達(dá)狀態(tài)，提示HAT與HDAC的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)，關(guān)乎到炎性基因的轉(zhuǎn)錄和炎性反應(yīng)程度。

2 HDAC-2與COPD的糖皮質(zhì)激素治療

目前，糖皮質(zhì)激素廣泛用于延緩或控制COPD患者病情發(fā)展，但與治療哮喘相比，可用的抗炎療法由于COPD患者對(duì)糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)降低而減弱或療效有限[12]。糖皮質(zhì)激素治療COPD時(shí)，進(jìn)入機(jī)體后先與糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)的亞型之一GRα結(jié)合成GRα-GC復(fù)合物，并與發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的熱休克蛋白90(heat shock protein 90， hsp90)分離進(jìn)入細(xì)胞核，通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞核內(nèi)HDAC-2的表達(dá)及去乙?；饔茫谷旧w結(jié)合更緊密，從而抑制炎癥基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[13-14]。在煙霧、環(huán)境等有害顆粒產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)及促炎癥因子形成等作用下，糖皮質(zhì)激素核轉(zhuǎn)移減少和組蛋白去乙酰酶活性減弱，去乙酰化作用降低，抑制促炎性基因表達(dá)的能力受損，使糖皮質(zhì)激素作用降低形成糖皮質(zhì)激素抵抗現(xiàn)象[15]。賴天文[16]研究提出，健康非吸煙受試者痰液細(xì)胞中的HDAC-2明顯高于COPD患者，而經(jīng)煙霧顆粒暴露下的患者HDAC-2表達(dá)水平受抑制，從該研究中可得出煙霧顆粒刺激形成的氧化應(yīng)激反應(yīng)使HDAC-2表達(dá)降低，且相關(guān)炎癥因子表達(dá)較正常組高，明顯減弱了糖皮質(zhì)激素作用。因此，針對(duì)糖皮質(zhì)激素受體激活途徑及調(diào)節(jié)HDAC-2的治療可能逆轉(zhuǎn)COPD患者的糖皮質(zhì)激素抵抗。HDAC通過(guò)發(fā)生去乙?；^(guò)程后與多種轉(zhuǎn)錄因子(如炎性轉(zhuǎn)錄因子核因子，NF-κB)發(fā)生效應(yīng)，使炎癥蛋白的表達(dá)下降[17]。轉(zhuǎn)錄因子在參與細(xì)胞炎癥、免疫反應(yīng)和細(xì)胞存活的細(xì)胞因子、趨化因子和粘附分子的表達(dá)中起重要作用[18]。香煙煙霧暴露等復(fù)雜因素刺激下引起的氣道慢性炎癥機(jī)制是COPD主要發(fā)病機(jī)制之一，而驅(qū)動(dòng)COPD相關(guān)的炎癥中起著關(guān)鍵的因素，如氧化應(yīng)激，這些都可導(dǎo)致NF-κB活化及抗蛋白酶防御受損，自身抗體產(chǎn)生，通過(guò)滅活HDAC-2引起激素抵抗而放大炎癥反應(yīng)[19-20]。伊園等[21]經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，使用HDAC阻斷劑可削弱生理濃度的糖皮質(zhì)激素對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的TNF-α、IL-1β等炎癥因子的抑制作用。孫雪皎[22]研究亦表明，增加HDAC-2的表達(dá)可以減輕煙霧顆粒暴露下人單核細(xì)胞的激素抵抗。對(duì)于上調(diào)COPD患者HDAC-2減輕糖皮質(zhì)激素的抵抗，目前研究認(rèn)為主要是通過(guò)抑制患者體內(nèi)炎癥因子(IL-8、IL-17、TNF-α、MCP-1等)釋放從而減輕炎癥反應(yīng)。而相關(guān)的機(jī)制是通過(guò)減少HDAC-2磷酸化，抑制NF-κB信號(hào)通路，從而減輕COPD患者體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，逆轉(zhuǎn)對(duì)糖皮質(zhì)激素的抵抗[23]。因此，組蛋白去乙?；^(guò)程參與了糖皮質(zhì)激素的抗炎效應(yīng)，這也是為什么如今可以考慮通過(guò)恢復(fù)HDAC-2活性以逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的抵抗，從而為COPD的治療帶來(lái)新的策略。

3 參與調(diào)節(jié)HDAC-2的常用西藥

COPD相關(guān)藥物治療中，參與HDAC-2調(diào)節(jié)的西藥主要有大環(huán)內(nèi)酯類、茶堿、抗氧化劑等。HDAC-2活性的降低會(huì)影響COPD患者對(duì)激素治療的敏感性，導(dǎo)致疾病無(wú)法得到緩解，藥物使用效果欠佳。因此，在臨床上，我們認(rèn)為能否通過(guò)運(yùn)用大環(huán)類脂類、茶堿、抗氧化劑等藥物上調(diào)COPD患者體內(nèi)細(xì)胞對(duì)HDAC-2的表達(dá)，從而產(chǎn)生對(duì)糖皮質(zhì)激素的增敏作用，逐步形成聯(lián)合用藥體系，以達(dá)到最佳血藥濃度治療COPD的治療效果。

3.1大環(huán)內(nèi)酯類藥物對(duì)HDAC-2的調(diào)節(jié) 大環(huán)內(nèi)酯類藥物有上調(diào)HDAC-2表達(dá)的作用。大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過(guò)抑制NF-κB或磷酸肌苷3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/Akt及其他轉(zhuǎn)錄因子來(lái)抑制炎癥基因表達(dá)降低炎癥因子釋放，這種抗炎癥作用機(jī)制可能與其他抗生素作用無(wú)關(guān)[24]。L.J.Miao等[25]研究發(fā)現(xiàn)，大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過(guò)上調(diào)機(jī)體HDAC-2蛋白的表達(dá)，抑制炎癥因子如IL-8、MCP-1的釋放，且HDAC-2的下降與IL-8、MCP-1等炎癥因子表達(dá)增高呈負(fù)相關(guān)，通過(guò)HDAC-2介導(dǎo)的組蛋白修飾在COPD炎癥反應(yīng)中有積極作用。S.Mikura等[26]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在肺氣腫模型中，紅霉素可以緩解氣道、肺實(shí)質(zhì)和肺血管系統(tǒng)的炎癥，保護(hù)肺泡的結(jié)構(gòu)完整，支氣管肺泡灌洗液中的炎癥細(xì)胞(如嗜中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)明顯減少。M.Li[27]等在一項(xiàng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中提出，HDAC-2具有調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而影響炎癥基因表達(dá)，并且證實(shí)紅霉素可以通過(guò)增加由香煙煙霧提取物(CSE)損害的HDAC-2蛋白表達(dá)來(lái)逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素抵抗。該研究提示，大環(huán)內(nèi)酯類藥物調(diào)節(jié)HDAC-2緩解COPD患者慢性氣道炎癥的治療方法是有療效的。高增艷[28]以Western-bolt法測(cè)定COPD模型的肺組織中HDAC-2的表達(dá)，結(jié)果顯示COPD模型組大鼠HDAC-2表達(dá)量減少。然而，經(jīng)紅霉素處理后，HDAC-2在大鼠體內(nèi)的活性增加，糖皮質(zhì)激素抗炎作用增強(qiáng)，從而逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的抵抗，這可能與PI3K信號(hào)通路有關(guān)。Y.Kobayashi[29]等采用一種新型大環(huán)內(nèi)酯類藥物(SOL，CEM-101)作用于經(jīng)氧化應(yīng)激刺激的U937細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其能抑制PI3K途徑增加組蛋白去乙酰化酶HDAC-2活性，且在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了該藥物聯(lián)合使用抑制嗜中性粒細(xì)胞作用效果優(yōu)于單用糖皮質(zhì)激素。這意味著大環(huán)內(nèi)酯類藥物可以上調(diào)HDAC-2改善COPD患者出現(xiàn)的糖皮質(zhì)激素抵抗現(xiàn)象，可能成為治療COPD炎癥控制的一個(gè)新靶點(diǎn)。

3.2茶堿對(duì)HDAC-2的調(diào)節(jié) 在臨床上使用茶堿治療COPD已有數(shù)十年歷史，但因其不良反應(yīng)多而被其他藥物替代，使得茶堿類藥物無(wú)法在臨床上廣泛運(yùn)用。近些年，學(xué)者們?cè)谂R床及實(shí)驗(yàn)上研究低劑量茶堿的應(yīng)用價(jià)值，并證實(shí)小劑量茶堿聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療COPD取得較好的治療效果，其作用主要依靠干預(yù)糖皮質(zhì)激素抗炎機(jī)制提高治療療效[30]。運(yùn)用茶堿治療COPD時(shí)，可降低中性粒細(xì)胞的趨化性、黏附性、脫粒性，可以直接松弛支氣管平滑肌，還可通過(guò)刺激氣道纖毛的擺動(dòng)頻率并促進(jìn)小氣道黏液分泌來(lái)改善纖毛的清除功能。茶堿的運(yùn)用，尤其對(duì)茶堿的濃度使用有嚴(yán)格要求，大劑量的茶堿運(yùn)用會(huì)給COPD患者帶來(lái)嚴(yán)重的副作用，甚至是出現(xiàn)茶堿中毒癥狀，與之相反，低劑量聯(lián)合糖皮質(zhì)激素使用則被證明在抑制COPD的氣道炎癥方面是有效的且安全的[31]。提示目前臨床上使用低劑量茶堿抑制炎癥是否安全得到保障。T.Yasuo等[32]研究證實(shí)氧化應(yīng)激處理降低了HDAC-2的活性，而茶堿聯(lián)合地塞米松通過(guò)阻斷PI3K通路δ亞型減輕組蛋白乙?；瑥亩种蒲仔曰虻霓D(zhuǎn)錄，提示了茶堿的聯(lián)合使用在恢復(fù)HDAC-2活性，逆轉(zhuǎn)COPD的糖皮質(zhì)激素抵抗發(fā)揮重要作用。X.Sun等[33]研究發(fā)現(xiàn)，茶堿可通過(guò)激活HDAC-2蛋白活性恢復(fù)由煙霧顆粒誘導(dǎo)的糖皮質(zhì)激素敏感性，且使HDAC-2活性恢復(fù)至控制水平與低劑量茶堿相關(guān)而非高劑量。王曉晟等[34]研究觀察中得出，與單用糖皮質(zhì)激素相比，茶堿聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療的患者肺功能、CAT評(píng)分均明顯改善，此外，HDAC-2在外周血單核細(xì)胞活性顯著高于單用糖皮質(zhì)激素，進(jìn)一步證實(shí)茶堿能夠恢復(fù)HDAC-2活性增加COPD患者本身對(duì)糖皮質(zhì)激素的敏感性?；谶@一理論可知，茶堿的聯(lián)合應(yīng)用可能是提高糖皮質(zhì)激素治療COPD抗炎療效的有效途徑之一。

3.3抗氧化劑對(duì)HDAC-2的調(diào)節(jié) 在感染性疾病中，由于機(jī)體氧化和抗氧化失衡導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷加重，所以當(dāng)COPD患者處于慢性期合并感染時(shí)，氧化應(yīng)激損傷程度則更嚴(yán)重。呼吸道最重要的抗氧化劑是過(guò)氧化氫酶，位于下呼吸道上皮內(nèi)襯液，且覆蓋了氣道上皮細(xì)胞，煙霧顆粒穿透上皮內(nèi)襯液屏障后，到達(dá)氣道上皮細(xì)胞并破壞氣道結(jié)構(gòu)[35]。應(yīng)用抗氧化劑干預(yù)COPD實(shí)驗(yàn)[36]中提出氧化應(yīng)激能增強(qiáng)組蛋白乙?；?，激活炎性基因轉(zhuǎn)錄可引起HDAC-2上的酪氨酸殘基被硝化，導(dǎo)致其失活、泛素化和降解。目前，一項(xiàng)研究[37]表明，使用抗氧化應(yīng)激劑依達(dá)拉奉治療COPD中指出，依達(dá)拉奉聯(lián)合布地奈德組血清及肺泡灌洗液中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、TNF-α及炎性因子IL-17，均低于布地奈德組。因此，我們可得出，抗氧化作用可降低機(jī)體炎癥反應(yīng)，改善機(jī)體對(duì)糖皮質(zhì)激素的抵抗且其機(jī)制與HDAC-2的調(diào)節(jié)有關(guān)。谷胱甘肽合成的底物N-乙酰半胱氨酸(NAC)是當(dāng)前內(nèi)源性抗氧化劑中應(yīng)用較為廣泛且能阻斷組織損傷的黏液溶解劑，NAC的黏液和抗氧化作用在COPD的治療中具有重要的價(jià)值，聯(lián)合應(yīng)用糖皮質(zhì)激素可以顯著降低COPD患者惡化的幾率[38]。另外，H.N.Tse 等[39]試驗(yàn)表明，高劑量NAC治療一年可顯著改善小氣道功能，降低COPD患者的發(fā)作頻率，提示使用NAC治療COPD可能是有益的。

4 小結(jié)與展望

COPD治療中的糖皮質(zhì)激素抵抗機(jī)制一直作為學(xué)術(shù)研究的焦點(diǎn)。如今，諸如大環(huán)內(nèi)酯類、茶堿、抗氧化劑等藥物可通過(guò)上調(diào)COPD患者體內(nèi)的HDAC-2活性提升機(jī)體對(duì)糖皮質(zhì)激素抗炎敏感性，此外還有其他類型藥物，如：趨化因子受體拮抗劑、PI3K抑制劑等均能通過(guò)相關(guān)機(jī)制減輕糖皮質(zhì)激素抵抗，但相關(guān)藥物均未進(jìn)入臨床試用階段。亦有研究[40]發(fā)現(xiàn)，部分中藥有效成分如：姜黃素等可抑制P38/NF-κB等信號(hào)通路減輕COPD患者炎癥釋放，提示部分中醫(yī)藥可能是減輕COPD患者糖皮質(zhì)激素抵抗的有效途徑之一。在臨床上，糖皮質(zhì)激素是治療COPD的重要藥物，但患者容易出現(xiàn)糖皮質(zhì)激素抵抗降低了疾病的治療效果，這也成為當(dāng)今治療COPD的一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于目前臨床及實(shí)驗(yàn)研究中，提高HDAC-2蛋白表達(dá)的西藥研究主要集中在大環(huán)類脂類藥物、茶堿、抗氧化劑等方面，與糖皮質(zhì)激素合用能夠提高糖皮質(zhì)激素抗炎癥效應(yīng)，并使COPD患者使用同等劑量達(dá)到更好治療效果。期待新型茶堿、激素制劑及其他能增加HDAC-2活性藥物研究發(fā)展，為今后COPD應(yīng)用糖皮質(zhì)激素治療展開(kāi)新的領(lǐng)域。