Ⅰ類及Ⅱ類組蛋白去乙?；冈谛牧λソ咧械淖饔眉皺C(jī)制的研究進(jìn)展

高文聰，馬昕，陳鵬，鄭昌博（昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院暨云南省天然藥物藥理重點實驗室，昆明 650500）

心血管疾病是導(dǎo)致人類死亡的主要原因。據(jù)《中國心血管健康與疾病報告2019 概要》報告，中國心血管疾病患病人數(shù)推算已達(dá)到3.30 億，心血管疾病患病率及病死率仍處于持續(xù)上升階段，并且發(fā)病趨于年輕化，因此心血管疾病的防治顯得尤為重要。在心血管疾病中，心臟肥大和心肌纖維化會逐漸發(fā)展成心臟功能障礙或心力衰竭，甚至死亡。近年來研究發(fā)現(xiàn)，蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）在心血管疾病中扮演著重要角色。目前，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)上市的HDAC 抑制劑有6種：伏立諾他（vorinostat，SAHA）、貝利司他（beli-nostat，PXD101）、帕比司他（panobinostat，LBH589）、羅米地辛（romidepsin、FK228）、西達(dá)本胺（chidamide）和莫西司他（mocetinostat，MGCD0103），主要用于治療T 細(xì)胞淋巴瘤、B細(xì)胞淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤和前列腺癌等惡性腫瘤[1]，而SAHA 除了可抑制喉癌細(xì)胞增殖外[2]，還能有效舒張小鼠血管主動脈[3]。大量研究表明，調(diào)節(jié)HDAC 可改善心臟肥大、心力衰竭、心律失常、心肌梗死、高血壓、動脈粥樣硬化和纖維化等心血管疾病[3-5]。HDAC 在心血管疾病中的作用研究已引起廣泛關(guān)注，有望成為防治心力衰竭的新途徑。

1 HDAC 的結(jié)構(gòu)與功能

HDAC 催化去除組蛋白賴氨酸殘基上的乙?；瑢?dǎo)致染色質(zhì)濃縮和抑制mRNA 合成。HDAC除了抑制轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)外，還參與了翻譯后修飾（PTM）的調(diào)節(jié)。最近研究發(fā)現(xiàn)，HDAC2 發(fā)生S-亞硝基化修飾促進(jìn)了心臟肥大的發(fā)展[6]，HDAC的功能與心血管疾病的發(fā)展息息相關(guān)。已發(fā)現(xiàn)的18 種HDAC 被分為Ⅰ～Ⅳ類（見圖1）。Ⅰ類和Ⅱ類HDAC 主要在組蛋白尾端的賴氨酸脫乙?；衅鹱饔肹7]。Ⅱ類HDAC 進(jìn)一步分為2 個亞組：Ⅱa 類具有C-末端，Ⅱb 類具有2 個脫乙酰酶結(jié)構(gòu)域。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ類HDAC 需要鋅離子（Zn2＋）并且具有用于乙?；?賴氨酸水解的類似催化核心，而Ⅲ類HDAC 需要煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）才能發(fā)揮其酶活性[8]。

圖1 HDAC 分類與結(jié)構(gòu)[18]Fig 1 Classification and structure of HDAC[18]

盡管Ⅰ類和Ⅱ類HDAC 都具有保守的HDAC域，但具有完全不同的特征。Ⅰ類HDAC 普遍存在，具有促心臟肥大效應(yīng)；而Ⅱ類HDAC 相對以組織特異性方式表達(dá)[9]，具有抗心臟肥大效應(yīng)。Ⅰ類HDAC 主要位于核苷酸中，Ⅱ類HDAC 在蛋白激酶C 或蛋白激酶D 磷酸化后經(jīng)歷從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的穿梭[10-11]，Ⅰ類、Ⅱ類HDAC 過表達(dá)或缺失是調(diào)控心力衰竭的主要因素。

依賴于NAD＋的Ⅲ類HDAC 也被稱為沉默調(diào)節(jié)蛋白（Sirtuins），具有脫乙?；富钚?，在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都發(fā)現(xiàn)有SIRT 1、2、6 和7定位于胞漿或細(xì)胞核，而SIRT 3、4 和5 定位于線粒體[12-13]，這些蛋白參與調(diào)節(jié)了細(xì)胞存活、衰老和新陳代謝相關(guān)過程[14]，如心血管疾病和糖尿病等。

Ⅳ類HDAC 的相關(guān)研究主要集中于免疫反應(yīng)。HDAC11 與Ⅰ類和Ⅱ類HDAC 同源[15]，HDAC11 在多個組織和細(xì)胞中表達(dá)，并調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞中的分化、遷移和炎癥反應(yīng)[16]，除此之外，HDAC11 在惡性腫瘤甚至其他疾病的病理生理學(xué)過程中也起著重要作用[17]，但HDAC11 在心血管疾病中的作用目前尚未見報道。

2 心力衰竭與心臟肥大和纖維化

心力衰竭通常被分為收縮性心力衰竭和舒張性心力衰竭。在細(xì)胞水平上，收縮性心力衰竭與心肌細(xì)胞肥大和死亡有關(guān)，通常導(dǎo)致間質(zhì)纖維化，房室擴(kuò)張和心室壁變薄。舒張性心力衰竭的典型特征是心臟肥大和纖維化而無室擴(kuò)張[19]。心臟肥大被視為一種補(bǔ)償機(jī)制，左心室肥大是對壓力和容量超負(fù)荷的適應(yīng)性反應(yīng)，如果不及時治療就會出現(xiàn)適應(yīng)不良，病理性心臟肥大則成為心力衰竭發(fā)展的重要危險因素。抑制左心室肥大可以降低心血管疾病患者的發(fā)病率和病死率[20-21]，然而目前沒有控制心臟肥大的有效手段。因此，對心臟肥大疾病的控制及靶點的研究亟待開展。

心臟重塑也是加重心力衰竭的關(guān)鍵機(jī)制，心肌纖維化是心肌重塑的重要病理特征之一[22]。纖維化是由于細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）過度沉積以響應(yīng)組織損傷而產(chǎn)生的可逆性瘢痕形成反應(yīng)，導(dǎo)致靶器官的生理功能受損并導(dǎo)致心律失常、心力衰竭，甚至猝死。在纖維化中，肌成纖維細(xì)胞是關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，其特征在于ECM 的產(chǎn)生和α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）的表達(dá)[23]。在所有類型的心臟疾病中幾乎都會發(fā)生ECM 成分如纖連蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白多糖等的過度積累[24]，包括心肌梗死、主動脈瓣狹窄、擴(kuò)張型心肌病、糖尿病性心肌病和肥厚型心肌病[25]等。長期以來，心臟成纖維細(xì)胞被視為纖維化過程中ECM 的主要生產(chǎn)者。心臟肥大和心肌纖維化是心力衰竭的主要病癥之一，抑制心臟肥大和心肌纖維化可有效降低心力衰竭的風(fēng)險。

3 HDAC 在心臟肥大中的作用及機(jī)制

在所有類別的HDAC 中，Ⅰ類和Ⅱa 類HDAC 都與心臟肥大的發(fā)展有關(guān)，但它們在調(diào)節(jié)心臟肥大中的作用卻相反。

Ⅰ類中的HDAC2 心臟特異性過表達(dá)誘導(dǎo)心臟肥大，具有促肥大的作用，HDAC2基因缺失則會對各類肥大刺激產(chǎn)生抗性。在生理條件下，HDAC2 與HDAC5 和蛋白磷酸酶相互作用。HDAC5 和蛋白磷酸酶都會使HDAC2 失活。蛋白磷酸酶通過使心臟中的HDAC2 絲氨酸394（S394）磷酸化來調(diào)節(jié)肥大反應(yīng)[26]。當(dāng)心肌應(yīng)激時，酪蛋白激酶2α1（CK2α1）通過磷酸化被激活進(jìn)入細(xì)胞核。HDAC2 的乙?；扔诹姿峄琾300/CBP 相關(guān)因子（pCAF）與HDAC2 結(jié)合并使其脫乙?；?，使CK2α1 在S394 處磷酸化HDAC2[27]，熱激蛋白HSP70 在細(xì)胞核中被誘導(dǎo)，特異性結(jié)合S394 磷酸化的HDAC2[28]，導(dǎo)致HDAC2 活化和心臟肥大的發(fā)展（見圖2）。因此，通過抑制Ⅰ類HDAC 可以抑制酪蛋白激酶（CK）2α1 的激活，阻止該酶對HDAC2 的磷酸化，從而抑制心臟肥大的形成。酪蛋白激酶2 相互作用蛋白（CKIP-1）也可通過抑制HDAC4 磷酸化來調(diào)節(jié)生理性心臟肥大[29]。

圖2 Ⅰ類HDAC 參與心臟肥大的過程[27]Fig 2 Class Ⅰ HDAC in cardiac hypertrophy[27]

然而，Ⅱa 類HDAC 對心臟肥大具有負(fù)向調(diào)節(jié)作用。Ⅱa 類HDAC 通過抑制心肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（MEF2）依賴性基因的活性來嚴(yán)格調(diào)節(jié)心臟功能，蛋白激酶D（PKD）和Ca2＋/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱ（CaMKⅡ）通過磷酸化不同的HDAC異構(gòu)體來激活MEF2，從而為核質(zhì)穿梭創(chuàng)建14-3-3結(jié)合位點[30]。在生理條件下，蛋白激酶A（PKA）依賴性抑制PKD 磷酸化HDAC5 并阻止其核-質(zhì)穿梭，HDAC4 捕獲MEF2 并干擾其基序的結(jié)合，抑制MEF2 的轉(zhuǎn)錄活性[30-31]，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄和心臟肥大。G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）的刺激導(dǎo)致cAMP 水平升高和PKD 激活，PKA 誘導(dǎo)的PKD 抑制有助于響應(yīng)cAMP 信號傳導(dǎo)的HDAC5積累和MEF2 抑制，PKA 還激活脂滴相關(guān)蛋白酶ABHD5 以切割HDAC4 的N 端片段，因HDAC4的N 端缺乏14-3-3 結(jié)合位點，該片段通過對PKD和CaMKⅡ信號傳導(dǎo)無反應(yīng)的獨(dú)特機(jī)制來抑制MEF2 從而發(fā)揮抗肥大效應(yīng)（見圖3）[30]。在苯腎上腺素刺激下，HDAC5 在心肌細(xì)胞中會經(jīng)歷磷酸化誘導(dǎo)的核-質(zhì)穿梭，釋放MEF2 與HDAC5 結(jié)合促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄從而失去其抗肥大效應(yīng)[32]。

圖3 Ⅱ類HDAC 參與心臟肥大的過程[30]Fig 3 Class Ⅱ HDAC in cardiac hypertrophy[30]

在現(xiàn)有HDAC 抑制劑中，Ⅰ類HDAC 抑制劑RGFP966 通過雙特異性磷酸酶5（DUSP5）-細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）途徑的表觀遺傳調(diào)節(jié)可以預(yù)防糖尿病引起的心臟肥大[33]。在肥大心臟中，NF-κB 靶基因的啟動子上的組蛋白乙酰化增加，曲古菌素A（TSA，Ⅰ/Ⅱa 類HDAC 抑制劑）能減輕壓力超負(fù)荷引起的心臟肥大并抑制NF-κB 靶基因來保護(hù)心臟[34]。抑制依賴結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2（TSC2）的mTOR 作用也可以減輕心臟肥大[35]。在乙酸脫氧皮質(zhì)酮（DOCA）誘發(fā)的高血壓大鼠中，泛HDAC 抑制劑CG200745，通過CCAAT /增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（C/EBP）-β/TSC2途徑抑制了mTORC1 信號傳導(dǎo)，改善了心臟肥大[36]。在血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）誘導(dǎo)小鼠的病理性心臟肥大模型中，泛HDAC 抑制劑大黃素可通過抑制Ⅰ、Ⅱa 和Ⅱb 類HDAC 的活性改善其肥大[37]。已上市藥物替格列汀是一種二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制劑，通過下調(diào)DPP-4 的表達(dá)，激活胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）受體，抑制心肌細(xì)胞中的 Nox4-HDAC4 軸，減輕Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心臟肥大[38]；同樣，泛HDAC 抑制劑丁酸鈉和丙戊酸鎂降低了肥大性HDAC2 的表達(dá)，防止心肌細(xì)胞的氧化應(yīng)激并增加線粒體DNA 濃度，從而減輕心臟肥大[39-40]。因此，Ⅰ類HDAC 可作為控制心臟肥大的轉(zhuǎn)錄程序信號的響應(yīng)劑。

一般來說，Ⅱa 類HDAC 具有抗心臟肥大效應(yīng)，但其中的HDAC7 卻可促進(jìn)心臟肥大[41]。HDAC7 定位于心肌細(xì)胞質(zhì)，HDAC7 的過表達(dá)會誘導(dǎo)心臟肥大和心力衰竭相關(guān)基因如心鈉素A（Nppa）和心鈉素B（Nppb）等的表達(dá)；同時，CaMK 組成員的鹽誘導(dǎo)激酶1（SIK1）對HDAC7的磷酸化作用穩(wěn)定了去乙?；福筩-Myc基因表達(dá)增加，進(jìn)而激活病理性心臟肥大[42]。

綜上所述，Ⅰ類HDAC 能加重心臟肥大，Ⅱ類HDAC 能減輕心臟肥大（HDAC7 除外）。由于這兩類HDAC 具有相反的功能，兩類HDAC 抑制劑在心臟肥大中的作用可能會引發(fā)不良反應(yīng)。因此，為了最大程度地減少藥物不良反應(yīng)，開發(fā)亞型特異性抑制劑顯得尤為重要，可以將屬于Ⅰ類抑制劑和Ⅱ類啟動子的新型HDAC 抑制劑設(shè)計為雙重HDAC 調(diào)節(jié)劑。

4 HDAC 在心肌纖維化的作用及機(jī)制

HDAC 同樣參與心肌纖維化。在心臟成纖維細(xì)胞中，Ⅰ類HDAC 過表達(dá)會顯著增強(qiáng)心臟成纖維細(xì)胞的增殖以及與纖維化相關(guān)蛋白如膠原蛋白Ⅰ（collagen-Ⅰ）、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）和胞內(nèi)信號蛋白分子磷酸化Smad2/3（p-Smad2/3）的水平[43]。敲低HDAC1/2/3 后，減少了膠原蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)的表達(dá)，表現(xiàn)出抗纖維化[44]，并且沉默HDAC3 可上調(diào)miR-18a，降低ADRB3 表達(dá)，從而抑制心肌細(xì)胞的纖維化與肥大[45]；在心肌細(xì)胞特異性過表達(dá)HDAC4 的轉(zhuǎn)基因小鼠中，Ⅱa 類HDAC4 的激活使間質(zhì)膠原蛋白的表達(dá)增加，心臟因子纖連蛋白Ⅲ型結(jié)構(gòu)域（FNDC5）減少，促進(jìn)了進(jìn)行性心臟肥大和纖維化[46]，HDAC4 的敲低則會逆轉(zhuǎn)心臟肥大與纖維化[47]。此外，Ⅱb 類中的HDAC6 敲低會升高Ras 結(jié)構(gòu)域家族蛋白1 亞型A（RASSF1A）的表達(dá)，減輕心臟成纖維細(xì)胞增殖和纖維化[48]，綜上，HDAC 對心肌纖維化大多為負(fù)向調(diào)節(jié)作用（見表1）。

表1 Ⅰ、Ⅱ類HDAC 調(diào)節(jié)心肌纖維化的靶點及通路Tab 1 Targets and pathways of class Ⅰ and Ⅱ HDAC regulating cardiac fibrosis

在Ⅰ類HDAC 抑制劑中，沒食子酸可通過調(diào)節(jié)HDAC1 或HDAC2 的酶活性減輕NG-硝基-L-精氨酸甲酯誘導(dǎo)的高血壓小鼠心肌纖維化[51]，HDAC8 抑制劑PCI34051 可通過p38 絲裂原激活蛋白激酶（p38 MAPK）途徑減弱異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心臟肥大和纖維化[52]，也通過下調(diào)Ace1緩解小鼠橫向主動脈收縮誘導(dǎo)的心肌纖維化[53]。MGCD0103 可調(diào)節(jié)HDAC1 和HDAC2 酶活性，通過介導(dǎo)經(jīng)典TGF-β信號刺激的SMAD 途徑來增加纖溶酶原激活物抑制劑-1（PAI-1）的表達(dá)，減輕心肌纖維化[54]；也通過調(diào)節(jié)HDAC1 和HDAC2的表達(dá)，介導(dǎo)IL-6/STAT3 信號通路減輕了心肌纖維化[55]；在橫向主動脈縮窄（TAC）誘導(dǎo)的壓力超負(fù)荷心臟肥大大鼠中，MGCD0103 可降低血清中的腎素、AngⅡ和醛固酮水平，減輕大鼠心臟肥大與纖維化[56]；MGCD0103 也能抑制纖維細(xì)胞前體中的ERK1/2 磷酸化，表現(xiàn)出抗纖維化作用[44]；MGCD0103 與抑制劑TSA、apicidin 三者的抗纖維化作用與增強(qiáng)的組蛋白乙酰化和抗增殖基因p57的表達(dá)有關(guān)[54]。在Ⅰ/Ⅱa 類HDAC 抑制劑中，具有抗纖維化作用的藥物主要有丙戊酸及TSA。其中，丙戊酸調(diào)節(jié)依賴HDAC4 的MAPK/ERK 磷酸化抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化[47]，也通過自發(fā)性高血壓大鼠的鹽皮質(zhì)激素受體（MR）乙?；拖抡{(diào)DOCA-鹽高血壓大鼠的Ⅰ型膠原蛋白、結(jié)締組織生長因子（CTGF）和纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）的表達(dá)來減輕和預(yù)防纖維化[57-58]。此外，TSA 通過抑制激活蛋白1（AP-1）與反轉(zhuǎn)錄富含半胱氨酸蛋白（RECK）啟動子的結(jié)合，逆轉(zhuǎn)了AngⅡ誘導(dǎo)的RECK 抑制，ECM 的產(chǎn)生、纖維化標(biāo)志物MMP9、IL-18 的表達(dá)以及成纖維細(xì)胞的遷移和增殖，產(chǎn)生抗纖維化作用[59]。在泛HDAC 抑制劑中，CG200745 可減少DOCA-鹽高血壓大鼠心臟中肥大性標(biāo)志物如膠原蛋白、結(jié)締組織生長因子、纖連蛋白和纖維化基因（如Nppa、Nppb）的表達(dá)[60]。吉維司他（givinostat）可促進(jìn)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（MET）調(diào)節(jié)內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EndMT）減輕心肌纖維化[61]。SAHA 通過上調(diào)DUSP4 抑制心臟成纖維細(xì)胞中的TGF-β1/p38途徑，改善心肌梗死損傷模型的心肌纖維化[62]。經(jīng)典HDAC 抑制劑在心臟肥大及心肌纖維化中的作用總結(jié)見表2。

表2 HDAC 抑制劑在心臟肥大及心肌纖維化中的作用Tab 2 Effect of HDAC inhibitors on cardiac hypertrophy and cardiac fibrosis

總之，Ⅰ、Ⅱ類HDAC 在心肌纖維化的發(fā)展中扮演著重要角色，其能負(fù)向調(diào)控心肌纖維化，Ⅰ、Ⅱ類HDAC 抑制劑可以通過不同的信號通路來抑制成纖維細(xì)胞的增殖及向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，具有抗纖維化效應(yīng)，但其確切機(jī)制及作用通路還有待進(jìn)一步闡明。

5 結(jié)語

HDAC 及其抑制劑在心血管疾病的防治中具有重要意義。美國FDA 批準(zhǔn)上市的HDAC 抑制劑主要用于抗腫瘤，但研究證明一些HDAC 抑制劑能夠有效減輕心臟肥大和心肌纖維化進(jìn)程。由于Ⅰ類HDAC 具有促肥大效應(yīng)，而Ⅱ類HDAC 具有負(fù)調(diào)節(jié)心臟肥大效應(yīng)，故研究雙重HDAC 調(diào)節(jié)劑或開發(fā)亞型特異性抑制劑在臨床治療上顯得尤為重要。HDAC 抑制劑有利于心肌纖維化，但其在心肌纖維化中的研究機(jī)制與通路較少，主要集中于心臟肥大性指標(biāo)與纖維化指標(biāo)，且對這些抑制劑的研究尚處在臨床前研究，在心血管領(lǐng)域表觀遺傳療法仍然有限，因此，需要廣泛的研究來了解與探索HDAC 抑制劑在心臟肥大和心肌纖維化中扮演的角色，包括其作用、安全性和長期效果，但HDAC 抑制劑已經(jīng)表現(xiàn)出了極大的治療價值，極有可能成為心力衰竭臨床干預(yù)的新治療策略。